低温下基于单自旋量子传感器的纳米尺度磁性扫描探针成像

高空间分辨率磁成像推动了从材料科学到生物学等领域的重要发展。然而，要以更高灵敏度揭示接近纳米尺度的更精细细节，需要开发一种全新的传感器技术。金刚石中的氮空位（NV）缺陷凭借其原子尺寸和由长自旋相干时间提供的量子极限传感能力，已成为此类传感器的一个有前景的候选者。尽管 NV 中心已成功用作室温下的纳米尺度扫描磁探针，但将这种能力扩展到低温（许多固态系统在此展现非平凡磁序）一直是一项杰出挑战。在此，我们展示 NV 磁成像低至 6 K，具有 6 nm 空间分辨率和 3 {\mu}T/$\sqrt{\mbox{Hz}}$ 场灵敏度，首先用磁盘样本对该技术进行基准测试，然后利用该技术对铁基超导体 BaFe$_2$(As$_{0.7}$P$_{0.3}$)$_2$（$T_c$ = 30 K）中的涡旋成像。基于 NV 的磁成像向低温的扩展代表了最先进磁力测量的一项重要进展，这将使未来对凝聚态系统中迄今无法接触的纳米尺度磁性的研究成为可能。