量子鉆石原子力顯微鏡是一臺基于NV色心自旋磁共振和AFM掃描探針技術(shù)的量子精密測量儀器，可實(shí)現(xiàn)樣品磁學(xué)性質(zhì)的定量無損成像，具有納米級的高空間分辨以及單個(gè)自旋的超高探測靈敏度，是研究材料磁學(xué)性質(zhì)的新利器，在磁疇成像、二維材料、拓?fù)浯沤Y(jié)構(gòu)、超導(dǎo)磁學(xué)、細(xì)胞成像等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。
量子鉆石原子力顯微鏡應(yīng)用領(lǐng)域
細(xì)胞原位成像
在細(xì)胞原位實(shí)現(xiàn)納米級分子成像是生物學(xué)研究的重要手段。在眾多成像技術(shù)中，磁共振成像技術(shù)能夠快速、無破壞地獲取樣品體內(nèi)的自旋分布圖像，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域中。特別是在臨床醫(yī)學(xué)中，因其對生物體幾乎無損傷，對**的機(jī)理研究、診斷和**起著重要的作用。然而，傳統(tǒng)的磁共振成像技術(shù)使用磁感應(yīng)線圈作為傳感器，空間分辨率極限在微米以上，無法進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)分子尺度的成像。利用QDAFM的高空間分辨率特性，研究人員觀測到了細(xì)胞內(nèi)部存在于細(xì)胞器中的鐵蛋白，分辨率達(dá)到了10納米。
參考文獻(xiàn)：
Wang, P. et al. Nanoscale magnetic imaging of ferritins in a single cell. Science advances 5, 8038 (2019).
拓?fù)浯沤Y(jié)構(gòu)表征
磁性斯格明子是具有拓?fù)浔Ｗo(hù)性質(zhì)的納米尺度渦旋磁結(jié)構(gòu)。磁性斯格明子展現(xiàn)出豐富新奇的物理學(xué)特性，為研究拓?fù)渥孕娮訉W(xué)提供了新的平臺，在未來高密度、低能耗、非易失性計(jì)算和存儲器件中也具有潛在應(yīng)用。但是室溫下單個(gè)斯格明子的探測在實(shí)驗(yàn)上仍具有挑戰(zhàn)性。QDAFM的高靈敏度和高分辨率特點(diǎn)，是解決這一難題的有力工具，通過雜散場測量可重構(gòu)出斯格明子的磁結(jié)構(gòu)。
參考文獻(xiàn)：
Dovzhenko, Y. et al. Magnetostatic twists in room-temperature skyrmions explored by nitrogen-vacancy center spin texture reconstruction. Nature Communications 9, 2712 (2018).
超導(dǎo)磁成像
對超導(dǎo)體及其渦旋的微觀尺度研究，能夠?yàn)槔斫獬瑢?dǎo)機(jī)理提供重要信息。利用CQDAFM，可以對超導(dǎo)體的磁渦旋進(jìn)行定量的成像研究，并擴(kuò)展到眾多低溫凝聚態(tài)體系的磁性測量。
參考文獻(xiàn)：
Thiel, L. et al. Quantitative nanoscale vortex imaging using a cryogenic quantum magnetomete .Nature Nanotechnology.11,677-681(2016).
固態(tài)物質(zhì)磁成像
低溫下許多固態(tài)物質(zhì)表現(xiàn)出不尋常的磁序。NV色心的高靈敏特性覆蓋了從低溫到室溫以上的溫度范圍。CQDAFM可實(shí)現(xiàn)當(dāng)前凝聚態(tài)體系中無法實(shí)現(xiàn)的納米尺度磁成像，對于研究低溫下固態(tài)物質(zhì)的磁相轉(zhuǎn)變很有幫助，同時(shí)也能兼容超導(dǎo)體的機(jī)理研究。
參考文獻(xiàn)：
M. Pelliccione et al. Scanned probe imaging of nanoscale magnetism at cryogenic temperatures with a single-spin quantum sensor. Nature Nanotechnology. 11, 700（2016）
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