attocube 深耕量子光學領域，攜手優秀科研團隊打造全套 NV 色心顯微鏡系統，依托金剛石氮 - 空位（NV）中心的特殊量子特性，實現磁場測量的超高精度與多場景適配，為科研與產業應用提供革命性技術支撐。

一、What is NV Magnetometry?

NV磁力測量技術的核心是金剛石中氮-空位中心缺陷。通過精準構建晶格結構，去除兩個相鄰原子，一個用氮原子填補，另一個保留空位形成中性NV缺陷，再借助鄰近晶格缺陷的電子(通常來自沒有匹配空位的氮原子)轉移，使NV中心帶負電，從而獲得具備優異量子特性的傳感核心。

具有NV中心缺陷的金剛石碳晶格示意圖

二、How Does it Work?

1997年，德國開姆尼茨大學Jörg Wrachtrup團隊發現，在常溫下通過操控單個NV缺陷能提供光輸出信號，由此開啟了金剛石量子技術領域的發展

NV磁力測量技術的關鍵在于NV中心內部電子的自旋。這種自旋使電子像微小的條形磁鐵。其工作機制遵循三大關鍵步驟：首先以綠色激光泵浦 NV 中心，同時實現紅光熒光發射與電子自旋的近 100% 精準初始化；隨后施加特定頻率的微波脈沖，電子自旋僅對共振頻率響應，而該頻率與外部磁場強度直接相關；最后再次通過綠色激光激發，通過監測紅光熒光亮度變化獲取 ODMR 譜線，共振谷位置可精確反演外部磁場強度，整個過程兼具科學性與穩定性。

左圖：裝置示意圖	右圖：通過兩微波頻率之差得到磁場強

三、Key Advantages

與其他磁力計（如SQUID超導量子干涉器件）相比，NV色心具有優勢：

• 非常高的空間分辨率： 由于傳感器是原子尺度的缺陷，它可以在納米級別測量磁場。可以對樣品進行高分辨的磁成像。

• 寬廣的測量范圍： 可以測量從極弱（fT/√Hz，飛特斯拉）到非常強（數特斯拉）的磁場。

• 非侵入性： 金剛石具有生物相容性且性質穩定。這使得可以對生物樣本（如細胞或蛋白質）進行磁感應而不會損壞它們。

• 矢量磁力測量： 通過精細測量，NV色心不僅可以確定磁場的強度，還可以確定其方向。

四、Applications-基于NV色心的納米分辨光學磁共振探測磁存儲材料

attocube與荷蘭萊頓公司和Patrick Maletinsky教授（瑞士巴塞爾大學）的量子傳感小組密切合作，開發了一種基于閉環頂部加載DR的完整mK AFM/CFM。該系統用于mK溫度下的量子傳感和成像。頂部裝載探頭將尖端或樣品交換的周轉時間從24-48小時降至僅8小時，大幅提升測量效率；配備自由光束共聚焦顯微鏡與 attoCFM I外部光學頭，即便遠離樣品磁場中心，仍能實現全范圍的共聚焦應用，具有多個光學通道的靈活性、易于對準和長期穩定性。

針對mK溫區環境，系統進行了全面重新設計，包括精細化熱化處理與布線優化，使樣品位置的基礎溫度達到了38mK, 設備示意圖如下：

基于該系統，P.Maletinsky等人完成了磁存儲材料中的磁比特分布的突破性研究：通過電子束刻蝕、活性離子刻蝕、氮空位摻雜、單光子發射測量等工藝制備與挑選了高質量的NV色心，當NV色心與樣品表面距離為70 nm左右（如下圖左），成功觀測到170 nm與65 nm兩種磁比特（magnetic bits,見白色虛線）分布。右圖中NV色心與樣品表面距離為30 nm左右，結果表明磁比特的尺寸大約在38 nm。

綜上所述，相比于之前的NV色心技術，在金剛石納米晶體中的NV色心具有更加好的機械強度與穩定性。相比于其他磁學成像技術，該NV色心磁共振顯微鏡具有優秀的光學穩定性與適用于室溫等特點。此外，該技術還在光學傳感器、量子信息傳播等領域展現出廣闊應用潛力。

五、attocube提供全套解決方案

5.1 mK 模塊-mK 納米位移臺及 mK 3軸旋轉臺

mK 級運動控制模塊：推出鈹銅材質全系列納米位移臺、3 軸旋轉臺及掃描臺，支持 mK 溫度下的納米級精確運動，適配樣品旋轉、傾斜等多維度調節需求，尤其適用于磁各向異性與低維樣品研究。atto3DR具有兩個基于壓電的納米旋轉臺，允許圍繞水平固定軸和額外的平面內軸旋轉，使得樣品表面和現場之間能夠傾斜±90°。由于分裂線圈磁體的場強限制在幾特斯拉以內（例如9-1-1T或5-2-2T）這使得與場矢量旋轉的傳統矢量磁體相比，可以獲得更大的相空間。與 12T 單電磁閥結合時，能在三維空間內提供完整 12T 磁場調控，拓展磁場研究相空間。

mK低溫納米位移臺，旋轉臺及掃描臺

360°旋轉mK 選件

5.2 mK選件-attoAFM

低溫適配 AFM 系統：attoAFM I 緊湊型原子力顯微鏡專為低溫、超低溫及高磁場環境設計，通過光纖法布里 - 珀羅干涉儀高精度測量懸臂偏轉，支持接觸式與非接觸式模式，可實現變溫磁疇成像、渦流成像、壓電響應力顯微鏡（PFM）、開爾文探針力顯微鏡（KPFM）等多種測量模式，適配磁學、鐵電體、多鐵性材料等領域研究。

5.3 成套的mK 平臺

完整系統集成服務：基于稀釋制冷機項目實踐經驗，提供包含 DR、顯微鏡及全套配件的完整系統集成與交付服務，由項目負責人全程把控規劃、生產、工廠測試、現場安裝與培訓全流程，確保系統與具體科研需求精準匹配。

attocube NV 色心顯微鏡以學術嚴謹的技術設計、全面的性能優勢與定制化解決方案，成為量子傳感、材料科學、生命科學等領域的核心科研工具，持續推動科研團隊實現突破性研究成果。