Surface phonon induced rotational dissipation for nanoscale solid-state gears
相对于平动摩擦而言，转动摩擦的机理研究较少。这种运动成为一个重要的问题，为小型化的机械机械，往往涉及旋转齿轮。在这项研究中，分子动力学模拟进行探索旋转摩擦的固态齿轮上旋转的不同基板。在每种情况下，观察到的旋转运动的粘性阻尼，并发现诱导齿轮和基板之间的纯范德华相互作用。不同的齿轮尺寸和各种基板材料的影响进行了研究。此外，齿轮和基板的刚度被发现会产生不同的耗散通道。最后，它表明，占主导地位的贡献耗散有关的低频表面声子在基板中的激发。
2020-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.app-ph
The stochastic dynamics of micron and nanoscale elastic cantilevers in fluid: fluctuations from dissipation
对浸没在粘性流体中的微米级和纳米级悬臂梁的随机动力学进行了量化。给出了布朗噪声驱动下细长悬臂梁的解析结果。噪声力的谱密度不被假定为白色，并且根据波动耗散定理确定频率依赖性。分析结果表明，是有用的，通常用于原子力显微镜的微米尺度的杠杆。一个通用的热力学方法是有效的任意几何形状，以及为阵列的多个杠杆的随机运动耦合通过流体。它表明，波动耗散定理允许通过简单的确定性方法的随机量的计算。热力学方法与确定性有限元数值模拟来量化的自相关性和噪声频谱的悬臂波动为一个单一的微米级悬臂和交叉相关性和噪声频谱的波动为一个阵列的两个实验动机的纳米级悬臂作为悬臂分离的函数。结果被用来量化的噪音减少可能使用相关的测量与两个紧密间隔的纳米级的杠杆。
2006-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Non-monotonic heat dissipation phenomenon in close-packed quasi-2D and 3D hotspot system
基于声子玻尔兹曼输运方程，研究了密排准二维纳米线和三维纳米长方体热点系统的瞬态热耗散。研究发现，与直觉相反，散热效率不是相邻纳米级热源之间距离的单调函数：当该距离与声子平均自由程相当时，散热效率达到最高值。这是由于两个热输运过程的竞争：声子从纳米级热源逃逸时的准弹道输运以及来自相邻纳米级热源的声子之间的散射。
2022-06-09 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Batch-fabricated cantilever probes with electrical shielding for nanoscale dielectric and conductivity imaging
本文介绍了一种用于扫描微波阻抗显微镜的电屏蔽悬臂梁探针的设计和制作。定义电分辨率的尖端顶点的直径小于50 nm。带状线的宽度和绝缘层的厚度针对小串联电阻（< 5 W）和小背景电容（~ 1 pF）进行了优化，这两者对于各种样品的高灵敏度成像至关重要。同轴屏蔽确保只有探针尖端与样品相互作用。悬臂梁的结构被设计成对称的，以平衡不同层的应力和热膨胀，使得悬臂梁在可变温度下保持平直。这种屏蔽悬臂梁探针在晶圆级生产将促进纳米电介质和电导率成像的巨大应用。
2013-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
The onset of nanoscale dissipation in superfluid He-4 at zero temperature: the role of vortex shedding and cavitation
采用含时密度泛函理论研究了零温超流体He-4中纳米半径无限长圆柱的二维流动。计算揭示了耗散开始的两个不同的临界现象：1）从运动圆柱的外围脱落的涡-反涡对和2）在尾流中出现空化，其具有与实验观察到的超流He-4中快速移动的微米级颗粒相似的几何形状。具有相同环流的涡对偶尔以二聚体的形式发射，这构成了在经典湍流流体和玻色-爱因斯坦凝聚体中观察到的Benard-von Karman涡列结构的构建块。空化诱导耗散机制应该是所有自约束且具有有限表面张力的超流体所共有的，这包括最近发现的超冷玻色气体中的自约束液滴。
2017-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Nanoscale magnetization and current imaging using scanning-probe magneto-thermal microscopy
磁显微镜结合了纳米级的空间分辨率与皮秒级的时间分辨率，独特的时空磁现象，是相关的未来高速，高密度磁存储和逻辑技术的直接观察。结合这些指标的磁显微镜仅限于设施级仪器。为了解决这一差距，在实验室可访问的时空成像，我们开发了一个时间分辨近场磁显微镜的基础上磁热相互作用。我们展示了磁化和电流密度成像模式，每个空间分辨率远远超过光学衍射极限。此外，我们研究了我们的信号的近场和时间分辨特性，发现我们的仪器具有100 nm尺度的空间分辨率和低于100 ps的时间分辨率。我们的研究结果表明，一个访问和相对低成本的方法，以纳米级时空磁显微镜在桌面的形式，以帮助科学和技术的动态磁器件与复杂的自旋纹理。
2021-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hyperspectral electromechanical imaging at the nanoscale: Dynamical backaction, dissipation and quantum fluctuations
本文提出一种扫描纳米机械噪声显微平台，通过热反作用模型揭示单缺陷纳米线结构、热响应、耗散与涨落的关联，发现缺陷作为单涨落中心在电子束激发下产生由量子涨落主导的远离平衡振动状态。
2024-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Nanoscale imaging of the electronic and structural transitions in vanadium dioxide
