上海微系統(tǒng)所在NbN磁顯微探針方面取得重要進(jìn)展

2025-10-15 11:52:40中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所閱讀量：22618      我要評論

　　近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所張露副研究員、陳壘研究員團(tuán)隊在低溫磁成像技術(shù)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊成功研制出基于超導(dǎo)氮化鈮(NbN)材料和三維納米橋結(jié)構(gòu)的新型磁顯微探針，將超導(dǎo)量子干涉器件(SQUID)類掃描磁顯微技術(shù)的空間分辨率提升至80納米，為量子材料與器件的研究提供了新的有力工具。該成果已發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《ACS Nano》(論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c06397)。

　　磁場是基礎(chǔ)物理性質(zhì)之一，實(shí)現(xiàn)對它的高分辨率成像，對于探索量子材料和器件具有重要意義。傳統(tǒng)掃描SQUID顯微鏡雖磁場靈敏度極高，但其空間分辨率受器件結(jié)構(gòu)限制，難以進(jìn)一步提升。為突破這一瓶頸，超導(dǎo)電子實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊創(chuàng)新利用高質(zhì)量超導(dǎo)NbN薄膜，成功制備出基于單個“納米橋結(jié)”的磁探針。NbN材料具備高臨界溫度和強(qiáng)抗磁性能，其薄膜質(zhì)量直接影響探針器件的性能。通過精密調(diào)控薄膜生長和微納加工條件，團(tuán)隊將NbN橋結(jié)區(qū)域厚度降低20納米以下，使其具備量子級別的磁場響應(yīng)特性，同時本征磁場噪聲低至100 nT/√Hz。實(shí)驗(yàn)證明，該探針不僅能清晰觀測到鈮薄膜中單個磁通量子渦旋，還可分辨間距僅80納米的超導(dǎo)納米線結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出卓越的磁場靈敏度與空間分辨能力。

　　上海微系統(tǒng)所博士后潘銀萍(已出站)為該論文的第一作者，張露副研究員和陳壘研究員為共同通訊作者。該工作獲得了國家自然科學(xué)基金(項目編號：62071458、11827805)、上海市自然科學(xué)基金(項目編號：22ZR1473400)、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(編號：2022235)以及量子科技創(chuàng)新計劃(項目編號：2023ZD0300100)等項目的資助。

　　圖1：NbN納米橋結(jié)探針的SEM圖和電學(xué)性能表征圖，該結(jié)的磁場響應(yīng)曲線顯示出夫瑯禾費(fèi)衍射圖案。

圖2 (a)超導(dǎo)磁通量子渦旋成像；(b)超導(dǎo)納米線條的抗磁信號成像。

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