免费测样｜低温NV色心扫描磁学显微镜，助力二维反铁磁体研究取得里程碑进展

德国斯图加特大学 Jörg Wrachtrup 教授团队依托低温NV色心扫描成像磁强计-attoNVM在二维超导体 NbSe₂磁通涡旋动力学研究中取得突破性成果，相关论文发表于《Physical Review Letters》。此前，传统扫描隧道显微镜（STM）因依赖洁净导电表面，无法适配带保护性六方氮化硼（h-BN）包覆层或残留物的样品；常规磁成像技术又难以兼顾纳米空间分辨率与微秒时间分辨率，无法捕捉涡旋动态演化。

attoNVM 凭借特有技术优势逐一突破限制：在 1.8K 低温下，以<50nm 分辨率清晰分辨单个磁通涡旋，即使 NbSe₂样品表面有制备残留物仍可精准测量；依托9T-1T-1T矢量磁体完整覆盖 “涡旋玻璃相 - 涡旋液体相 - 金属态” 全相图，证实薄层超导体中涡旋尺寸符合 Pearl 模型的膨胀特性；更通过超低振动设计与高量子效率探测器，首次捕捉到冷却速率对涡旋晶格的影响 —— 快速冷却（1 分钟内降温）形成弱磁对比的无序涡旋，慢速冷却（数小时降温）则构建稳定有序的涡旋晶格，为二维超导量子现象研究提供了直接可视化证据。

低温NV色心磁强计测量二维超导体中涡旋态。（a）用于探测纳米尺度局部磁响应的NV色心磁强计示意图;（b）5.1nm厚的NbSe₂薄片的相图随温度和磁场的变化，确定了三个不同的相：涡旋玻璃、涡旋液体和金属态。(c)涡旋玻璃相的磁场图，显示明显的磁场对比度，并突出样品边界。(d)高分辨率扫描分辨出NbSe₂薄片中的单个涡旋。

不同厚度的二维NbSe₂中的涡旋排列。（a）氧化物衬底上厚度为5.1nm NbSe₂样品S1的磁场分布图。涡旋结构的形态呈现无序状态，显示出微弱的空间相关性以及宽泛、模糊的自相关峰。(c)厚度为11.59nm NbSe₂样品S2的磁场分布图，其涡旋结构呈现显著增强的六边形有序排列。所有比例尺均为1 μm。

5.1 nm NbSe₂样品中与冷却速率相关的涡旋排列。(a) NbSe₂在快速冷却（1分钟内从6.3K降至2K）后的杂散场分布图，显示弱磁对比。(c)慢速冷却（数小时从6.3K降至2K）后的磁场分布图，显示涡旋对比度显著增强。

《Nature Materials》：解锁二维反铁磁体调控新范式

美国波士顿学院 Brian B. Zhou 教授团队借助低温NV色心扫描成像磁强计-attoNVM在原子层厚 CrPS₄反铁磁畴与横向交换偏置研究中取得里程碑式进展，相关成果发表于《Nature Materials》。此前，原子层厚材料中反铁磁 - 铁磁（AFM-FM）界面的微观特性、畴壁运动机制长期缺乏直接观测手段，制约了高密度磁存储技术的发展。

attoNVM 凭借高灵敏度与纳米级成像能力，实现多项关键突破：在 2K 低温下精准解析五层 CrPS₄的倾斜磁矩（相对于 z 轴倾斜 16°），解决磁易轴争议；首次可视化偶数层 CrPS₄中的反相畴壁，清晰捕捉到畴壁与样品缺陷的对应关系，证实杂散场源自表面磁化差异；更通过动态调控实验，实现反铁磁畴壁的可控成核与平移 —— 利用 0.6T 磁场脉冲可在六层 CrPS₄中形核畴壁，通过逐步调节外场（0.35T→1.0T→-0.3T）实现畴态逐级切换，最终将三个相邻 AFM 结构域调控为类 FM 区域，实现可调多级横向交换偏置，为二维磁体在自旋电子器件中的应用开辟新路径。

原子级层厚CrPS₄中不同层数的反铁磁体（AFM）。（1a）NV色心扫描研究CrPS₄材料。在磁成像过程中，外场 Bext以54.7°角施加于xz平面法线方向，该方向平行于NV轴。(2b)块体CrPS₄中的磁矩（红色和蓝色箭头）在相邻层之间交替排列（A型反铁磁结构）。（1d）标有层厚标注的样品1光学图像。（1e）样品杂散场BS沿NV中心轴方向在五层角区的图像。（1g）采用最佳拟合方向重建的磁化强度振幅 σ ，该方向被确定为近ac平面倾斜。