我们研究了二氧化钒（VO2）在其热驱动相变附近的纳米尺度上的电子和结构变化。电子和结构的变化表现出相共存，导致渗流。此外，我们观察到的局部电子和结构的转变之间的二分法。纳米级的X射线衍射揭示了晶格结构的局部非单调切换，这是一种在近场红外显微镜绘制的电子绝缘体到金属过渡中看不到的现象。
2011-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Deconstructing the governing dissipative phenomena in the nanoscale
提出了一种描述短程纳米耗散控制参数的表达式，并得到了模拟和实验结果的支持。该表达式被解构为系统的几何，动力学，化学和机械性能。在原子力显微镜中，这些被转化为1）尖端半径和尖端样品变形，2）谐振频率和振荡幅度和3）滞后和粘性耗散。后者是定义尖端-样品系统的化学和机械性质的特征参数。还讨论了长距离过程，并在云母和硅样品上进行的实验中确定了足迹。本方法可以用来验证或无效的纳米耗散模型通过比较预测与实验观测。
2014-01-25 cond-mat.mes-hall
Accelerated nanoscale magnetic resonance imaging through phase multiplexing
我们报告了一种通过并行检测多个信号来加速纳米级核磁共振成像的方法。我们的技术依赖于相位复用，其中来自不同核自旋系综的信号被编码在超灵敏磁检测器的相位中。我们证明了这种技术，同时获得统计极化自旋信号从两个不同的核素（1H，19F）和多达六个空间位置的纳米线测试样品中使用磁共振力显微镜。我们获得了优于5 nm的一维成像分辨率和亚纳米级的位置精度。
2015-08-10 cond-mat.mes-hall
Nanoscale fluorescence lifetime imaging with a single diamond NV center
固态量子发射体，例如人工工程量子点或固体中天然存在的缺陷，正在被研究用于从量子信息科学和光电子学到生物医学成像的应用。最近，这些相同的系统也从纳米计量学的角度进行了研究。在这封信中，我们研究的近场光学性质的金刚石晶体托管一个单一的氮空位中心。我们发现氮空位中心是周围电磁模式结构的灵敏探针。我们利用这种敏感性，以证明纳米级荧光寿命成像显微镜（FLIM）与一个单一的氮空位中心成像的光学天线的局部态密度。
2013-03-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nanoscale electrical conductivity imaging using a nitrogen-vacancy center in diamond
材料的电导率可以具有微妙的，非平凡的和空间变化的特征，并对材料的基本物理特性具有重要的洞察力。在这里，我们展示了一种基于金刚石中原子大小的氮空位（NV）缺陷的电导率成像技术，该技术提供了具有纳米级空间分辨率的局部，定量和非侵入性电导率成像。我们监测的自旋弛豫率的一个单一的NV中心的扫描探针的几何形状，以定量成像的热电子运动在纳米图案化的金属导体产生的磁波动。我们实现了40纳米尺度的电导率的空间分辨率，并实现了25倍的成像速度增加，通过实施自旋-电荷转换读出浅NV中心。基于NV的电导率成像可以探测凝聚态系统在一个新的制度，作为一个模型的例子，我们项目容易实现的纳米级相分离的复杂氧化物的成像。
2017-12-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fourier Magnetic Imaging with Nanoscale Resolution and Compressed Sensing Speed-up using Electronic Spins in Diamond
使用金刚石中的氮空位（NV）色心的光学检测的磁共振是用于纳米级磁场成像的主要模式，因为其提供单电子自旋灵敏度、优于1 nm的三维分辨率以及在环境条件下对广泛的物理和生物样品的适用性。然而，迄今为止，NV-金刚石磁成像已经使用实空间技术来执行，实空间技术要么被光学衍射限制到250 nm分辨率，要么需要缓慢的逐点扫描以获得纳米级分辨率，例如，使用原子力显微镜、磁性尖端或超分辨率光学成像。在这里，我们介绍了一种替代技术的傅立叶磁成像使用NV-金刚石。与传统的磁共振成像（MRI）类似，我们采用脉冲磁场梯度对波数或k空间中NV电子自旋的空间信息进行相位编码，然后进行快速傅立叶变换，以产生具有纳米级分辨率、宽视场（FOV）和压缩传感加速的实空间图像。
2014-09-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Scanning superconducting quantum interference device on a tip for magnetic imaging of nanoscale phenomena
我们描述了一种新型的扫描探针显微镜的基础上超导量子干涉器件（SQUID），驻留在一个尖锐的尖端的顶点。将SQUID-on-tip粘到石英音叉上，该音叉允许在几nm的尖端-样品分离处进行扫描。SQUID的磁通量灵敏度为1.8 μ 0/Hz^{1/2}，空间分辨率约为200 nm，还可以进一步提高。这种高灵敏度、空间分辨率、带宽和与样品非常接近的组合为研究纳米尺度上的动态磁现象提供了强大的工具。SQUID的尖端显微镜的潜力证明了通过成像的涡旋晶格和超导体中的局部AC磁响应。
2012-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Imaging ultrafast carrier transport in nanoscale devices using femtosecond photocurrent microscopy
一维纳米器件，如半导体纳米线（NW）和单壁碳纳米管（SWNT），由于其在未来高速电子、光电子和传感器件中的潜在应用而被广泛研究。为了克服当前对当代器件速度的限制，研究具有超短时间尺度的载流子动力学是开发高速器件所必需的主要步骤之一。在本研究中，我们使用扫描光电流显微镜和时间分辨泵浦-探测技术相结合，可视化纳米器件中的超快载流子动力学。我们研究了载流子在一个金属电极附近产生的渡越时间，随后基于漂移和扩散运动向相反的电极传输。载体动力学已被测量为各种工作条件。特别是，从渡越时间中提取的载流子速度对于更大的负栅极偏压增加，因为肖特基势垒处的场强增加。
