如何“看见”磁畴？扫描NV探针显微镜常见问题解答

2025-09-25 09:41:05, CIQTEK 国仪量子技术（合肥）股份有限公司

什么是扫描NV探针显微镜（SNVM）？

扫描NV探针显微镜（SNVM）是一款结合了金刚石氮-空位色心（NV）光探测磁共振（ODMR）技术和原子力显微镜（AFM）扫描成像技术的量子精密测量仪器，可实现对样品高空间分辨率、高灵敏度、定量无损的磁成像。近年来，科学家利用SNVM在反铁磁、石墨烯、磁性斯格明子、二维磁性材料、超导涡旋、古地磁与陨石等方向取得了一系列重大成果。^1–8

室温版SNVM

低温版SNVM

SNVM比起磁力显微镜MFM和磁光克尔显微镜MOKE的独特优势是什么？SNVM能解决什么问题？

MFM的磁性针尖可能会干扰样品原本的磁畴结构；MOKE空间分辨率受到光学衍射极限的限制，通常为300 nm。SNVM具有最高10nm空间分辨率和单电子级灵敏度，且具有定量无损的特点，是研究磁性材料的新利器。

SNVM尤其适合对弱磁性样品进行磁成像，比如二维磁性材料，反铁磁等；适合对矫顽力低的磁性样品进行磁成像；对磁结构或磁矩密度进行定量研究；对磁畴进行高空间分辨率成像。

SNVM磁场空间分辨率10 nm和灵敏度1μT⁄√Hz具体含义？

磁场空间分辨率10 nm指仪器测试样品磁场等高线图的空间定位精度能到10 nm。因此与样品磁学性质、探针与样品距离、仪器稳定性与灵敏度都有关系。

小于10 nm的磁畴结构或者磁性颗粒在空间上磁场分布可能远大于10 nm，因此SNVM可以对小于10 nm的磁畴结构进行成像。

磁斯格明子产生的0磁场等高线。SNVM，Iso-B （等高线模式）

灵敏度 1μT⁄√Hz 指仪器采样1s的时间能够测出 1μT 磁场变化。单电子在10 nm处产生磁场大约 1μT，因此SNVM的灵敏度对于绝大多数磁性样品是足够的。SNVM采样时间越长，能够测到越弱的磁场。

SNVM测试对样品有什么要求？

SNVM 对样品的要求比较宽松，大部分常见样品都能测，核心判断标准有3 个。

1 样品状态：固体，粉末状样品可以粘合成块状后测试；

2 样品尺寸：样品台通常能放小于10 mm×10 mm的样品，太大的样品可以裁剪后测试；

3 样品表面粗糙度：SNVM要求样品表面较为平整，如在100 μm×100 μm范围内起伏小于1 μm，太大的起伏会降低测试分辨率和灵敏度。对于较为粗糙的样品，可以使用机械、激光等手段进行抛光后测试。

SNVM测试时可对样品施加什么条件？

国仪量子的低温SNVM可以为样品提供连续可变的2~300 K温度、0~9 T-1 T-1 T三维矢量磁场、0~4GHz微波场环境，也可以对样品施加电压/电流调控。

金刚石探针使用寿命？

SNVM探针的使用寿命通常为3-6个月（按每周使用20小时计算），具体取决于使用频率和操作规范（若频繁发生探针与样品碰撞，寿命可能缩短至1个月以内）。国仪量子掌握全流程金刚石探针生产工艺，可以保证不会因为缺少探针影响客户实验。

SNVM完成一幅图的扫描一般需要多久？

扫描速度取决于设置的像素数和采样时间，速度上限由NV计数率决定。一般的，等高线模式（半定量模式）在10min左右；定量模式在1h左右。

SNVM可以测磁场方向吗？可以测试样品的磁矩吗？

目前使用的SNVM定量测到的结果是磁场沿着NV轴[111]的投影分量，需要进一步计算得到磁场矢量分布，后续会在3.2版本软件中发布这项功能，现在可以询问工程师获取计算程序。

需要注意的是，同一种磁场分布，可以得到无数种磁矩密度分布，需要对磁矩分布进行特定规范才能有唯一解：比如已知方向是面外或者面内，得到大小分布。

SNVM除了测磁，还具有什么功能？

在量子传感方向，SNVM可以对DC磁场与AC磁场（射频）进行探针与成像，除此之外，SNVM具有部分AFM、MFM和CFM功能，也具有测温度与电场的潜力。

在量子模拟方向，SNVM配备了高精度时序控制模块，可以进行基础的量子模拟与量子计算教学实验。

参考资料：

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8. Jiang, C. Signatures of magnetism in zigzag graphene nanoribbons embedded in a hexagonal boron nitride lattice. Nat. Mater.

国仪量子具有丰富的样品测试经验，支持现场考察和寄样测试。如您有相关样品测试需求，欢迎扫描下方二维码或邮件联系工程师（sunh@ciqtek.com）。