掃描NV探針顯微鏡常見(jiàn)問(wèn)題及解答
01 什么是掃描NV探針顯微鏡（SNVM）？
掃描NV探針顯微鏡（SNVM）是一款結(jié)合了金剛石氮-空位色心（NV）光探測(cè)磁共振（ODMR）技術(shù)和原子力顯微鏡（AFM）掃描成像技術(shù)的量子精密測(cè)量?jī)x器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品高空間分辨率、高靈敏度、定量無(wú)損的磁成像。近年來(lái)，科學(xué)家利用SNVM在反鐵磁、石墨烯、磁性斯格明子、二維磁性材料、超導(dǎo)渦旋、古地磁與隕石等方向取得了一系列重大成果。1–8
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| 室溫版SNVM | 低溫版SNVM |
02 SNVM比起磁力顯微鏡MFM和磁光克爾顯微鏡MOKE的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)是什么？SNVM能解決什么問(wèn)題？
MFM的磁性針尖可能會(huì)干擾樣品原本的磁疇結(jié)構(gòu)；MOKE空間分辨率受到光學(xué)衍射極限的限制，通常為300 nm。SNVM具有最高10nm空間分辨率和單電子級(jí)靈敏度，且具有定量無(wú)損的特點(diǎn)，是研究磁性材料的新利器。
SNVM尤其適合對(duì)弱磁性樣品進(jìn)行磁成像，比如二維磁性材料，反鐵磁等；適合對(duì)矯頑力低的磁性樣品進(jìn)行磁成像；對(duì)磁結(jié)構(gòu)或磁矩密度進(jìn)行定量研究；對(duì)磁疇進(jìn)行高空間分辨率成像。
03 SNVM磁場(chǎng)空間分辨率10 nm和靈敏度1μT⁄√Hz具體含義？
磁場(chǎng)空間分辨率10 nm指儀器測(cè)試樣品磁場(chǎng)等高線圖的空間定位精度能到10 nm。因此與樣品磁學(xué)性質(zhì)、探針與樣品距離、儀器穩(wěn)定性與靈敏度都有關(guān)系。
小于10 nm的磁疇結(jié)構(gòu)或者磁性顆粒在空間上磁場(chǎng)分布可能遠(yuǎn)大于10 nm，因此SNVM可以對(duì)小于10 nm的磁疇結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像。
磁斯格明子產(chǎn)生的0磁場(chǎng)等高線。SNVM，Iso-B （等高線模式）
靈敏度 1μT⁄√Hz 指儀器采樣1s的時(shí)間能夠測(cè)出 1μT 磁場(chǎng)變化。單電子在10 nm處產(chǎn)生磁場(chǎng)大約 1μT，因此SNVM的靈敏度對(duì)于絕大多數(shù)磁性樣品是足夠的。SNVM采樣時(shí)間越長(zhǎng)，能夠測(cè)到越弱的磁場(chǎng)。
04 SNVM測(cè)試對(duì)樣品有什么要求？
SNVM 對(duì)樣品的要求比較寬松，大部分常見(jiàn)樣品都能測(cè)，核心判斷標(biāo)準(zhǔn)有3 個(gè)。
1 樣品狀態(tài)：固體，粉末狀樣品可以粘合成塊狀后測(cè)試；
2 樣品尺寸：樣品臺(tái)通常能放小于10 mm×10 mm的樣品 ，太大的樣品可以裁剪后測(cè)試；
3 樣品表面粗糙度：SNVM要求樣品表面較為平整，如在100 μm×100 μm范圍內(nèi)起伏小于1 μm，太大的起伏會(huì)降低測(cè)試分辨率和靈敏度。對(duì)于較為粗糙的樣品，可以使用機(jī)械、激光等手段進(jìn)行拋光后測(cè)試。
05 SNVM測(cè)試時(shí)可對(duì)樣品施加什么條件？
國(guó)儀量子的低溫SNVM可以為樣品提供連續(xù)可變的2~300 K溫度、0~9 T-1 T-1 T三維矢量磁場(chǎng)、0~4GHz微波場(chǎng)環(huán)境，也可以對(duì)樣品施加電壓/電流調(diào)控。
06 金剛石探針使用壽命？
SNVM探針的使用壽命通常為3-6個(gè)月（按每周使用20小時(shí)計(jì)算），具體取決于使用頻率和操作規(guī)范（若頻繁發(fā)生探針與樣品碰撞，壽命可能縮短至1個(gè)月以內(nèi)）。國(guó)儀量子掌握全流程金剛石探針生產(chǎn)工藝，可以保證不會(huì)因?yàn)槿鄙偬结樣绊懣蛻魧?shí)驗(yàn)。
07 SNVM完成一幅圖的掃描一般需要多久？
掃描速度取決于設(shè)置的像素?cái)?shù)和采樣時(shí)間，速度上限由NV計(jì)數(shù)率決定。一般的，等高線模式（半定量模式）在10min左右；定量模式在1h左右。
08 SNVM可以測(cè)磁場(chǎng)方向嗎？可以測(cè)試樣品的磁矩嗎？
目前使用的SNVM定量測(cè)到的結(jié)果是磁場(chǎng)沿著NV軸[111]的投影分量，需要進(jìn)一步計(jì)算得到磁場(chǎng)矢量分布，后續(xù)會(huì)在3.2版本軟件中發(fā)布這項(xiàng)功能，現(xiàn)在可以詢問(wèn)工程師獲取計(jì)算程序。
需要注意的是，同一種磁場(chǎng)分布，可以得到無(wú)數(shù)種磁矩密度分布，需要對(duì)磁矩分布進(jìn)行特定規(guī)范才能有唯一解：比如已知方向是面外或者面內(nèi)，得到大小分布。
09 SNVM除了測(cè)磁，還具有什么功能？
在量子傳感方向，SNVM可以對(duì)DC磁場(chǎng)與AC磁場(chǎng)（射頻）進(jìn)行探針與成像，除此之外，SNVM具有部分AFM、MFM和CFM功能，也具有測(cè)溫度與電場(chǎng)的潛力。
在量子模擬方向，SNVM配備了高精度時(shí)序控制模塊，可以進(jìn)行基礎(chǔ)的量子模擬與量子計(jì)算教學(xué)實(shí)驗(yàn)。
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