光探測磁共振技術

近幾年來，基于金剛石氮空位色心(NV center)的光探測磁共振技術(optically detected magnetic resonance，ODMR)發展迅速(基本原理如圖1(b)所示)，并通過與AFM技術結合，可以實現納米級的高空間分辨以及單電子自旋甚至是單個核自旋的超高探測靈敏度[5]。光探測磁共振技術是基于光學檢測的電子自旋共振技術，其原理是利用共聚焦顯微鏡來檢測NV色心自旋依賴的熒光強度。在AFM探針尖端嵌入含有NV色心的金剛石納米晶粒，當探針尖端逼近樣品表面時，NV色心的能級會受樣品磁場的影響而發生塞曼劈裂。當探針的激勵微波頻率與NV色心的電子自旋共振(ESR)頻率相一致時，NV色心的熒光強度會顯著下降。通過監測NV色心熒光強度，并利用鎖相環技術控制微波頻率，使得其隨針尖掃描時始終處于ESR 狀態，記錄下針尖位置與相應的ESR頻率，再利用ESR頻率和磁場的相互關系，得到磁場的位置像。基于金剛石NV色心的AFM技術，是發展和研究高密度磁存儲、自旋電子學、量子技術應用等的新技術，將在量子工程學，化學與材料科學，以及生物和醫療科學等研究領域有著廣泛的應用前景。