免費測！1.8 K 低溫 NV 色心掃描磁學顯微鏡，3 μT/√Hz 靈敏度，實現納米尺度定量磁場成像！｜科研儀器

為了滿足我國科研快速發展對高精尖科研儀器更廣泛的需求，拓寬科研設備的應用與前景空間，“中國物理學會期刊網”微信公眾號特開辟“科研儀器”專欄，希望搭建科研與產業之間的橋梁，打通合作共贏之路，攜手助力科研事業的發展。

歡迎涉及物理學科研、教學服務的企事業單位來信垂詢。聯系郵箱physics@iphy.ac.cn。

在低溫環境下實現納米尺度磁場測量的能力，是理解量子層面磁性現象、研發新型存儲設備或量子計算機用材料的關鍵所在。實踐證明，金剛石中的氮空位（NV）中心是一種可靠的量子傳感技術載體，可滿足此類應用的需求。德國attocube公司研發了一款雜散磁場測量儀——低溫NV色心掃描成像磁強計-attoNVM，該設備能在 2 K至 300 K的溫度區間內，以納米級分辨率對樣品的雜散磁場進行測量；同時，該儀器支持樣品直接進樣測量，無需額外預處理，尤其省去了在樣品表面制備微波傳輸線的步驟。

該儀器配備專用軟件操作界面，可對集成的光學、機械及電子器件進行統一控制與同步調試，并能對采集到的數據開展實時分析。本文闡述了基于搭載氮空位（NV）中心的原子力顯微鏡（AFM）探針，以及全遠程控制顯微鏡平臺所實現的儀器核心功能與實測結果。目前，這款磁強計已實現商業化量產，首臺樣機已在某科研機構完成安裝部署。測試結果表明，該設備在閉循環低溫恒溫器環境下，可實現微特斯拉每根號赫茲（μT/√Hz）量級的探測靈敏度，兼具低噪聲原子力顯微鏡探針控制性能，以及光探測磁共振掃描功能。

為助力國內科研團隊攻克前沿難題、加速創新成果產出，QuantumDesign中國現開放低溫NV色心掃描成像磁強計-attoNVM免費測樣活動！本次活動面向從事量子材料、超導物理、自旋電子學等領域的科研團隊，提供從樣品測試方案定制，到實驗數據精準采集，再到結果深度解讀的全流程專業技術支持。無需承擔設備使用、技術調試等任何成本，即可借助前沿的低溫 NV 色心磁測量技術，快速驗證實驗假設、攻克技術瓶頸，為高水平論文發表與科研項目推進注入強勁動力。本次活動限50個名額，機會難得，誠邀各科研團隊搶占先機，攜手解鎖納米磁測量的全新維度！

掃描上方二維碼，即刻鎖定名額！

01

精選案例：

《Physical Review Letters》：破解二維超導體渦旋動力學難題

德國斯圖加特大學 J?rg Wrachtrup 教授團隊依托低溫NV色心掃描成像磁強計-attoNVM在二維超導體 NbSe?磁通渦旋動力學研究中取得突破性成果，相關論文發表于《Physical Review Letters》。此前，傳統掃描隧道顯微鏡（STM）因依賴潔凈導電表面，無法適配帶保護性六方氮化硼（h-BN）包覆層或殘留物的樣品；常規磁成像技術又難以兼顧納米空間分辨率與微秒時間分辨率，無法捕捉渦旋動態演化。

attoNVM 憑借特有技術優勢逐一突破限制：在 1.8 K 低溫下，以<50nm 分辨率清晰分辨單個磁通渦旋，即使 NbSe?樣品表面有制備殘留物仍可精準測量；依托9T-1T-1T矢量磁體完整覆蓋 “渦旋玻璃相 - 渦旋液體相 - 金屬態” 全相圖，證實薄層超導體中渦旋尺寸符合 Pearl 模型的膨脹特性；更通過超低振動設計與高量子效率探測器，首次捕捉到冷卻速率對渦旋晶格的影響 —— 快速冷卻（1 分鐘內降溫）形成弱磁對比的無序渦旋，慢速冷卻（數小時降溫）則構建穩定有序的渦旋晶格，為二維超導量子現象研究提供了直接可視化證據。

