国仪量子量子钻石原子力显微镜QDAFM是一台基于NV色心和AFM扫描成像技术的量子精密测量仪器。通过对钻石中氮—空位(NV)中心发光缺陷的自旋进行量子操控与读出,可实现磁学性质的定量无损成像,具有纳米级的高空间分辨以及单个自旋的超高探测灵敏度,是发展和研究高密度磁存储、自旋电子学、量子技术应用等的新技术。
量子钻石原子力显微镜(QDAFM)QDAFM 是一台基于 NV 色心和 AFM 扫描成像技术的量子精密测量仪器。通过对钻石中氮—空位(NV)色心发光缺陷的自旋进行量子操控与读出,可实现磁学性质的定量无损成像,具有纳米级的高空间分辨率以及单个自旋的超高探测灵敏度,是研究材料磁学性质的新利器,在磁畴成像、二维材料、拓扑磁结构、超导磁学、细胞成像等领域有着广泛应用。
产品特点
专业的钻石量子探针制备技术
定量无损的磁学成像
超高空间分辨率
超高磁场分辨率灵敏度,达到1μT/√Hz
兼容室温大气与低温真空测量环境
50 ps高精度时序控制
产品应用领域
量子钻石原子力显微镜在超导物理、高密度磁存储、自旋电子学、材料科学、生命科学等领域有广泛的前景。
微纳磁成像
对于磁性材料,确定其静态自旋分布是凝聚态物理中的重要问题,也是研究新型磁性器件的关键。QDAFM 提供了一种新的测量途径,能够实现高空间分辨率的磁性成像,具有非侵入性、可覆盖宽温区、大磁场测量范围等独到优势。
超导磁成像
对超导体及其涡旋的微观尺度研究,能够为理解超导机理提供重要信息。利用工作在低温下的 QDAFM,可以对超导体的磁涡旋进行定量的成像研究,并扩展到众多低温凝聚态体系的磁性测量。
细胞原位成像
在细胞原位实现纳米级分子成像是生物学研究的重要手段。在众多成像技术中,磁共振成像技术能够快速、无破坏地获取样品体内的自旋分布图像,已经广泛应用在多个科学领域中。特别是在临床医学中,因其对生物体几乎无损伤,对疾病的机理研究、诊断和治疗起着重要的作用。然而,传统的磁共振成像技术使用磁感应线圈作为传感器,空间分辨率极限在微米以上,无法进行细胞内分子尺度的成像。利用 QDAFM 的高空间分辨率特性,研究人员观测到了细胞内部存在于细胞器中的铁蛋白,分辨率达到了 10 纳米。
拓扑磁结构表征
磁性斯格明子是具有拓扑保护性质的纳米尺度涡旋磁结构。磁性斯格明子展现出丰富新奇的物理学特性,为研究拓扑自旋电子学提供了新的平台,在未来高密度、低能耗、非易失性计算和存储器件中也具有潜在应用。但是室温下单个斯格明子的探测在实验上仍具有挑战性。QDAFM 的高灵敏度和高分辨率特点,是解决这一难题的有力工具,通过杂散场测量可重构出斯格明子的磁结构。
应用领域
细胞原位成像
在细胞原位实现纳米级分子成像是生物学研究的重要手段。在众多成像技术中,磁共振成像技术能够快速、无破坏地获取样品体内的自旋分布图像,已经广泛应用在多个科学领域中。特别是在临床医学中,因其对生物体几乎无损伤,对疾病的机理研究、诊断和治疗起着重要的作用。然而,传统的磁共振成像技术使用磁感应线圈作为传感器,空间分辨率极限在微米以上,无法进行细胞内分子尺度的成像。利用QDAFM的高空间分辨率特性,研究人员观测到了细胞内部存在于细胞器中的铁蛋白,分辨率达到了10纳米。
参考文献:
Wang, P. et al. Nanoscale magnetic imaging of ferritins in a single cell. Science advances 5, 8038 (2019).
