环境条件下单电子自旋的纳米尺度磁成像

在环境条件下对自旋系综的检测通过磁共振成像和核磁共振彻底改变了生物、化学和物理科学。将传感能力推进到单自旋水平将实现前所未有的应用，例如单分子结构成像；然而，来自单自旋的弱磁场无法被传统的远场共振技术检测到。近年来，人们付出了相当大的努力来开发纳米尺度扫描磁力计，通过将传感器靠近目标来测量更少的自旋。这些磁力计中最灵敏的通常需要低温才能运行，但在环境条件（标准温度和压力）下进行测量对于许多成像应用至关重要，尤其是在生物系统中。在这里，我们展示了使用扫描氮空位（NV）磁力计在环境条件下对单电子自旋磁场的检测和纳米尺度成像。通过将我们的 NV 磁力计确定性扫描到目标电子自旋上方 50 纳米处，同时使用动态解耦磁力测量协议测量局部磁场，获得了实空间定量磁场图像。这种单自旋检测能力可以实现纳米和原子尺度上电子自旋的单自旋磁共振成像，并为机械量子态转移等独特应用打开了大门。