2014-06-02 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Full-Field Nanoscale X-ray Diffraction-Contrast Imaging using Direct Detection
X射线科学的最新发展提供了使用暗场X射线显微术（DFXM）探测深嵌入的介观尺度晶粒结构并空间分辨它们的方法。由于现有的检测方法和样品处的入射X射线通量，将这种技术扩展到研究诸如磁性系统、量子材料和薄膜的弱衍射信号被证明是具有挑战性的。我们提出了一种直接的检测方法，专注于DFXM研究在硬X射线范围内的10千电子伏及以上能够接近纳米级的分辨率。此外，我们比较了这种直接检测方案与常规使用的闪烁体为基础的光学检测，并实现了一个数量级的改善曝光时间允许弱衍射有序系统的成像。
2023-01-04 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Imaging strain-localized exciton states in nanoscale bubbles in monolayer WSe2 at room temperature
在单层过渡金属二硫属化物中，量子发射体与局部应变相关联，所述局部应变可以确定性地应用于创建单光子源的设计者纳米阵列。尽管压倒性的经验与局部应变，应变，激子，缺陷和局部晶体结构，引起这些量子发射器之间的纳米级相互作用知之甚少。在这里，我们结合室温纳米光学成像和光谱学的激子在单层WSe 2的局部应变的纳米气泡与原子结构模型，以阐明如何应变诱导纳米级的限制电位，引起高度本地化的激子状态在2D半导体。在低缺陷单层的纳米气泡的纳米光学成像揭示局部激子的长度尺度约为10 nm的多个站点沿周边的个别纳米气泡，这是在形成鲜明对比的连续模型的预测应变。这些结果与理论约束电位，原子地从现有的纳米气泡测量的形貌。我们的研究结果提供了一种实验和理论的洞察力如何应变诱导的限制-没有晶体缺陷-可以有效地本地化激子的长度尺度与激子的大小相称，提供关键的纳米尺度的量子发射体现象在单层WSe 2的结构特性信息。
2020-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Magnetic Imaging using Circularly Polarized High-Harmonic Radiation
这项工作展示了使用明亮的圆偏振高谐波辐射的纳米级磁成像。我们利用Co/Pd多层膜结构中蠕虫状磁畴的磁光对比度，通过无透镜成像获得定量的振幅和相位图。采用全息掩模增强的迭代相位重建技术，实现了49 nm的衍射极限空间分辨率。利用高次谐波的独特相干性，这种方法将促进超快磁化动力学的定量，元素特异性和空间分辨研究，推进纳米磁性的基础和应用方面。
2017-06-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nanoscale torsional dissipation dilution for quantum experiments and precision measurement
我们表明，扭转谐振器可以经历大量的耗散稀释由于纳米级的应变，并提请连接到一个世纪的理论从扭秤社区，这表明一个简单的扭转带自然软夹持。通过颠覆纳米力学界普遍持有的信念，我们的研究结果引发了对量子实验和纳米机械谐振器精密测量策略的重新思考。例如，我们重新审视了用于监测位移的光杠杆技术，并发现应变纳米梁的旋转可以用小于其基本扭转模式的零点运动的不精确度来解决，而无需使用腔或干涉稳定性。我们还发现，一个应变扭转带可以质量加载，而不改变其$Q$因子。我们使用这种策略来设计一个芯片级的扭秤，其谐振频率对局部引力场的微$g$波动敏感。实现这两个进步是制造具有$10^4$的宽度与厚度比的高应力Si $_3$ N $_4$纳米梁，并且认识到它们的扭转模式具有$Q$因子，其缩放为它们的宽度与厚度比的平方，产生与$10^8$一样高的$Q$因子和与$10^{13}$ Hz一样高的$Q$频率产物。
2021-12-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Nanoscale Conductivity Imaging of Correlated Electronic States in WSe2/WS2 Moiré Superlattices
我们报道了利用微波阻抗显微镜对角取向WSe 2/WS 2异质结构中相关电子态的纳米电导成像。非接触式微波探头使我们能够观察到莫特绝缘状态与一个孔每个莫尔单位细胞，持续温度高达150 K，与其他表征技术一致。此外，我们确定第一次莫特绝缘状态在一个电子每个莫尔晶胞。在异质双层区域中直接可视化了相关态的明显不均匀性，这表明莫尔超晶格势或静电掺杂中存在局部紊乱。我们的工作提供了重要的见解二维莫尔系统下降到微观水平。
2020-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Nonlinear imaging of nanoscale topological corner states
光的拓扑状态表示源自本体性质的有限尺寸光学结构的边界处局部化的违反直觉的光学模式。由体特性定义，这样的边界状态对某些类型的扰动不敏感，从而自然地增强光子电路的鲁棒性。传统上，N维体模对应于（N-1）维边界态。高阶体-边界对应将N维体与边界态联系起来，其维数减少了1以上。一个特别的兴趣在于这种高阶拓扑状态的纳米尺度的小型化。在这里，我们实现了纳米级拓扑角态的超表面与C6对称蜂窝晶格。我们直接观察到纳米级拓扑授权的光的边缘和角落的本地化和增强的光-物质相互作用，通过非线性成像技术。通过拓扑结构授权的纳米级的光控制可以促进经典和量子光子器件的小型化和片上集成。
2021-07-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nanoscale microwave imaging with a single electron spin in diamond