偶数层CrPS₄中的反相磁畴。（a）样品1的杂散场BS图像。顶部和底部五层区域分别采用相反的磁化状态+5和−5。(b）六层反相畴壁的高分辨率BS测量。BS中的垂直脊状结构对应样品中的物理缺陷（褶皱）。（c）代表性几何结构的偶层畴壁轨迹微磁模拟。（d）四层与六层区域过渡的BS图像，显示偶数层信号与厚度不成正比。（f）CrPS₄样品2的BS图像。插图：样品光学照片。（g）双层膜中畴壁的高分辨率BS图像。（h）样品2的磁畴模拟。

偶-奇界面横向交换偏置。(a) 样品2中窄与宽三层（3L）区域及样品1中五层（5L）区域的磁滞回线。（b-e）磁滞回线不同外置磁场（标记为a）窄与宽三层区域的杂散场BS图像：-41mT(b)、-70mT(c)、-2mT(d)、12mT(e)。（f）所有偶数层均为|+⟩时，Bc1处狭窄三层区域磁化反转的图像。（g）当邻近偶数层处于畴态时，Bc1反转的数据（上）与模拟结果（下）如图中所示。

畴壁的受控成核与平移。（a）CrPS₄薄片3中双层区域的磁滞回线。插图：光学图像。（b-d）样品3在双层磁滞回线不同 Bext 下的BS图像，如图a中标记：-75mT(b)、-124mT(c)、17mT(d)。（e）CrPS₄样品4的BS图像，所有区域均处于| + ⟩态。（f，g,h）将Bz外场升至(0.35，1，-0.3) T后恢复的图像。(i)样品1中偶数层畴壁的场驱动运动。

attoNVM是由德国attocube与瑞士QZabre强强联合推出的商用干式低温NV色心扫描成像磁强计。通过将先进的硬件与软件无缝集成，用户可在2 K~300 K宽温区范围内实现高效磁成像与磁学定量测量。该系统利用NV色心的本征量子特性进行探测，传感器无需额外校准。

• 超高磁场灵敏度和光子计数率，实现完全定量测量

• 超低振动和漂移，适合量子应用研究，长测量周期的极限稳定性

• 快速安全地更换集成微波天线的NV色心探针，用户友好的先进扫描显微镜

• 成像模式：光检测磁共振 (ODMR)，AFM，CFM，宽场，MOKE

• 长期稳定性：漂移<100 nm/24h， ΔT =2K

• 视野范围 ：大约55 µm

• RMSz噪音水平（带宽 = 200 Hz）:小于0.4 nm（室温）； 小于2.5 nm（低温）

• 定位步长：0.05..3 µm @ 300 K, 10..500 nm @ 4 K

• 精细扫描范围：30 x 30 x 4.3 µm³ @ 300 K, 18 x 18 x 2 µm³ @ 4 K

• 温度范围 ：1.8-300 K（淬灭模式，带光学读出的AFM扫描，微波关闭）；  4-300 K（ cw-ODMR模式）

• 磁场  ：9-1-1 T 或1-1-1 T

• 样品空间直径：48 mm

• MOKE功能升级，快速检查您的样品

磁光克尔效应升级使用户能够在使用NV磁力测量研究之前进行更详细的初步检查其样品。

其主要特点包括：

✔所有光学元件均适用于带有偏置光电探测器的 H/V 基础上的典型极性 MOKE 检测。

✔远程可控波片

✔带宽 = 500 kHz 的检测器 

✔可集成到 QS3 软件中

图片显示BiYI:G（铋钇铁石榴石），样品由 QZabre 提供

低温NV色心扫描成像磁强计-attoNVM

此次免费测样活动，将为科研团队提供近距离体验 attoNVM 核心性能的机会，无论是二维材料的磁畴表征、超导材料的磁通涡旋观测，还是新型磁性材料的纳米磁场分布分析，均可申请参与。活动仅限50个名额，申请成功后，attocube 技术团队将提供全程专业支持，协助完成样品测试与数据解读。欢迎扫描下方二维码，抢占科研助力先机！

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