光學(xué)探測磁共振（Optically detected Magnetic Resonance,簡 稱ODMR）作為一種磁學(xué)成像技術(shù)，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，具備了能夠分辨單個電子與原子核自旋磁性的高靈敏度與空間分辨率可達(dá)幾個納米的特點，成為了一種最 前沿的實驗技術(shù)。不止于此，相比已有的樣品磁學(xué)性質(zhì)測量方法例如透射X射線光譜與磁力原子力顯鏡，ODMR還具有對樣品磁性無擾動與定性測量磁學(xué)性質(zhì)等特 點。德國attocube公司為ODMR提供了一個理想平臺: attoCSFM系統(tǒng)wan美集成了由完全無磁性材料制備的高數(shù)值孔徑（NA）共聚焦顯微鏡與原子力顯微鏡來滿足ODMR實驗的需求。從應(yīng)用來說，attoCSFM是研究下一代高密度磁存儲器**選擇，也是發(fā)展和研究自旋電子學(xué)、量子技術(shù)新應(yīng)用的新手段，它的出現(xiàn)解決了納米尺度磁成像這一基本問題，在材料科學(xué)、超導(dǎo)科學(xué)、生物科學(xué)研究方面有著廣泛應(yīng)用。

光學(xué)探測磁共振需結(jié)合使用共聚焦光學(xué)顯微鏡與原子力顯微鏡(AFM)，是一種基于電子自旋共振（Electron-spin resonance, ESR）的測量技術(shù)。

光學(xué)探測磁共振原理如下：首先，一個具有氮空位（NV色心）的金剛石納米晶粒被安裝在AFM懸臂上，共聚焦顯微鏡可以檢測NV色心受自旋影響的光致發(fā)光譜（參見左圖原理示意圖）。當(dāng)處于磁場中時，NV色心能級會發(fā)生塞曼分裂（Zeeman Splitting）。音叉式AFM針尖通常以非接觸模式工作，并且保持音叉式AFM針尖和樣品之間的距離恒定。NV色心在樣品產(chǎn)生的磁場下會發(fā)生能級塞曼分裂，此時，如果用微波照射NV色心，一旦微波的頻率和NV色心的分裂能級能量差一致（ESR發(fā)生），attoCSFM會觀察到NV色心的熒光強度有很大下降。通過監(jiān)測NV色心熒光強度，并利用鎖相技術(shù)控制微波頻率，使得其隨針尖移動時始終處于ESR狀態(tài)，attoCSFM記錄下針尖位置與相應(yīng)的ESR頻率。通過分析不同位置ESR頻率，樣品磁學(xué)性質(zhì)可以被定性的分析。

+高穩(wěn)定性與低漂移（在大氣環(huán)境中：<10nm/h）

+適用不同環(huán)境，從大氣到真空

+鏡頭NA=0.95，收光效率高，工作距離 WD=0.3mm

+極高自由度（AFM探針、樣品粗位移與精細(xì)掃描器、高NA鏡頭）

+樣品粗位移范圍：15×15×15mm3; 樣品精細(xì)位移：20×20×7mm3

+AFM探頭粗位移范圍：15×15×15mm3; 樣品精細(xì)位移：20×20×7mm3

+高NA鏡頭移動范圍：在Z方向上可移動15mm

+可升級至低溫強磁場磁共振顯微鏡

+光學(xué)測量可選透射式與反射式

組成部分（詳細(xì)技術(shù)參數(shù)見下方attoCSFM英文產(chǎn)品手冊中specifications）：

1.     低溫與高真空引線

2.     真空光學(xué)窗口

3.     插桿

4.     超導(dǎo)磁體（可選）

5.     液氦杜瓦瓶

6．低溫物鏡

7.  音叉式AFM探針（Akiyama Probe）

8.  兩套粗位移與精細(xì)掃描系統(tǒng)（分別為AFM與樣品移動）

9.  鈦制外殼

北京大學(xué)

清華大學(xué)