我们报告的微波（MW）磁场成像使用磁力计的基础上，在金刚石中的氮空位中心的电子自旋。我们定量图像的磁场产生的高频（GHz）MW电流与纳米级分辨率使用扫描探针技术。我们证明了MW磁场的灵敏度在几个nT/ $\sqrt{\text{Hz}}$，极化选择和宽带能力的范围内，在环境条件下，从而建立了氮空位中心的多功能和高性能的工具，用于检测MW领域。作为这种扫描MW探测器的第一个应用，我们确定了带状线中的MW电流密度，并证明了几个nA/ $\sqrt{\text{Hz}}$的MW电流灵敏度
2015-11-13 cond-mat.mes-hall
Nanoscale $β$-Nuclear Magnetic Resonance Depth Imaging of Topological Insulators
大量证据表明，拓扑绝缘体（TI）在纳米尺度和界面处的性质变化会强烈影响拓扑材料的物理特性。因此，对表面态和界面耦合的深入了解，对于寻找和应用新的物质拓扑相是至关重要的。目前，没有方法可以提供深度轮廓附近的表面或在界面处的拓扑不等效的材料。这种方法可以推进相互作用的研究。在这里，我们提出了一种非侵入性的深度剖析技术的基础上$β$-NMR光谱的放射性$^8$锂$^+$离子，可以提供“一维成像”的固定厚度的薄膜，并产生纳米级的电子波函数和磁序的拓扑表面和界面。通过对纯铋锑碲化物和掺铬铋锑碲化物薄膜表面附近和10 nm深处的$^8$ Li核共振进行映射，我们给出了与TI性质及其拓扑非平凡特征相关的特征，这些特征影响电子-核超精细场、金属位移和磁序. $β$ -NMR参数的这些纳米级变化反映了所研究的拓扑材料的非常规性质，并且理解异质性的作用有望导致发现涉及量子材料的新现象。
2015-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-dynamic-range imaging of nanoscale magnetic fields using optimal control of a single qubit
我们提出了一种新的光谱协议的基础上的单量子系统的最优控制。它能实现具有量子极限灵敏度（η_ω~ 1/sqrt（T_2^*），T_2 ^* 表示系统的相干时间）的测量，但其动态范围比以前用于该任务的脉冲光谱方法大几个数量级。我们采用这种协议的图像纳米磁场与一个单一的扫描NV中心的钻石。在这里，我们的计划，使一个强烈的不均匀的领域在一个单一的扫描定量成像，而无需闭环控制，这是以前必须实现这一目标。
2013-07-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Table-top Measurement of Local Magnetization Dynamics Using Picosecond Thermal Gradients: Toward Nanoscale Magnetic Imaging
纳米磁性的最新进展已经证明了基于自旋的技术的潜力，包括磁性随机存取存储器，纳米微波源和超低功率信号传输。未来的工程进展和新的科学发现将使研究工具能够检查局部磁化动力学的长度和时间尺度的基本磁系统的时空变化-通常为10 - 200纳米和5 - 50 ps。一个关键的问题是，目前的台式磁显微镜不能同时访问这两个尺度。在这封信中，我们介绍了一个时空磁显微镜，利用磁热电相互作用，通过时间分辨的异常能斯特效应（TRANE）来测量局部磁化。通过产生短暂的局部热梯度，将磁矩转换为电信号。实验上，我们表明，TRANE显微镜的时间分辨率低于30 ps和空间分辨率的热激发区域的限制。此外，我们提出的数值模拟表明，热斑的大小设置的空间分辨率的限制，即使在50 nm。用于TRANE显微镜的热效应对它们的空间分辨率没有根本的限制，因此未来的TRANE显微镜采用扫描等离子体天线可以测量纳米尺度的磁动力学。
2015-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A robust, scanning quantum system for nanoscale sensing and imaging
可控的原子尺度量子系统作为纳米成像和计量学的敏感工具具有巨大的潜力。可能的应用范围从纳米级电场和磁场传感到单光子显微镜、量子信息处理和生物成像。这种方案的核心是能够扫描和准确定位感兴趣样品的几纳米内的鲁棒传感器，同时保持传感器的量子相干性和读出保真度。这些组合的要求对于依赖于将单个固态量子系统或单分子直接接枝到扫描探针尖端上的所有现有方法来说仍然是一个挑战。在这里，我们展示了一个强大的和隔离的原子级量子传感器的扫描探针显微镜的制造和室温操作。具体来说，我们采用了高纯度，单晶金刚石纳米柱探针含有一个单一的氮空位（NV）的颜色中心。我们通过进行定量纳米级磁场成像和近场单光子荧光淬灭显微镜来说明我们的扫描NV传感器的多功能性和性能。在这两种情况下，我们获得的成像分辨率在20 nm的范围内和灵敏度前所未有的扫描量子探针显微镜。
2011-08-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin polarized STM imaging of nanoscale Néel skyrmions in an SrIrO3/SrRuO3 Perovskite Bilayer
自旋极化扫描隧道显微镜（SPSTM）被用来直接成像纳米级Néel skyrmions在SrIrO 3/SrRuO 3双层系统，是迄今为止在任何系统中报道的最小的。离轴磁控溅射被用来盖外延膜的氧化物铁磁体SRO与2个单位电池的SrIrO 3，旨在提供界面自旋轨道耦合。原子分辨率STM成像和隧道光谱被用来识别岛状SrIrO 3晶粒和小区域的裸SrRuO 3。孤立的skyrmions只观察到SrIrO 3覆盖的区域的膜，并表现出的平均直径为3 nm的大小和形状的分布。我们发现，skyrmions必须完全包含在内，但可能小于，任何给定的SrIrO 3区域。此外，skyrmions观察到SrIrO 3岛的不同厚度的SPSTM对比度没有损失，这表明磁纹理位于SrIrO 3岛，而不是下面的铁磁SrRuO 3。密度泛函理论计算表明，这可能是由于一个小的感应磁矩与IrO层在SrIrO 3膜。