拓扑磁结构表征
磁性斯格明子是具有拓扑保护性质的纳米尺度涡旋磁结构。磁性斯格明子展现出丰富新奇的物理学特性,为研究拓扑自旋电子学提供了新的平台,在未来高密度、低能耗、非易失性计算和存储器件中也具有潜在应用。但是室温下单个斯格明子的探测在实验上仍具有挑战性。QDAFM的高灵敏度和高分辨率特点,是解决这一难题的有力工具,通过杂散场测量可重构出斯格明子的磁结构。
参考文献:
Dovzhenko, Y. et al. Magnetostatic twists in room-temperature skyrmions explored by nitrogen-vacancy center spin texture reconstruction. Nature Communications 9, 2712 (2018).
超导磁成像
对超导体及其涡旋的微观尺度研究,能够 为理解超导机理提供重要信息。利用 CQDAFM,可以对超导体的磁涡旋进行定量的 成像研究,并扩展到众多低温凝聚态体系的磁性测量。
参考文献:
Thiel, L. et al. Quantitative nanoscale vortex imaging using a cryogenic quantum magnetomete .Nature Nanotechnology.11,677-681(2016).
固态物质磁成像
低温下许多固态物质表现出不寻常的磁序。NV色心的高灵敏特性覆盖了从低温到室温以上的温度范围。CQDAFM 可实现当前凝聚态体系中无法实现的纳米尺度磁成像,对于研究低温下固态物质的磁相转变很有帮助,同时也能兼容超导体的机理研究。
参考文献:
M. Pelliccione et al. Scanned probe imaging of nanoscale magnetism at cryogenic temperatures with a single-spin quantum sensor. Nature Nanotechnology. 11, 700(2016)
产品参数
指标名称 | 参数 |
扫描探针频率 | 32KHz |
兼容探针类型 | Akiyama探针,金刚石探针 |
AFM 扫描范围 | 80×80 μm2 |
共聚焦扫描范围 | 80×80 μm2 |
镜头数值孔径 | 0.7 |
磁成像空间分辨率 | 10 nm |
磁探测灵敏度 | 1 uT/(Hz1/2) |
单NV色心计数 | 100 kc/s |
微波 | 0.7 - 4.0 GHz |
脉冲控制精度 | 50 ps |
磁场 | 10 - 500 Gauss |
指标名称 | 参数 | |
扫描探针频率 | 32 KHz | |
AFM 扫描模式 | Tapping | |
镜头参数 | 低温复消色差物镜,NA=0.82 | |
磁成像空间分辨率 | 10 nm | |
磁探测灵敏度 | 1 uT/(Hz1/2) | |
微波 | 0.7-4 GHz | |
脉冲控制精度 | 50 ps | |
磁场 | 10-500 Gauss | |
工作温度 | 4 K-300 K | |
真空度 | 10-6mbar以上 | |
4K | 300K | |
AFM粗调范围 | 5*5*5mm | 5*5*5mm |
AFM细调扫描范围 | 10*10*10μm | 40*40*20μm |
AFM细调扫描分辨率 | 0.1 nm | 0.1 nm |
指标名称 参数
兼容探针类型 Akiyama探针,金刚石探针
AFM 扫描范围 90 μm*90 μm
共聚焦扫描范围 90 μm*90 μm
磁成像空间分辨率 10 nm
磁探测灵敏度 1 uT/(Hz1/2)
微波频率 0.7 - 4.0 GHz
磁场范围 10 - 500 Gauss
磁成像空间分辨率 10 nm
磁探测灵敏度 1 uT/(Hz1/2)
微波频率 0.7-4.0 GHz,可选配高频微波组件
磁场范围 10-500 Gauss,选配1/3 T超导磁体
工作温度 4 K-300 K
真空度 10-6mbar以上
4K 300K
AFM粗调范围 5 mm*5 mm*5 mm 5 mm*5 mm*5 mm
AFM细调扫描范围 10 μm*10 μm*10 μm 40 μm*40 μm*20 μm
AFM细调扫描分辨率 0.1 nm 0.1nm
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