利用金刚石氮-空位中心进行宽场微波磁场成像

具有微米级横向分辨率的微波（MW）磁场非侵入性成像对各种应用至关重要，例如微波技术和集成电路失效分析。金刚石氮-空位（NV）中心磁测量已成为一种理想工具，提供 $\mu$m 级分辨率、毫米级视场、高灵敏度以及兼容多样样品的非侵入性成像。然而迄今为止，它主要用于静态或低频磁场成像，或者在微波场成像方面，直接表征用于驱动 NV 自旋跃迁的同一微波器件。在本工作中，我们利用金刚石中的 NV 系综，采用差分测量协议对测试器件产生的微波磁场进行宽场成像。显微镜配备有微波环以在 NV 自旋态之间诱发 Rabi 振荡，并通过 Rabi 频率的局部偏差来测量来自待测器件的微波场。该差分协议生成了 2.57 GHz 微波场的磁场图，在总测量时间 $T = 357$ s 下灵敏度为 $\sim$ 9 $\mu$T Hz$^{-1/2}$，覆盖 $340\times340$ $\mu$m$^2$ 视场，具有 $\mu$m 级空间分辨率和 30 dB 的 DUT 输入功率动态范围。本工作展示了一种基于差分 Rabi 频率测量的新型 NV 磁测量协议，将 NV 宽场成像能力扩展至难以通过标准 NV Rabi 磁测量直接测量的弱微波磁场成像。