2020-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale electric-field imaging based on a quantum sensor and its charge-state control under ambient condition
金刚石中的氮空位（NV）中心可以用作量子传感器，以纳米级分辨率成像磁场。然而，由于NV和电场之间的耦合强度相对较弱，迄今为止尚未实现纳米级电场映射。使用单个浅NVs，在这里，我们成功地定量成像电场的轮廓从一个尖锐的尖端的qPlus为基础的原子力显微镜（AFM），并实现了约10 nm的空间分辨率。通过这样的局部电场，我们展示了NV的电荷状态的电子控制，精度低于5 nm。这项工作代表了第一步纳米扫描电基于一个单一的量子传感器，并可能开辟新的可能性，定量映射本地电荷，电极化的强度，介电响应在一个广泛的光谱功能材料在纳米尺度。
2020-11-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanoscale Thermal Imaging of VO$_2$ via Poole-Frenkel Conduction
我们提出了一种方法，利用原子力显微镜（AFM）的绝缘薄膜的纳米热成像，我们证明了它的效用VO $_2$。我们将施加的电压$V$扫描到接触模式的导电AFM针尖上，并测量通过薄膜的局部电流$I$。通过拟合的$IV$曲线的Poole-Frenkel导电模型在低$V$，我们计算的局部温度的空间分辨率优于50 nm，仅使用基本常数和已知的薄膜性能。我们的测温技术，使局部温度测量的\textit{any}绝缘膜占主导地位的Poole-Frenkel导电机制，并可以扩展到显示其他导电机制的绝缘体。
2022-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Imaging the Nanoscale Band Structure of Topological Sb
未来电子技术的许多有前途的构件--包括非化学计量的化合物、强相关的氧化物和应变或图案化的膜--在纳米长度尺度上是不均匀的。利用这种材料的不均匀性来设计下一代纳米器件需要具有纳米级空间分辨率的能带结构探针。为了满足这一需求，我们报告的第一个同时观察和定量和解的两个候选探针-朗道能级光谱和准粒子干涉成像-我们在这里聘请重建的多组分表面态的拓扑半金属锑（Sb）的能带结构。因此，我们建立了能带结构隧道显微镜（BSTM）技术，其独特的优势包括纳米级的非刚性能带结构变形、空态色散和磁场相关态。我们使用BSTM来阐明拓扑材料的体电导率和表面态鲁棒性之间的关系，并量化自旋电子学应用的基本指标。
2013-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Nanoscale imaging of equilibrium quantum Hall edge currents and of the magnetic monopole response in graphene
最近预测的拓扑磁电效应和响应的电荷，模仿一个诱导的镜像磁共振是基本属性的拓扑状态的时间反转对称性破缺的物质。使用SQUID尖端，同时作为一个可调的扫描电荷和超灵敏的纳米级磁强计，我们诱导和直接成像的微观电流产生的磁共振响应在石墨烯量子霍尔电子系统。我们发现了一个丰富而复杂的非线性行为所支配的共存的拓扑和非拓扑平衡电流，是没有捕捉到的duplex模型。此外，通过利用音叉，诱导纳米级振动的SQUID的尖端，我们直接图像的单个量子霍尔边缘状态的平衡电流的第一次。我们发现，边缘状态，通常被假定为只携带一个手性下游电流，实际上携带一对反向传播的电流，在不可压缩区域中的拓扑下游电流总是由迄今为止未观察到的非拓扑上游电流在相邻的可压缩区域流动抵消。对向传播的平衡态轨道电流的复杂模式为量子霍尔系统中拓扑和非拓扑电荷和能量流的微观起源提供了新的见解。
2019-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Nanoscale imaging of antiferromagnetic domains in epitaxial films of Cr2O3 via scanning diamond magnetic probe microscopy
我们报道了用金刚石氮空位显微镜直接成像磁电外延Cr2O3薄膜中与反铁磁畴相关的边界磁化。我们发现了磁畴尺寸和结构晶粒尺寸之间的相关性，我们与畴形成过程。我们进行了场冷却，即，在存在磁场的情况下从高于Néel温度冷却到低于Néel温度，这导致选择两个另外简并的180度畴中的一个。由于Cr2O3膜中的弱寄生磁矩的塞曼能量（Zeeman energy），这种简并性的提升可以单独用磁场来实现，所述弱寄生磁矩源于缺陷和相对界面的边界磁化的不平衡。该边界磁化耦合到反铁磁序参量，使得能够选择其取向。纳米结构的Cr2O3薄膜的台面结构揭示了可逆的边缘磁状态与磁场的方向在现场冷却。
2023-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Optical Imaging of 2D Semiconductor Stacking Orders by Exciton-Enhanced Second Harmonic Generation
二次谐波产生（SHG）是一种非线性光学响应，完全由电偶极极限下的反转对称性破缺引起。近年来，二次谐波作为表征晶体对称性和量子材料中新出现的铁性或拓扑有序的一种多功能和非侵入性的工具，引起了人们的广泛兴趣。然而，传统的远场光学无法探测深亚波长尺度的局部对称性。在这里，我们展示了近场SHG成像的二维半导体和异质结构的空间分辨率下降到20 nm，使用散射型纳米光学装置。我们发现，近场倍频效率大大提高了原子薄的过渡金属二硫属化物中的激子。此外，通过相关的非线性和线性散射型纳米成像，我们解决了双层WSe 2的层间堆叠顺序的纳米尺度变化，并揭示了堆叠调谐激子光物质相互作用。我们的工作展示了在纳米尺度上对晶体对称性和结构-性质关系的非线性光学询问，这些关系与量子材料中的新兴性质有关。
