【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院上海微系統與信息技術研究所張露副研究員、陳壘研究員團隊在低溫磁成像技術領域取得重要進展。團隊成功研制出基于超導氮化鈮(NbN)材料和三維納米橋結構的新型磁顯微探針，將超導量子干涉器件(SQUID)類掃描磁顯微技術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。該成果已發表于學術期刊《ACS Nano》(論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c06397)。
磁場是基礎物理性質之一，實現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構限制，難以進一步提升。為突破這一瓶頸，超導電子實驗室研究團隊創新利用高質量超導NbN薄膜，成功制備出基于單個“納米橋結”的磁探針。NbN材料具備高臨界溫度和強抗磁性能，其薄膜質量直接影響探針器件的性能。通過精密調控薄膜生長和微納加工條件，團隊將NbN橋結區域厚度降低20納米以下，使其具備量子級別的磁場響應特性，同時本征磁場噪聲低至100 nT/√Hz。實驗證明，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納米的超導納米線結構，展現出卓越的磁場靈敏度與空間分辨能力。
上海微系統所博士后潘銀萍(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基金(項目編號：62071458、11827805)、上海市自然科學基金(項目編號：22ZR1473400)、中國科學院青年創新促進會(編號：2022235)以及量子科技創新計劃(項目編號：2023ZD0300100)等項目的資助。
圖1：NbN納米橋結探針的SEM圖和電學性能表征圖，該結的磁場響應曲線顯示出夫瑯禾費衍射圖案。
圖2 (a)超導磁通量子渦旋成像；(b)超導納米線條的抗磁信號成像。
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