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磁共振显微镜/低温强磁场磁共振显微镜 attoCSFM      
 

磁共振显微镜/低温强磁场磁共振显微镜attoCSFM

 
 
 

光学探测磁共振(Optically detected Magnetic Resonance,简 称ODMR)作为一种磁学成像技术,经过数十年的发展,具备了能够分辨单个电子与原子核自旋磁性的高灵敏度与空间分辨率可达几个纳米的特点,成为了一种最 前沿的实验技术。不止于此,相比已有的样品磁学性质测量方法例如透射X射线光谱与磁力原子力显镜,ODMR还具有对样品磁性无扰动与定性测量磁学性质等特 点。德国attocube公司为ODMR提供了一个理想平台: attoCSFM系统完美集成了由完全无磁性材料制备的高数值孔径(NA)共聚焦显微镜与原子力显微镜来满足ODMR实验的需求。从应用来说,attoCSFM是研究下一代高密度磁存储器最佳选择,也是发展和研究自旋电子学、量子技术新应用的新手段,它的出现解决了纳米尺度磁成像这一基本问题,在材料科学、超导科学、生物科学研究方面有着广泛应用。

 
 
 
工作原理简介
 

光学探测磁共振需结合使用共聚焦光学显微镜与原子力显微镜(AFM),是一种基于电子自旋共振(Electron-spin resonance, ESR)的测量技术。

光学探测磁共振原理如下:首先,一个具有氮空位(NV色心)的金刚石纳米晶粒被安装在AFM悬臂上,共聚焦显微镜可以检测NV色心受自旋影响的光致发光谱(参见左图原理示意图)。当处于磁场中时,NV色心能级会发生塞曼分裂(Zeeman Splitting)。音叉式AFM针尖通常以非接触模式工作,并且保持音叉式AFM针尖和样品之间的距离恒定。NV色心在样品产生的磁场下会发生能级塞曼分裂,此时,如果用微波照射NV色心,一旦微波的频率和NV色心的分裂能级能量差一致(ESR发生),attoCSFM会观察到NV色心的荧光强度有很大下降。通过监测NV色心荧光强度,并利用锁相技术控制微波频率,使得其随针尖移动时始终处于ESR状态,attoCSFM记录下针尖位置与相应的ESR频率。通过分析不同位置ESR频率,样品磁学性质可以被定性的分析。
 
技术参数与特点

+高稳定性与低漂移(在大气环境中:<10nm/h)

+适用不同环境,从大气到真空

+镜头NA=0.95,收光效率高,工作距离 WD=0.3mm

+极高自由度(AFM探针、样品粗位移与精细扫描器、高NA镜头)

+样品粗位移范围:15×15×15mm3; 样品精细位移:20×20×7mm3

+AFM探头粗位移范围:15×15×15mm3; 样品精细位移:20×20×7mm3

+高NA镜头移动范围:在Z方向上可移动15mm

+可升级至低温强磁场磁共振显微镜
 
+光学测量可选透射式与反射式
 
 
低温强磁场磁共振显微镜
  

组成部分(详细技术参数见下方attoCSFM英文产品手册中specifications)

1.     低温与高真空引线

2.     真空光学窗口

3.     插杆

4.     超导磁体(可选)

5.     液氦杜瓦瓶

6.低温物镜

7.  音叉式AFM探针(Akiyama Probe)

8.  两套粗位移与精细扫描系统(分别为AFM与样品移动)

9.  钛制外壳

 

应用案例

下图为attoCSFM系统测量磁存储介质的结果(详见“Nature Nanotechnology 2012, 7, 320-324.”) 。左图中NV色心与样品表面距离为70nm左右,结果表明观测到的磁存储介质中存在约170nm与65nm的两种磁比特(magnetic bits,见白色虚线)分布。右图中NV色心与样品表面距离为30nm左右,结果表明该处磁比特的尺寸大约在38nm。

 
 
 部分发表文章
 
 1. Häberle T; et. al, Nanoscale nuclear magnetic imaging with chemical contrast. Nature Nanotechnology 2015, 10, 125-128.

2. Maletinsky P; et. al, A robust scanning diamond sensor for nanoscale imaging with single nitrogen-vacancy centres. Nature Nanotechnology 2012, 7, 320-324.

3.    Rondin, L.; et. al, Stray-field imaging of magnetic vortices with a single diamond spin. Nature Communications 2013, 4:2779., 344, 1366-1369.

部分用户列表(排名不分先后)
attocube公司产品以其稳定的性能、极高的精度和良好的用户体验得到了国内外众多科学家的认可和肯定,在全球范围内有超过了130多位低温强磁场显微镜用户。attocube公司的产品在国内也得到了低温、超导、真空等研究领域著名科学家和研究组的欢迎......

北京大学

清华大学

中国科技大学

南京大学

中科院物理所

中科院半导体所

中科院武汉数学物理所

上海同步辐射中心

中科院上海应用技术物理研究所

北京理工大学

复旦大学

哈尔滨工业大学

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所……
 


 
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