用于自旋纳米尺度成像的针尖脉冲磁场梯度

纳米尺度磁共振成像旨在获得单分子水平的结构。大多数实现纳米MRI梯度的技术使用小型永磁体。在这里，我们提出了一种可切换的针尖磁场梯度，其设计目的是在纳米尺度上提供局部、可控且具有高梯度的磁场。我们将该梯度场与纳米尺度磁共振传感器——金刚石中的单个氮-空位中心——相结合，以提供高分辨率的磁共振成像。该器件是沉积在石英针尖上的金属微丝，电流沿针尖流动，在其尖端周围感应出磁场。通过控制导线中的电流，可以在整个测量过程中操纵该磁场。我们在低于200 $\mathrm{\mu}\text{T}$的磁场下实现了高达1 $\mathrm{\mu}\text{T/nm}$的梯度。这样的梯度可以促进使用单个NV传感器实现1纳米分辨率的电子自旋映射，从而允许对电子进行纳米尺度成像。电流开关能力以及器件的高精度定位能力克服了发射器对比度有限和样品制备灵活性受限等限制。此外，我们表明金属针尖靠近传感器会以空间依赖的方式改变拉比功率，提供增强（$\times$3.5）和减弱的拉比功率区域。这种由针尖感应的空间梯度为对附近自旋种类进行选择性脉冲提供了机会，其中相同的微波功率将导致不同的自旋操纵特性。