2021-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Imaging the nanoscale phase separation in vanadium dioxide thin films at terahertz frequencies
利用无孔散射近场光学显微镜（SNOM）研究了二氧化钒（VO 2）薄膜通过温度诱导的绝缘体-金属转变（IMT）的纳米级光学响应。我们比较了在中红外（MIR）和太赫兹（THz）频率下的过渡图像，使用与低温和高温兼容的定制宽带THz-SNOM。我们观察到，在VO 2膜的空间不均匀性的字符强烈依赖于探测频率。此外，我们发现，个别绝缘（或金属）域有一个依赖于温度的光学响应，在一个经典的一阶相变的假设。我们讨论了这些结果的动力学平均场论计算的二聚体哈伯德模型最近应用到VO 2。
2017-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el physics.ins-det
Nanoscale vector electric field imaging using a single electron spin
在环境温度下执行元电荷的纳米级电场成像的能力将具有多种跨学科应用。虽然金刚石中的氮空位（NV）中心能够进行高灵敏度的电测量，但迄今为止，演示仅限于宏观场特征或金刚石本身内部的单电荷检测。在这项工作中，我们大大扩展了这些能力，通过使用浅NV中心图像的电场的带电原子力显微镜针尖与纳米级分辨率。这通过测量由于AC电场引起的NV自旋共振中的斯塔克位移来实现。为了实现这一壮举，我们首次采用了Qdyne与扫描量子显微镜的集成。我们证明了$η_e = 5.3$电荷/ $\sqrt{\text{Hz}}$和子电荷检测（$0.68e$）的近单电荷灵敏度。该概念验证实验提供了使用金刚石中的NV中心进一步感测和成像电场的动机。
2020-11-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Nanoscale X-ray imaging with high spectral sensitivity using fluorescence intensity correlations
本文提出光谱非相干衍射成像（SIDI）新方法，利用荧光强度关联实现纳米结构暗场成像，可空间分辨光电子谱位移，在XFEL上为异质纳米结构表征提供独特优势。
2023-12-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nanoscale magnetic imaging of a single electron spin under ambient conditions
通过磁共振成像和核磁共振，在环境条件下探测自旋系综已经彻底改变了生物、化学和物理科学。将传感能力推到单个自旋水平将使前所未有的应用成为可能，例如单分子结构成像;然而，来自单个自旋的弱磁场是传统远场共振技术无法检测到的。近年来，已经有相当大的努力来开发纳米级扫描磁力计，其能够通过使传感器靠近其目标来测量更少的自旋。这些磁力计中最敏感的磁力计通常需要低温操作，但在环境条件（标准温度和压力）下进行测量对于许多成像应用至关重要，特别是在生物系统中。在这里，我们展示了检测和纳米尺度成像的磁场从一个单一的电子自旋在环境条件下使用扫描氮空位（NV）磁强计。通过确定性地扫描我们的NV磁力计50纳米以上的目标电子自旋，同时使用动态解耦的磁力测量协议测量本地磁场，获得真实空间，定量磁场图像。这种单自旋检测能力可以实现纳米和原子尺度上电子自旋的单自旋磁共振成像，并为机械量子态转移等独特应用打开大门。
2012-09-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-dimensional nanoscale imaging of gadolinium spins via scanning probe relaxometry with a single spin in diamond
用顺磁离子标记分子的自旋是确定分子结构的一种重要方法，然而目前的系综技术缺乏检测少数孤立自旋的灵敏度。在这封信中，我们展示了二维纳米成像的顺磁性钆化合物使用扫描弛豫法的一个单一的氮空位（NV）中心的钻石。附着于原子力显微镜尖端的钆喷酸葡胺可控地与NV中心相互作用并由NV中心检测，这是由于NV在由钆中的电子自旋翻转产生的波动磁场中表现出快速弛豫的事实。使用这种技术，我们证明了NV中心的$T_1$弛豫时间减少了两个数量级以上，探测的空间分辨率为20 nm。我们的研究结果显示了该技术的可行性，用于对附着在复杂纳米结构或生物分子上的单个自旋进行成像，以及研究孤立自旋的磁动力学。
2014-09-08 cond-mat.mes-hall
Scanned probe imaging of nanoscale magnetism at cryogenic temperatures with a single-spin quantum sensor
本文提出将金刚石氮-空位单自旋量子传感器的扫描磁成像能力从室温扩展到6 K低温，实现6 nm空间分辨率和3 μT/√Hz灵敏度，并成功对铁磷族超导体中的涡旋进行成像，为研究低温纳米尺度磁性提供了新手段。
2015-10-09 cond-mat.mes-hall
Nanoscale spectroscopic imaging of phase separation in a correlated material by resonant X-ray holography
纳米尺度的相共存和不均匀性在相关电子材料中普遍存在，存在于掺杂的莫特绝缘体、锰氧化物和高温超导体中。小的长度尺度和缺乏对比度机制使得测量具有高分辨率的相共存的真实空间图像极具挑战性。然而，图像帮助我们理解相共存和畴界如何决定奇异的材料特性。在这里，我们表明，共振软X射线全息，以前用于图像磁畴，可用于图像相分离的纳米尺度。利用线偏振相干同步辐射，我们观察到纳米尺寸的金属畴的成核和生长的绝缘相的原型相关材料VO2。通过对全息图的光谱分辨，我们提取了空间分辨率为50 nm的差分软X射线吸收谱。此外，当与超亮和超短X射线源相结合时，X射线全息术可以捕获纳米尺度的空间变化和时间波动，这些变化和时间波动发生在转变温度附近，或者由飞秒光脉冲引起，而这些变化和时间波动无法用其他成像方法观察到。
2017-11-30 cond-mat.mes-hall
