全能适配！attocube mK级 NV色心磁强计，从核心模块到集成系统，打造一站式解决方案

发布日期：2025-11-28

attocube 深耕量子光学领域，携手知名科研团队打造全套 NV 色心显微镜系统，依托金刚石氮 - 空位（NV）中心的特殊量子特性，实现磁场测量的超高精度与多场景适配，为科研与产业应用提供革命性技术支撑。

一、What is NV Magnetometry?

NV磁力测量技术的核心是金刚石中氮-空位中心缺陷。通过精准构建晶格结构，去除两个相邻原子，一个用氮原子填补，另一个保留空位形成中性NV缺陷，再借助邻近晶格缺陷的电子(通常来自没有匹配空位的氮原子)转移，使NV中心带负电，从而获得具备优异量子特性的传感核心。

具有NV中心缺陷的金刚石碳晶格示意图

二、How Does it Work?

1997年，德国开姆尼茨大学Jörg Wrachtrup团队发现，在常温下通过操控单个NV缺陷能提供光输出信号，由此开启了金刚石量子技术领域的发展

NV磁力测量技术的关键在于NV中心内部电子的自旋。这种自旋使电子像微小的条形磁铁。其工作机制遵循三大关键步骤：首先以绿色激光泵浦 NV 中心，同时实现红光荧光发射与电子自旋的近 100% 精准初始化；随后施加特定频率的微波脉冲，电子自旋仅对共振频率响应，而该频率与外部磁场强度直接相关；最后再次通过绿色激光激发，通过监测红光荧光亮度变化获取 ODMR 谱线，共振谷位置可精确反演外部磁场强度，整个过程兼具科学性与稳定性。

左图：装置示意图	右图：通过两微波频率之差得到磁场强

三、Key Advantages

与其他磁力计（如SQUID超导量子干涉器件）相比，NV色心具有特有优势：

• 极高的空间分辨率： 由于传感器是原子尺度的缺陷，它可以在纳米级别测量磁场。可以对样品进行高分辨的磁成像。

• 宽广的测量范围： 可以测量从极弱（fT/√Hz，飞特斯拉）到极强（数特斯拉）的磁场。

• 非侵入性： 金刚石具有生物相容性且性质稳定。这使得可以对生物样本（如细胞或蛋白质）进行磁感应而不会损坏它们。

• 矢量磁力测量： 通过精细测量，NV色心不仅可以确定磁场的强度，还可以确定其方向。

四、Applications-基于NV色心的纳米分辨光学磁共振探测磁存储材料

attocube与荷兰莱顿公司和Patrick Maletinsky教授（瑞士巴塞尔大学）的量子传感小组密切合作，开发了一种基于闭环顶部加载DR的完整mK AFM/CFM。该系统用于mK温度下的量子传感和成像。顶部装载探头将尖端或样品交换的周转时间从24-48小时降至仅8小时，大幅提升测量效率；配备自由光束共聚焦显微镜与 attoCFM I外部光学头，即便远离样品磁场中心，仍能实现全范围的共聚焦应用，具有多个光学通道的灵活性、易于对准和长期稳定性。

针对mK温区环境，系统进行了全面重新设计，包括精细化热化处理与布线优化，使样品位置的基础温度达到了38mK, 设备示意图如下：

基于该系统，P.Maletinsky等人完成了磁存储材料中的磁比特分布的突破性研究：通过电子束刻蚀、活性离子刻蚀、氮空位掺杂、单光子发射测量等工艺制备与挑选了高质量的NV色心，当NV色心与样品表面距离为70 nm左右（如下图左），成功观测到170 nm与65 nm两种磁比特（magnetic bits,见白色虚线）分布。右图中NV色心与样品表面距离为30 nm左右，结果表明磁比特的尺寸大约在38 nm。

综上所述，相比于之前的NV色心技术，在金刚石纳米晶体中的NV色心具有更加好的机械强度与稳定性。相比于其他磁学成像技术，该NV色心磁共振显微镜具有优秀的光学稳定性与适用于室温等特点。此外，该技术还在光学传感器、量子信息传播等领域展现出广阔应用潜力。

五、attocube提供全套解决方案

5.1 mK 模块-mK 纳米位移台及 mK 3轴旋转台

mK 级运动控制模块：推出铍铜材质全系列纳米位移台、3 轴旋转台及扫描台，支持 mK 温度下的纳米级精确运动，适配样品旋转、倾斜等多维度调节需求，尤其适用于磁各向异性与低维样品研究。atto3DR具有两个基于压电的纳米旋转台，允许围绕水平固定轴和额外的平面内轴旋转，使得样品表面和现场之间能够倾斜±90°。由于分裂线圈磁体的场强限制在几特斯拉以内（例如9-1-1T或5-2-2T）这使得与场矢量旋转的传统矢量磁体相比，可以获得更大的相空间。与 12T 单电磁阀结合时，能在三维空间内提供完整 12T 磁场调控，拓展磁场研究相空间。

mK低温纳米位移台，旋转台及扫描台

360°旋转mK 选件

5.2 mK选件-attoAFM

低温适配 AFM 系统：attoAFM I 紧凑型原子力显微镜专为低温、超低温及高磁场环境设计，通过光纤法布里 - 珀罗干涉仪高精度测量悬臂偏转，支持接触式与非接触式模式，可实现变温磁畴成像、涡流成像、压电响应力显微镜（PFM）、开尔文探针力显微镜（KPFM）等多种测量模式，适配磁学、铁电体、多铁性材料等领域研究。

5.3 成套的mK 平台

完整系统集成服务：基于稀释制冷机项目实践经验，提供包含 DR、显微镜及全套配件的完整系统集成与交付服务，由资深项目负责人全程把控规划、生产、工厂测试、现场安装与培训全流程，确保系统与具体科研需求精准匹配。

attocube NV 色心显微镜以学术严谨的技术设计、全面的性能优势与定制化解决方案，成为量子传感、材料科学、生命科学等领域的核心科研工具，持续推动全球科研团队实现突破性研究成果。