低溫NV色心磁強計測量二維超導體中渦旋態。（a）用于探測納米尺度局部磁響應的NV色心磁強計示意圖;（b）5.1nm厚的NbSe2薄片的相圖隨溫度和磁場的變化，確定了三個不同的相：渦旋玻璃、渦旋液體和金屬態。(c)渦旋玻璃相的磁場圖，顯示明顯的磁場對比度，并突出樣品邊界。(d)高分辨率掃描分辨出NbSe2薄片中的單個渦旋。

不同厚度的二維NbSe2中的渦旋排列。（a）氧化物襯底上厚度為5.1n m NbSe2樣品S1的磁場分布圖。渦旋結構的形態呈現無序狀態，顯示出微弱的空間相關性以及寬泛、模糊的自相關峰。(c)厚度為11.59 nm NbSe2樣品S2的磁場分布圖，其渦旋結構呈現顯著增強的六邊形有序排列。所有比例尺均為1 μm。

5.1 nm NbSe2樣品中與冷卻速率相關的渦旋排列。(a) NbSe2在快速冷卻（1分鐘內從6.3 K降至2 K）后的雜散場分布圖，顯示弱磁對比。(c)慢速冷卻（數小時從6.3 K降至2 K）后的磁場分布圖，顯示渦旋對比度顯著增強。

《Nature Materials》：解鎖二維反鐵磁體調控新范式

美國波士頓學院 Brian B. Zhou 教授團隊借助低溫NV色心掃描成像磁強計-attoNVM在原子層厚 CrPS?反鐵磁疇與橫向交換偏置研究中取得里程碑式進展，相關成果發表于《Nature Materials》。此前，原子層厚材料中反鐵磁 - 鐵磁（AFM-FM）界面的微觀特性、疇壁運動機制長期缺乏直接觀測手段，制約了高密度磁存儲技術的發展。

attoNVM 憑借高靈敏度與納米級成像能力，實現多項關鍵突破：在 2 K 低溫下精準解析五層 CrPS?的傾斜磁矩（相對于 z 軸傾斜 16°），解決磁易軸爭議；首次可視化偶數層 CrPS?中的反相疇壁，清晰捕捉到疇壁與樣品缺陷的對應關系，證實雜散場源自表面磁化差異；更通過動態調控實驗，實現反鐵磁疇壁的可控成核與平移 —— 利用 0.6T 磁場脈沖可在六層 CrPS?中形核疇壁，通過逐步調節外場（0.35T→1.0T→-0.3T）實現疇態逐級切換，最終將三個相鄰 AFM 結構域調控為類 FM 區域，實現可調多級橫向交換偏置，為二維磁體在自旋電子器件中的應用開辟新路徑。

原子級層厚CrPS?中不同層數的反鐵磁體（AFM）。（1a）NV色心掃描研究CrPS?材料。在磁成像過程中，外場 Bext以54.7°角施加于

xz

偶數層CrPS?中的反相磁疇。（a）樣品1的雜散場BS圖像。頂部和底部五層區域分別采用相反的磁化狀態+5和?5。(b）六層反相疇壁的高分辨率BS測量。BS中的垂直脊狀結構對應樣品中的物理缺陷（褶皺）。（c）代表性幾何結構的偶層疇壁軌跡微磁模擬。（d）四層與六層區域過渡的BS圖像，顯示偶數層信號與厚度不成正比。（f）CrPS?樣品2的BS圖像。插圖：樣品光學照片。（g）雙層膜中疇壁的高分辨率BS圖像。（h）樣品2的磁疇模擬。

