用于纳米尺度磁性与热成像的扫描纳米自旋系综显微镜

基于固态自旋的量子传感器在从基础物理和化学到生物医学成像的广泛领域中提供了巨大的机会。然而，将它们集成到扫描探针显微镜中以实现实用的纳米尺度量子成像是极具挑战性的任务。最近，将金刚石中的单自旋与原子力显微镜技术结合使用，在实现这一目标方面取得了重大进展，但由于采集时间长或缺乏同步的地形信息，这种方法的推广迄今受到阻碍。在这里，我们报告了一种扫描量子探针显微镜，它通过使用纳米金刚石中承载的纳米自旋系综解决了这两个问题。这种方法在采集时间上提供了高达一个数量级的增益，同时为量子传感器和地形图像保持了亚 100 nm 的空间分辨率。我们演示了这种显微镜的两个应用。我们首先在环境条件下通过自旋共振光谱和自旋弛豫测量对磁铁矿颗粒的纳米团簇进行成像。我们的图像揭示了除了静态分量之外的快速磁场涨落，表明存在超顺磁和铁磁颗粒。接下来，我们演示了一种新的成像模态，其中纳米自旋系综被用作温度计。我们使用这项技术来绘制流体环境中单个金纳米颗粒在激光照射下产生的光致加热。这项工作为量子探针显微镜的新应用铺平了道路，例如运行中的微电子器件的热/磁成像和细胞膜中离子通道的磁检测。