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低溫強(qiáng)磁場磁共振顯微鏡-attoCSFM

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光學(xué)探測磁共振(Optically detected Magnetic Resonance,簡 稱ODMR)作為一種磁學(xué)成像技術(shù),經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,具備了能夠分辨單個(gè)電子與原子核自旋磁性的高靈敏度與空間分辨率可達(dá)幾個(gè)納米的特點(diǎn),成為了一種 前沿的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。不止于此,相比已有的樣品磁學(xué)性質(zhì)測量方法例如透射X射線光譜與磁力原子力顯鏡,ODMR還具有對樣品磁性無擾動(dòng)與定性測量磁學(xué)性質(zhì)等特 點(diǎn)。德國attocube公司為ODMR提供了一個(gè)理想平臺(tái): attoCSFM系統(tǒng)完美集成了由*無磁性材料制備的高數(shù)值孔徑(NA)共聚焦顯微鏡與原子力顯微鏡來滿足ODMR實(shí)驗(yàn)的需求。從應(yīng)用來說,attoCSFM是研究下一代高密度磁存儲(chǔ)器選擇,也是發(fā)展和研究自旋電子學(xué)、量子技術(shù)新應(yīng)用的新手段,它的出現(xiàn)解決了納米尺度磁成像這一基本問題,在材料科學(xué)、超導(dǎo)科學(xué)、生物科學(xué)研究方面有著廣泛應(yīng)用。

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低溫強(qiáng)磁場磁共振顯微-attoCSFM系統(tǒng)特點(diǎn)


+ 高穩(wěn)定性與低漂移(在大氣環(huán)境中:<10nm/h)

+ 適用不同環(huán)境,從大氣到真空

+ 鏡頭NA=0.95,收光效率高,工作距離 WD=0.3mm

+ *自由度(AFM探針、樣品粗位移與精細(xì)掃描器、高NA鏡頭)

+ 樣品粗位移范圍:15×15×15mm3; 樣品精細(xì)位移:20×20×7μm3

+ AFM探頭粗位移范圍:15×15×15mm3; 樣品精細(xì)位移:20×20×7μm3

+ 高NA鏡頭移動(dòng)范圍:在Z方向上可移動(dòng)15mm

+ 可升級至低溫強(qiáng)磁場磁共振顯微鏡

+ 光學(xué)測量可選透射式與反射式


低溫強(qiáng)磁場磁共振顯微-attoCSFM系統(tǒng)組成

1. 低溫與高真空引線

2. 真空光學(xué)窗口

3. 插桿

4. 超導(dǎo)磁體(可選)

5. 液氦杜瓦瓶

6. 低溫物鏡

7. 音叉式AFM探針

(Akiyama Probe)

8. 兩套粗位移與精細(xì)掃描系統(tǒng) (分別為AFM與樣品移動(dòng))

9. 鈦制外殼





低溫強(qiáng)磁場磁共振顯微-attoCSFM系統(tǒng)工作原理


光學(xué)探測磁共振需結(jié)合使用共聚焦光學(xué)顯微鏡與原子力顯微鏡(AFM),是一種基于電子自旋共振(Electron-spin resonance, ESR)的測量技術(shù)。

光學(xué)探測磁共振原理如下:首先,一個(gè)具有氮空位(NV色心)的金剛石納米晶粒被安裝在AFM懸臂上,共聚焦顯微鏡可以檢測NV色心受自旋影響的光致發(fā)光譜(下圖原理示意圖)。當(dāng)處于磁場中時(shí),NV色心能級會(huì)發(fā)生塞曼分裂(Zeeman Splitting)。音叉式AFM針尖通常以非接觸模式工作,并且保持音叉式AFM針尖和樣品之間的距離恒定。NV色心在樣品產(chǎn)生的磁場下會(huì)發(fā)生能級塞曼分裂,此時(shí),如果用微波照射NV色心,一旦微波的頻率和NV色心的分裂能級能量差一致(ESR發(fā)生),attoCSFM會(huì)觀察到NV色心的熒光強(qiáng)度有很大下降。通過監(jiān)測NV色心熒光強(qiáng)度,并利用鎖相技術(shù)控制微波頻率,使得其隨針尖移動(dòng)時(shí)始終處于ESR狀態(tài),attoCSFM記錄下針尖位置與相應(yīng)的ESR頻率。通過分析不同位置ESR頻率,樣品磁學(xué)性質(zhì)可以被定性的分析。


原理示意圖


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