偶-奇界面橫向交換偏置。(a) 樣品2中窄與寬三層（3L）區域及樣品1中五層（5L）區域的磁滯回線。（b-e）磁滯回線不同外置磁場（標記為a）窄與寬三層區域的雜散場BS圖像：-41mT(b)、-70mT(c)、-2mT(d)、12mT(e)。（f）所有偶數層均為|+?時，Bc1處狹窄三層區域磁化反轉的圖像。（g）當鄰近偶數層處于疇態時，Bc1反轉的數據（上）與模擬結果（下）如圖中所示。

疇壁的受控成核與平移。（a）CrPS?薄片3中雙層區域的磁滯回線。插圖：光學圖像。（b-d）樣品3在雙層磁滯回線不同 Bext 下的BS圖像，如圖a中標記：-75mT(b)、-124mT(c)、17mT(d)。（e）CrPS?樣品4的BS圖像，所有區域均處于| + ?態。（f，g,h）將Bz外場升至(0.35，1，-0.3) T后恢復的圖像。(i)樣品1中偶數層疇壁的場驅動運動。

02

低溫NV色心掃描成像磁強計-attoNVM

attoNVM是由德國attocube與瑞士QZabre強強聯合推出的商用干式低溫NV色心掃描成像磁強計。通過將先進的硬件與軟件無縫集成，用戶可在2 K~300 K寬溫區范圍內實現高效磁成像與磁學定量測量。該系統利用NV色心的本征量子特性進行探測，傳感器無需額外校準。

• 超高磁場靈敏度和光子計數率，實現完全定量測量

• 超低振動和漂移，適合量子應用研究，長測量周期的極限穩定性

• 快速安全地更換集成微波天線的NV色心探針，用戶友好的先進掃描顯微鏡

• 成像模式：光檢測磁共振 (ODMR)，AFM，CFM，寬場，MOKE

• 長期穩定性：漂移<100 nm/24h， ΔT =2K

• 視野范圍 ：大約55 μm

• RMSz噪音水平（帶寬 = 200 Hz）:小于0.4 nm（室溫）； 小于2.5 nm（低溫）

• 定位步長：0.05..3 μm @ 300 K, 10..500 nm @ 4 K

• 精細掃描范圍：30 x 30 x 4.3 μm3 @ 300 K, 18 x 18 x 2 μm3 @ 4 K

• 溫度范圍 ：1.8-300 K（淬滅模式，帶光學讀出的AFM掃描，微波關閉）； 4-300 K（ cw-ODMR模式）

• 磁場 ：9-1-1 T 或1-1-1 T

• 樣品空間直徑：48 mm

低溫NV色心掃描成像磁強計-attoNVM

03

部分發表文章

• Ruoming Peng, et al. Probing Vortex Dynamics in 2D Superconductors with Scanning Quantum Microscope .Phys. Rev. Lett.135, 126001, 2025

• Brian B. Zhou, et al. Configurable antiferromagnetic domains and lateral exchange bias in atomically thin CrPS4，Nature Materials24, 1414–1423 (2025)

• Patrick Maletinsky, et al. Imaging nanomagnetism and magnetic phase transitions in atomically thin CrSBr.Nature Communications15: 6005 (2024)

• Rainer St?hr, et al. Magnetic domains and domain wall pinning in atomically thin CrBr3 revealed by nanoscale imaging.Nature Communications12 : 1989 (2021)

• Patrick Maletinsky, et al. Probing magnetism in 2D materials at the nanoscale with single-spin microscopy.Science364, 973–976 (2019)

04

部分用戶單位：

免費測樣活動限時開放

此次免費測樣活動，將為科研團隊提供近距離體驗 attoNVM 核心性能的機會，無論是二維材料的磁疇表征、超導材料的磁通渦旋觀測，還是新型磁性材料的納米磁場分布分析，均可申請參與。活動僅限50個名額，申請成功后，attocube 技術團隊將提供全程專業支持，協助完成樣品測試與數據解讀。歡迎掃描下方二維碼，搶占科研助力先機！

掃描上方二維碼，即刻預約體驗！

點擊關注，即刻掌握物理領域前沿技術/資訊！