如何“看見”磁疇？掃描NV探針顯微鏡常見問題解答

更新時間：2025-09-25 點擊次數：379

什么是掃描NV探針顯微鏡（SNVM）？

掃描NV探針顯微鏡（SNVM）是一款結合了金剛石氮-空位色心（NV）光探測磁共振（ODMR）技術和原子力顯微鏡（AFM）掃描成像技術的量子精密測量儀器，可實現對樣品高空間分辨率、高靈敏度、定量無損的磁成像。近年來，科學家利用SNVM在反鐵磁、石墨烯、磁性斯格明子、二維磁性材料、超導渦旋、古地磁與隕石等方向取得了一系列重大成果。^1–8

室溫版SNVM

低溫版SNVM

SNVM比起磁力顯微鏡MFM和磁光克爾顯微鏡MOKE的獨特優勢是什么？SNVM能解決什么問題？

MFM的磁性針尖可能會干擾樣品原本的磁疇結構；MOKE空間分辨率受到光學衍射極限的限制，通常為300 nm。SNVM具有最高10nm空間分辨率和單電子級靈敏度，且具有定量無損的特點，是研究磁性材料的新利器。

SNVM尤其適合對弱磁性樣品進行磁成像，比如二維磁性材料，反鐵磁等；適合對矯頑力低的磁性樣品進行磁成像；對磁結構或磁矩密度進行定量研究；對磁疇進行高空間分辨率成像。

SNVM磁場空間分辨率10 nm和靈敏度1μT?√Hz具體含義？

磁場空間分辨率10 nm指儀器測試樣品磁場等高線圖的空間定位精度能到10 nm。因此與樣品磁學性質、探針與樣品距離、儀器穩定性與靈敏度都有關系。

小于10 nm的磁疇結構或者磁性顆粒在空間上磁場分布可能遠大于10 nm，因此SNVM可以對小于10 nm的磁疇結構進行成像。

磁斯格明子產生的0磁場等高線。SNVM，Iso-B （等高線模式）

靈敏度 1μT?√Hz 指儀器采樣1s的時間能夠測出 1μT 磁場變化。單電子在10 nm處產生磁場大約 1μT，因此SNVM的靈敏度對于絕大多數磁性樣品是足夠的。SNVM采樣時間越長，能夠測到越弱的磁場。

SNVM測試對樣品有什么要求？

SNVM 對樣品的要求比較寬松，大部分常見樣品都能測，核心判斷標準有3 個。

1 樣品狀態：固體，粉末狀樣品可以粘合成塊狀后測試；

2 樣品尺寸：樣品臺通常能放小于10 mm×10 mm的樣品，太大的樣品可以裁剪后測試；

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范圍內起伏小于1 μm，太大的起伏會降低測試分辨率和靈敏度。對于較為粗糙的樣品，可以使用機械、激光等手段進行拋光后測試。

SNVM測試時可對樣品施加什么條件？

國儀量子的低溫SNVM可以為樣品提供連續可變的2~300 K溫度、0~9 T-1 T-1 T三維矢量磁場、0~4GHz微波場環境，也可以對樣品施加電壓/電流調控。

金剛石探針使用壽命？

SNVM探針的使用壽命通常為3-6個月（按每周使用20小時計算），具體取決于使用頻率和操作規范（若頻繁發生探針與樣品碰撞，壽命可能縮短至1個月以內）。國儀量子掌握全流程金剛石探針生產工藝，可以保證不會因為缺少探針影響客戶實驗。

SNVM完成一幅圖的掃描一般需要多久？

掃描速度取決于設置的像素數和采樣時間，速度上限由NV計數率決定。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。

SNVM可以測磁場方向嗎？可以測試樣品的磁矩嗎？

目前使用的SNVM定量測到的結果是磁場沿著NV軸[111]的投影分量，需要進一步計算得到磁場矢量分布，后續會在3.2版本軟件中發布這項功能，現在可以詢問工程師獲取計算程序。

需要注意的是，同一種磁場分布，可以得到無數種磁矩密度分布，需要對磁矩分布進行特定規范才能有唯一解：比如已知方向是面外或者面內，得到大小分布。

SNVM除了測磁，還具有什么功能？

在量子傳感方向，SNVM可以對DC磁場與AC磁場（射頻）進行探針與成像，除此之外，SNVM具有部分AFM、MFM和CFM功能，也具有測溫度與電場的潛力。

在量子模擬方向，SNVM配備了高精度時序控制模塊，可以進行基礎的量子模擬與量子計算教學實驗。

參考資料：

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

國儀量子具有豐富的樣品測試經驗，支持現場考察和寄樣測試。如您有相關樣品測試需求，歡迎掃描下方二維碼或郵件聯系工程師。