日本高级科学技术研究所
用扫描NV探针成像磁带中的畴结构
利用光纤铣削加工的金刚石NV中心探针扫描显示了磁带磁畴结构的成像
信用:来自JAIST的Toshu An
从生物学领域的微生物发现到物理学领域的原子成像，显微成像提高了我们对世界的认识，并促成了许多科学进步
现在，随着自旋电子学和微型磁性器件的出现，越来越需要在纳米尺度上成像来探测物质的量子特性，例如电子自旋、铁磁体中的磁畴结构和超导体中的磁涡旋
通常，这是通过用磁传感器补充标准显微镜技术来实现的，例如扫描隧道显微镜和原子力显微镜，以创建能够实现纳米级成像和传感的“扫描磁测探针”
然而，这些探针通常需要超高真空条件、极低的温度，并且受限于探针尺寸的空间分辨率
在这方面，金刚石中的氮空位(NV)中心(金刚石结构中由氮原子形成的缺陷与由缺失原子产生的“空位”相邻)已经引起了极大的兴趣
事实证明，NV对可以与原子力显微镜结合，完成局部磁成像，并且可以在室温和压力下工作
然而，制造这些探针涉及复杂的技术，不允许对探针形状和尺寸进行太多控制
在一项新的研究中，由日本高级科学技术研究所的安东树副教授和森英士·凯努马博士领导
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JAIST的一名学生与日本京都大学和日本国家先进工业科学技术研究所的研究人员合作，解决了这个问题，使用激光切割和聚焦离子束(FIB)处理相结合的新技术制造了承载NV的金刚石探针，该技术既能实现高度的加工自由度，又能控制探针形状
这篇论文于2021年12月28日在网上发布，发表在《应用物理学杂志》第130卷第24期
首先，研究小组通过向块状金刚石中注入氮离子，在其中创建了氮-钒中心
接下来，他们抛光了对面的表面，并通过激光切割生产了多个棒状工件
他们将其中一个金刚石棒连接到原子力显微镜探针的尖端，并使用光纤加工将金刚石棒的前表面变成最终的探针形状
“FIB使用镓离子来塑造探针
然而，这些离子会在金刚石结构中产生空位，改变NV缺陷的电荷状态
为了避免这种情况，我们在探针中心周围使用了一个环形铣削模式，以防止对NV中心的任何损坏
一；一个
最终的探针是由103个直径为1的NV中心组成的微柱
3米，长度6米
利用探针，研究小组在磁带中成像了周期性磁畴结构
“我们通过绘制固定微波频率下的光致发光强度和光学检测磁共振光谱中的共振频率，对磁畴结构的杂散磁场进行了成像，”Dr
一；一个
该团队乐观地认为，新的制造方法将拓宽量子成像探针的适用性
“近年来，人们一直在寻求开发新设备来解决环境和能源问题，实现人类社会的可持续繁荣
量子测量和传感技术有望在未来彻底改革支撑社会基础设施的体系
在这方面，我们的制造技术有助于推动实现纳米尺度的量子成像。”
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