Magnetic domains and domain wall pinning in two-dimensional ferromagnets revealed by nanoscale imaging
磁畴结构和动力学在理解和控制二维磁体的磁性方面起着重要作用，这对基础研究和应用都很有意义[1-5]。然而，基于自旋相关的光学磁导率[1，2，6]和电导率[7-10]的探针方法既不能提供磁化强度的定量信息，也不能实现纳米级的空间分辨率。这些能力对于成像和理解磁畴的丰富特性至关重要。在这里，我们采用低温扫描磁强计使用单电子自旋的氮空位中心的金刚石探针，明确地证明了磁畴的存在，并研究它们的动力学在原子薄CrBr $_3$。该技术的高空间分辨率使得能够对磁畴进行成像，并且允许分辨被缺陷钉扎的畴壁。通过控制双层CrBr $_3$的磁畴演化，我们发现钉扎效应是主要的磁化机制，其饱和磁化强度约为26~ $μ_B$ /$^2$.通过微磁学模拟验证了磁畴结构和钉扎效应主导的磁畴反转过程。我们的工作突出了扫描氮空位中心磁强计作为一种定量探针，探索在纳米尺度上的二维磁性。
2020-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Nanoscale Sensing Using Point Defects in Single-Crystal Diamond: Recent Progress on Nitrogen Vacancy Center-Based Sensors
固体中的单个发光点缺陷，即所谓的色心，是原子大小的量子系统，能够以纳米级的空间分辨率进行传感和成像。在这篇综述中，我们介绍了纳米级传感的基础上个别氮空位（NV）中心的钻石。我们讨论了该领域的两个主要挑战：第一，在单晶金刚石表面以下小于10 nm的高度相干的浅NV中心的创建。第二，尖端状光子纳米结构的制造，使有效的荧光收集，并可用于扫描探针成像的基础上的色心与纳米级的分辨率。
2017-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Nanoscale NMR Spectroscopy and Imaging of Multiple Nuclear Species
核磁共振（NMR）和磁共振成像（MRI）是成熟的技术，可在不同的学科中提供有价值的信息，但目前仅限于宏观样品体积。在这里，我们展示了纳米级NMR光谱和成像环境条件下的样品含有多个核物种，使用氮空位（NV）的颜色中心作为传感器的钻石。与单一的，浅NV中心的金刚石芯片和样品放置在金刚石表面上，我们进行NMR光谱和一维MRI的几个纳米大小的样品含有$^1$ H和$^{19}$ F核。或者，我们采用高密度的NV层附近的金刚石芯片的表面，以证明宽场光学NMR光谱的纳米级样品含有$^1$ H，$^{19}$ F，和$^{31}$ P核，以及多物种的二维光学MRI与亚微米分辨率。对于暴露于空气中的所有金刚石样品，我们确定了一个无处不在的$^1$ H NMR信号，与金刚石表面上和置于金刚石上的任何样品下方的吸附烃或水的$\sim 1$ nm层一致。这项工作为纳米级NMR和MRI应用奠定了基础，例如单蛋白质的研究和亚细胞分辨率的功能生物成像，以及亚纳米分辨率的薄膜的表征。
2014-06-12 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Imaging three-dimensional nanoscale magnetization dynamics
本文提出时间分辨磁层析成像技术，以50纳米分辨率成像两相块体磁体的三维磁化动力学，揭示畴壁进动与均匀磁畴间的转变，为研究三维纳米磁体动态新功能奠定基础。
2020-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scanning Thermo-ionic Microscopy: Probing Nanoscale Electrochemistry via Thermal Stress-induced Oscillation
电化学材料发展面临的一个普遍挑战是我们缺乏对10-100 nm范围内局部长度尺度的物理和化学过程的理解，而获得这种理解需要新一代成像技术。在这篇文章中，我们介绍了扫描热离子显微镜（STIM）探测局部电化学在纳米尺度上，用于成像的Vegard应变通过热应力激发。由于离子振荡是由应力而不是电压驱动的，因此响应对机电、静电和电容效应不敏感，并且它们不受全局电流扰动的影响，从而使操作中测试成为可能。
2017-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging thermal conductivity with nanoscale resolution using a scanning spin probe
探测材料中纳米级热流的能力通常受到缺乏空间分辨率的限制。在这里，我们使用一个金刚石的主持氮空位中心连接到一个硅热尖的顶点作为局部温度传感器。我们施加电流来加热尖端，并依靠NV来监测尖端与不同导热率的表面接触时所经历的热变化。借助相结合的AFM/共聚焦设置，我们的图像幻影微观结构与纳米级分辨率，并达到良好的协议之间的热导率和地形图。小质量和高热导率的金刚石主机，使我们的技术的时间响应短，我们证明了通过监测应用热脉冲后的尖端温度。我们的方法承诺多个应用，从纳米结构中的声子动力学的调查，在各种固态系统中的异质相变和化学反应的表征。
2015-11-21 cond-mat.mes-hall
(111)-oriented, single crystal diamond tips for nanoscale scanning probe imaging of out-of-plane magnetic fields
本文提出了一种用于（111）取向金刚石材料的氮空位（NV）磁扫描的全金刚石扫描探针。所实现的扫描探针尖端平均包含单个NV自旋，其中四分之一的自旋量子化轴平行于尖端方向对齐。这种尖端能够实现具有纳米级分辨率的单轴矢量磁场成像，其中测量轴垂直于扫描平面定向。我们讨论了这些提示如何为NV磁力测量带来多种实际优势，特别是关于所得数据的定量分析。我们进一步证明了沿尖端方向取向的NV的有益光学性质，例如偏振不敏感激发，这简化了NV磁力测量所需的光学设置。我们的研究结果将是有影响力的扫描NV磁强计在一般和自旋电子学的应用，特别是薄膜磁体的调查。
