超顺磁氧化铁纳米颗粒的时间分辨金刚石磁成像

超顺磁氧化铁纳米颗粒（SPIONs）是生物医学成像中很有前景的探针，但其磁性质的异质性难以用现有方法表征。在这里，我们使用基于金刚石中氮-空位中心的磁显微镜，对数百个孤立的~30 nm SPION产生的杂散磁场进行宽场成像。通过分析SPION磁场模式随外加磁场的变化，我们观察到显著的场依赖横向磁化分量，这些分量通常被整体表征方法掩盖。我们发现样本中几乎所有SPION的三个磁化分量均具有可忽略的磁滞。大多数SPION表现出尖锐的朗之万饱和曲线，由特征极化外加磁场$B_c$描述。$B_c$分布高度不对称，标准差（1.4 mT）大于中位数（0.6 mT）。利用时间分辨磁显微镜，我们在关闭31 mT外加磁场后直接记录SPION的Néel弛豫，时间分辨率约为60 ms，受电磁线圈振铃时间限制。对于小偏置场$B_{hold}=1.5-3.5$ mT，我们观察到SPION的Néel弛豫时间范围很广——从毫秒到秒——与$B_{hold}$的指数依赖关系一致。我们的时间分辨金刚石磁显微镜研究揭示了丰富的SPION样品异质性，并可扩展到其他纳米磁学基础研究。