利用金刚石中自旋对薄磁膜进行磁光成像

对磁性材料磁场的成像为理解磁性周围物理和化学过程提供了关键见解，并且是磁数据存储惊人发展的关键因素。现有基于磁光克尔效应(MOKE)、X射线和电子显微镜的方法存在限制进一步发展的局限，对高空间分辨率实时磁现象成像与表征的需求日益增长。本工作中，我们展示了如何利用金刚石中带负电荷的氮空位自旋阵列的磁光响应，对薄铁磁膜的亚微米杂散磁场图案进行成像与映射。利用光探测磁共振，我们在环境条件下以视频帧率演示了超过100x100 {\mu}m^2的宽场磁成像，衍射极限空间分辨率为440 nm。我们展示了一种新颖的全光学自旋弛豫对比成像方法，其可在无外加微波场情况下对磁结构成像。直接的扩展有望实现亚{\mu}T灵敏度以及亚光学空间分辨率和毫秒时间分辨率的成像。本工作确立了实用的基于金刚石的宽场显微镜，用于磁性样品的快速高灵敏度表征与成像，并具有研究诸如畴壁与斯格明子动力学以及金属中自旋霍尔效应等磁现象的能力。