用于磁场动态成像的量子钻石显微镜

利用金刚石中氮-空位（NV）中心系综进行磁场信号的宽场成像因兼具微米级分辨率、毫米级视场以及对物理与生命科学各类样品的兼容性而日益受到关注。近来，基于Ramsey协议的宽场NV磁成像相比传统测量实现了均匀且增强的灵敏度。在此，我们将基于Ramsey的协议与自旋浴驱动相结合，以延长NV自旋退相干时间并改善磁灵敏度。我们还采用高速相机以实现动态宽场磁成像。我们通过成像由制备导线模型产生的磁场来基准测试该量子钻石显微镜（QDM）的效用。在$270\times270 \hspace{0.08333em} \mu\mathrm{m}$$^2$视场上，实现了中位每像素磁灵敏度为$4.1(1)\hspace{0.08333em}\mathrm{nT}$$/\sqrt{\mathrm{Hz}}$，空间分辨率$\lesssim\hspace{0.08333em}10\hspace{0.08333em}\mu\mathrm{m}$，亚毫秒时间分辨率。重要的是，通过时间平均与信号调制可将空间磁噪声基底降低至皮特斯拉量级，从而能够成像峰峰值幅度差约$300\hspace{0.08333em}\mathrm{pT}$的磁场图案。最后，我们讨论了该动态QDM在研究生物矿化与电活性细胞方面的潜在新应用。