2019-11-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum control of proximal spins using nanoscale magnetic resonance imaging
凝聚态系统中单个自旋的量子控制是一个新兴领域，在自旋电子学、量子计算和灵敏磁力学中具有广泛的应用。最近的实验已经证明了通过光学或电学技术解决和操纵单电子自旋的能力。然而，将单个自旋控制扩展到纳米级多电子系统是一个挑战，因为单个自旋通常无法用现有方法解析。在这里，我们表明，相干的个人自旋控制可以实现与近端电子自旋的几个纳米的分辨率，通过执行单自旋磁共振成像（MRI），这是通过扫描磁场梯度，既强到足以实现纳米空间分辨率和足够稳定的相干自旋操纵实现。我们将这种扫描场梯度MRI技术应用于金刚石中氮空位（NV）中心的电子自旋，并在成像，表征和操纵单个自旋中实现纳米分辨率。对于NV中心，我们的研究结果表明，在个人的自旋控制的空间分辨率相比，传统的光学衍射限制技术的近两个数量级的改善。这种扫描场梯度显微镜能够实现广泛的应用，包括材料表征，自旋纠缠和纳米级磁力测量。
2011-03-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanoscale Electric Field Imaging with an Ambient Scanning Quantum Sensor Microscope
金刚石中的氮空位（NV）中心是一种很有前途的量子传感器，具有非常广泛的传感能力。虽然扫描NV磁力测定法是公认的，但NV电测法迄今为止仅限于大块金刚石。在这里，我们展示了成像外部交流（AC）和直流（DC）电场与一个单一的NV在钻石扫描尖端的顶点在环境条件下。由于表面上的电荷噪声，在低频下观察到强电场屏蔽效应。我们定量测量其频率依赖性，并克服这种筛选通过机械振荡的尖端成像直流领域。我们的扫描NV电测法实现了26 mV um^（-1）Hz^（-1/2）的AC E场灵敏度、2 V um^（-2）Hz^（-1/2）的DC E场梯度灵敏度以及由NV样品距离限制的低于100 nm的分辨率。我们的工作是建立一个基于扫描探针的多模态量子传感平台的重要一步。
2022-05-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
Single-Spin Microscope with Sub-Nanoscale Resolution Based on Optically Detected Magnetic Resonance
我们总结了我们的新的扫描磁三维成像系统。该扫描系统使用光学检测的磁共振在一个单一的氮空位中心的钻石。理论分析和首次实验验证表明，该方法在室温下具有单自旋灵敏度和亚纳米级的空间分辨率。
2009-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic topological spin probes for electrical imaging of nanoscale energy landscapes
Brown University（布朗大学）
该研究提出了一种内在磁学显微镜方法，利用拓扑自旋纹理作为移动探针，直接映射多层器件内部的能量景观，并实现了对钉扎结构的定量工程。
2026-03-01 cond-mat.mes-hall
Quantitative nanoscale vortex-imaging using a cryogenic quantum magnetometer
对超导体及其涡旋的微观研究在我们理解超导性的机制中起着关键作用。穿透深度或磁杂散场的局部测量使得能够获得超导体的基本方面，例如超流密度的纳米级变化或其序参量的对称性。然而，实验工具，提供定量的，纳米级的磁力测量和操作在大范围的温度和磁场相关，以解决许多悬而未决的问题，在超导性，仍然是失踪。在这里，我们展示了定量的，纳米级的磁成像的珍珠涡的铜酸盐超导体YBCO，使用扫描量子传感器的形式在一个单一的氮空位（NV）的电子自旋在金刚石。我们实现的传感器到样品的距离约为10 nm，使我们能够在我们的涡旋杂散场图像中观察到与流行的近似近似值的显著偏差，同时我们发现与Pearl的分析模型具有很好的定量一致性。我们的实验可以非侵入性且明确地确定系统在伦敦当地的渗透深度，并且很容易扩展到更高的温度和磁场。这些结果表明，潜在的定量量子传感器在基准微观模型的复杂的电子系统，并打开了大门，进一步探索强关联电子物理使用扫描NV磁力。
2015-11-09 cond-mat.mes-hall
Ultrafast Terahertz Photoconductivity and Near-Field Imaging of Nanoscale Inhomogeneities in Multilayer Epitaxial Graphene Nanoribbons
FZU - Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Faculty of Mathematics and Physics, Charles University（查理大学数学与物理学院）
研究通过太赫兹光谱揭示多层外延石墨烯纳米条带中纳尺度不均匀性的电导特性及光电响应，发现准中性层具有高载流子迁移率和强正光电导率。
2026-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging Dissipation and Hot Spots in Carbon Nanotube Network Transistors
我们使用碳纳米管网络（CNN）晶体管的红外测温，并发现在操作过程中形成的独特的热点。然而，击穿时的平均CNN温度明显低于单个纳米管击穿时的预期温度，这表明纳米管结处的功率耗散极高。统计分析和与热模型的比较可以提取平均管-管结热阻，~4.4x10^11 K/W（热导率~2.27 pW/K）。这表明纳米管结对CNN传输、耗散和可靠性的影响比诸如低衬底热导率的外在因素大得多。
2011-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
