Fraunhofer IAF的宽视场磁强计提供了高灵敏度、高分辨率和高速度。（图片来源：Fraunhofer IAF）

通过量子传感实现的磁场显微成像可以测量物体独特的磁性指纹。这为材料测试或生物医学等各个领域的全新应用打开了大门。

Fraunhofer IAF 开发了一种创新方法，以改进的宽场磁力计的形式使用快速相机图像。该系统提供了灵敏度、分辨率和速度的独特折衷方案。它将在 6 月 27 日至 30 日在慕尼黑举行的 2023 年量子激光世界上展示，作为弗莱堡量子传感中心的一部分，弗劳恩霍夫 IAF、IPM 和 IWM 研究所将在该中心汇集其在量子磁力测量领域的***知识。

IAF的研究人员成功地利用了基于氮空位 (NV) 中心的量子传感器技术在独特测量装置中的巨大潜力。他们的宽场磁力计能够在大范围内快速测量样品的杂散磁场。其测量精度高，分辨率低至纳米范围，并且绝对可量化。

这种测量方法开辟了计量学的新途径，由于其从无机样品到有机样品的广泛应用，适用于（纳米）电子、材料科学或生物医学等各个行业。

该创新测量系统是在Fraunhofer主导项目 QMag 的过程中开发的。在该项目过程中，弗莱堡的Fraunhofer IAF、IPM 和 IWM 三个研究所开发了集中的磁力测量***知识和基础设施，这三个研究所共同构成了弗莱堡量子传感中心。

宽场磁强计测量原理。由于样品与金刚石传感器直接接触，可以准确而迅速地测量磁性纳米颗粒。（Fraunhofer IAF）

金刚石磁力测量

宽场磁力测量基于金刚石薄膜中的 NV 中心，是量子传感中的一种年轻方法。Fraunhofer IAF开发的测量装置使用任意波形发生器 (AWG)，它产生微波辐射并触发激光和具有纳秒精度的相机记录时间窗口。通过使用不同的测量协议，可以实现测量的高度灵活性和精确度。

“宽场磁力计不仅受益于我们改进的设置，还受益于Fraunhofer IAF 开发的金刚石板生长工艺，我们将其用作传感器，” Fraunhofer IAF 量子设备业务部副经理 Jan Jeske 博士解释道。该研究所生长的基底基于（100）取向、纯、未掺杂的“IIa”型金刚石，厚度为 500 μm，面积为 4 x 4 mm。该基板上长满了一层薄层，其中传感器应用的 NV 中心靠近样品生成。

宽场磁力计的测量优势

在材料科学中，实验方法用于表征多晶材料，以获得对宏观材料行为的微观理解。这使得更好地了解材料并优化其性能成为可能。然而，当前的方法通常依赖于较长的测量时间和大型实验设施。通常，真空条件或高能粒子也是必要的，这可能会对样品材料产生不利影响。

基于NV中心的宽场磁强测量是一种可在室温下操作的非侵入性方法。这为深入了解微观磁场分布开辟了新的可能性，这对于材料分析具有巨大的潜力。该系统不仅限于无机材料样品，由于对测量环境要求相对较低，也可以应用于有机样品。这些测量特性，再加上Fraunhofer IAF开发的高速测量，甚至可以进行复杂的测量，例如波动、交变场和交流电 (AC) 测量，为新材料分析方法铺平了道路。

作者： Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF