High-precision control of static magnetic field magnitude, orientation, and gradient using optically pumped vapour cell magnetometry
本文介绍了一个由硬件和软件组成的综合系统，它可以精确地定义五层多金属屏蔽内高达|B| = 1 μT的任意方向的磁场。参照在6S $_{1/2}$ F = 4 $^{133}$ Cs基态的塞曼态之间观察到的磁共振来校准该系统。证明了整个4π立体角上的磁场定义，幅度、方向和梯度的一σ公差分别为δ |B| = 0.94 nT、δθ = 5.9 mrad和δ $\nabla$ B = 13.0 pT/mm。该场控制用于根据静态场（B 0）取向来经验性地映射Mx磁力计信号幅度。
2017-04-04 physics.atom-ph physics.ins-det
Atomic-Scale Magnetometry of Dynamic Magnetization
成像磁力计的空间分辨率得益于扫描探针技术。样品通过其体积外部的磁场扰动扫描探针的要求限制了对具有预先存在的磁化的样品的磁力测定。我们提出了一个磁力计，其中的扰动是反向的：探头的磁场产生的样品，这对探头的反应，并改变其能量。对于金刚石中的NV $^-$自旋中心，这种微扰改变了自旋基态的精细结构分裂。然后，使用相干检测方案的灵敏测量技术允许检测顺磁性和反磁性材料的磁响应。该技术可以以比$0.1$磁致伸缩$~$更好的精度测量磁死层的厚度。
2017-02-13 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
Towards a mechanical MPI scanner based on atomic magnetometry
我们报告我们的进展，在发展中的原子磁力计（AM）为基础的低频磁粒子成像（MPI）扫描仪，预计将从特定吸收率（SAR）和外周神经刺激（PNS）的限制。由于特定的AM特性，我们解决了线圈和传感器设计中的主要挑战。与我们以前的工作相比，我们已经改变了AM的操作模式，其实现用于检测弱磁性纳米粒子（MNP）的响应字段中存在的附近位于强驱动/选择字段。我们证明了在缓冲气体填充的碱蒸气室中的泵浦-探测AM方案可以耐受mT/m梯度，同时在从DC到几kHz的带宽上保持一位数pT/Hz^（1/2）范围内的灵敏度。我们给出了驱动/选择线圈的几何形状和它们的硬件实现的详细描述，其提供了与最佳性能AM操作兼容的无场线（FFL）操作。我们估计可实现的视野和空间分辨率的扫描仪，以及其灵敏度，假设机械扫描的Resovist样品通过场自由点/线。
2017-01-13 physics.atom-ph physics.bio-ph physics.ins-det
Isotropic magnetometry with simultaneous excitation of orientation and alignment CPT resonances
原子磁力计具有非常高的绝对精度和对磁场的灵敏度，但存在一个基本问题：光与原子的矢量或张量相互作用导致“死区”，即磁力计失去灵敏度的磁场的某些取向。我们展示了一个简单的偏振调制方案，同时创建相干布居捕获（CPT）的方向和对齐，从而消除死区。使用$^{87}$ Rb在一个10托缓冲气体电池，我们测量狭窄，高对比度的CPT透明峰在所有方向上，也显示出与非线性塞曼分裂系统的影响。
2010-01-03 physics.atom-ph physics.ins-det
Machine Learning Assisted Vector Atomic Magnetometry
本研究提出基于机器学习的矢量磁力测量新范式，通过预训练深度神经网络建立四路光旋谐波信号与三维磁场的映射，实验实现结构简化的高灵敏度全光学矢量原子磁力计，可为多参数传感设计提供参考。
2023-10-03 physics.ins-det physics.optics
Electromagnetic Induction Imaging: Signal Detection Based on Tuned-Dressed Optical Magnetometry
最近引入的调谐修饰方案使得Bell和Bloom磁力计适合于检测射频（RF）磁场的弱变化。我们设想将这种创新的检测方案应用于电磁感应成像设备中的RF原子磁力计作为替代（或者更确切地说作为补充）。
2021-07-14 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
All-optical atomic magnetometry using an elliptically polarized amplitude-modulated light wave
本研究提出基于椭圆偏振调幅光波与铷87蒸气作用的磁共振观测方法，相比经典Bell-Bloom方案信噪比显著提升，2 kHz带宽下灵敏度约130 fT/√Hz，可用于开发医学与地球物理领域的微型全光磁场传感器。
2024-08-04 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Optical Magnetometry based Current Source
我们提出了一种基于光学磁强计的电流监测系统，该系统能够在室温下区分真实的电流变化与环境影响。该系统由一个专用的热稳定磁场约束线圈和一个阵列的四个光泵磁力计安排在一个二维梯度配置。这些磁力计监测线圈内部的磁场变化，其与线圈的驱动电流的变化相关。该系统使用数字信号处理单元来实时提取和记录由磁力计测量的磁场值，这允许对电流进行实时监测。该系统的线圈由印刷电路板制成，可以轻松更改以适应电流到场的转换。因此，我们可以将该系统的适用性扩展到宽范围的电流。通过使用该系统来主动反馈控制电流源，我们将20 mA的电流稳定在优于$5 \times 10^{-9}$的水平上。
2021-03-19 physics.atom-ph physics.ins-det
Application of SQUIDs to low temperature and high magnetic field measurements - Ultra low noise torque magnetometry
转矩磁强计是测量金属磁各向异性和量子振荡的重要方法。为了解决亚毫米尺度样品中的量子振荡问题，引入了压电微悬臂梁。在具有大费米表面和高回旋质量的强关联金属的情况下，在远低于$1\,\mathrm{K}$的温度和超过$10\,\mathrm{T}$的磁场下，需要超过$10^4$的磁矩分辨能力。在这里，我们提出了一个新的宽带读出方案的压电微悬臂梁通过惠斯通型电阻测量磁场高达$15\,\mathrm{T}$和温度下降到$100\,\mathrm{mK}$。通过使用两级SQUID作为冷惠斯通电桥的零检测器，我们能够在最大磁场下实现$Δm= 5\times10^{-15}\,\mathrm{J/T}$的磁矩分辨率，在此温度和磁场范围内至少两个数量级优于传统磁强计。新生长的铜铁矿PdRhO $_2$的示例性de Haas-van Alphen测量用于显示我们的设置的优越性能。
2018-02-07 physics.ins-det
AC Magnetometry Loop Tracer Compatible with Magnetic Calorimetry for Power Loss Analysis
本文提出一种易于构建、可改装至现有AC量热装置的AC磁测量回线追踪仪，实现同时测量并兼作高频AC磁化率仪，在160-922 kHz范围内工作，经氧化铁纳米花样品验证了高重现性与测量方法间的定量一致性。
2025-08-11 physics.ins-det
Portable magnetometry for detection of biomagnetism in ambient environments
我们提出了一种方法，光学磁力与十亿分之一的分辨率，能够检测生物磁信号产生的人类大脑和心脏在地球的周围环境。我们的磁沉默传感器通过检测高度自旋极化的碱金属蒸汽的自由旋进频率来测量总磁场。一阶梯度仪由两个磁力计组成，它们之间相隔3 cm基线。我们的梯度仪通过USB端口从消耗5 W的笔记本电脑运行，采用最先进的微加工碱蒸汽电池、先进的隔热材料、定制电子器件和传感器头内的激光封装。梯度仪在户外获得16 fT/cm/Hz $^{1/2}$的灵敏度，我们使用它来检测神经元电流和磁心动图信号。神经元磁场的记录是用于非侵入性功能脑成像的少数可用方法之一，其通常需要广泛的磁屏蔽和其他基础结构。这项工作证明了可部署在各种自然环境中的便携式生物磁传感器的密集阵列的可能性。
2020-06-01 physics.atom-ph physics.ins-det physics.med-ph
All Electrical Near-Zero Field Magnetoresistance Magnetometry up to 500 °C Using SiC Devices
本研究利用 SiC 二极管的 NZFMR 自旋相关复合电流，提出无需微波和光学装置的全电学相对磁力测定方案，实现高达 500 °C 的弱磁场灵敏检测且传感头功耗低于 0.5 W。
2025-06-07 physics.ins-det
New method for torque magnetometry using a commercially available membrane-type surface-stress sensor
我们提出了一种新的方法，通过使用市售的膜型表面应力传感器（MSS）的扭矩磁力。该传感器具有由四个梁支撑的硅膜，其中集成了压阻路径。虽然最初是作为气体传感器开发的，但它可以通过修改其片上布线用于扭矩测量。我们演示了在低温和强磁场中测量亚毫米级晶体的磁矩。这种MSS可以观察到de-Haas-van-Alphen振荡，这证实了它可以作为自敏感微悬臂梁的替代工具。
2017-04-25 physics.ins-det
SKIFFS: Superconducting Kinetic Inductance Field-Frequency Sensors for Sensitive Magnetometry in Moderate Background Magnetic Fields
我们描述了灵敏的磁力计使用集总元件谐振器从超导薄膜的NbTiN。利用大的动力学电感的超导体，我们证明了一个连续的共振频率偏移的$27$ MHz的磁场变化的$1.8~μ$ T内的垂直背景场为60 mT。通过使用相敏读出的微波传输通过传感器，我们测量相移实时与$1$度/nT的灵敏度。我们目前的测量噪声谱密度的传感器，并发现它们的场灵敏度至少是在一个到两个数量级的超导量子干涉器件工作在零背景场。我们的超导动态电感场频传感器可在至少0.2 T的中等垂直背景场存在下进行实时磁力测量。我们的传感器的应用包括长相干电子自旋共振测量和量子计算中磁场的稳定。
2018-10-11 physics.ins-det quant-ph
Self-aligned multilayered nitrogen vacancy diamond nanoparticles for high spatial resolution magnetometry of microelectronic currents
本文提出一种自对准多层氮空位金刚石纳米颗粒技术，通过层间NV中心取向对准实现微电子电流的高空间分辨率磁测量，并验证其对微线磁偶极子的ODMR检测能力。
2025-02-09 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Battery Diagnostics with Sensitive Magnetometry
对高容量可再充电电池的不断增长的需求突出了对用于确定电池状态、用于识别和定位缺陷或用于感测容量损失机制的灵敏且准确的诊断技术的需求。在这里，我们演示了使用原子磁力测量来映射作为充电状态的函数的锂离子电池单元周围的弱感应磁场，并在引入机械缺陷。这些测量提供了电池的磁化率图，其遵循放电时所研究的电池材料的趋势特征。此外，测量揭示了迄今为止未知的长时间尺度瞬态内部电流效应，这是特别明显的过放电制度。该技术的诊断能力有望用于研究，质量控制或操作过程中的电池评估，并有助于揭示电池中电荷存储和故障过程的细节。
2019-05-29 physics.app-ph physics.atom-ph physics.chem-ph
Microwave-free magnetometry with nitrogen-vacancy centers in diamond
我们利用带负电荷的氮空位中心的光致发光中的磁场依赖性特征来测量磁场，而不使用微波。特别是，我们提出了一个磁力计的基础上的水平反交叉在三重基态在102.4 mT的6 nT/ $\sqrt{\text{Hz}}$，由激光的强度噪声和背景场电源的性能的限制，证明了本底噪声。这里提出的技术可用于传感器靠近导电材料放置的应用，例如磁感应断层扫描或磁场测绘，以及遥感应用，因为原则上不需要电接入。
2016-06-09 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
High Field Diamond Magnetometry Towards Tokamak Diagnostics
University of Warwick（华威大学）；Element Six Innovation（元素六创新公司）
本研究展示了一种在高磁场下工作的钻石NVC磁度计，用于托卡马克诊断，实现了高灵敏度的磁共振测量。
2026-01-19 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
A physically unclonable function using NV diamond magnetometry and micromagnet arrays
物理不可克隆功能（PUF）是一种嵌入式硬件安全措施，可提供防伪造保护。在这里，我们提出了我们的工作，使用随机磁化的微米大小的铁磁棒（微磁铁）阵列作为PUF。我们采用4 $μ$ m厚的金刚石表面层的氮空位（NV）中心的图像的磁场从阵列中的每个微磁体，之后，我们提取每个微磁体的磁极性，使用图像分析技术。在评估了微磁体阵列PUF的随机性和NV读出的灵敏度之后，我们通过讨论未来可能的增强以提高安全性和磁读出来得出结论。
2020-02-19 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
Scanning nitrogen-vacancy magnetometry down to 350mK
我们报告的实施扫描氮空位（NV）磁强计在干稀释冰箱。使用脉冲光检测磁共振结合有效的微波传输通过共面波导，我们达到了350 mK的基础温度，由实验热负荷和热化的探头的限制。我们展示了扫描NV磁力成像超导涡旋在一个50纳米薄的铝微结构。我们测量的灵敏度约为3 μT/平方根Hz。我们的工作证明了在亚开尔文温度下扫描NV中心进行非侵入性磁场成像的可行性。
2022-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Cavity magnon polariton based precision magnetometry
光子-磁振子混合系统可以通过将磁性材料的电子自旋共振耦合到微波腔模式来实现。与系统动力学相关的准粒子是腔磁振子极化激元，它是由强耦合磁振子和光子的混合产生的。我们说明了这些粒子可以被用来探测样品的磁化强度与显着的灵敏度，设计合适的自旋磁力计，最终可用于直接评估振荡磁场。具体而言，腔磁振子极化激元将磁激发转换为电磁激发的能力允许将最先进的电子学所达到的量子限制灵敏度转换为磁性。在这里，我们采用微波腔和亚铁磁球组成的混合系统，实验实现两种类型的新型自旋磁力计。
2020-09-30 physics.ins-det quant-ph
Phase-Based Approaches for Rapid Construction of Magnetic Fields in NV Magnetometry
本文针对宽视场氮空位中心磁力测量，提出将ODMR信号偏移映射为相位估计的高效方法，结合傅里叶变换、滤波、线性曲线拟合及ESPRIT技术，实验证明相比传统洛伦兹拟合方法显著减少计算时间。
2024-08-22 cs.ET physics.ins-det quant-ph
High homogeneity permanent magnet for diamond magnetometry
Halbach磁体是封闭体积中的均匀磁场源，同时将杂散场保持在最小值。在这里，我们提出了一个10 cm内径的双Halbach环的设计、构造和表征，该环提供约105 mT的均匀（<100 ppm，1 x 1 x 0.5 cm 3）磁场，将用于金刚石基无微波宽场成像设置。最后的表征是用一种新型的基于纤维化金刚石的传感器在3D平移台上进行的，记录了所构建的Halbach阵列的高均匀性及其对拟议用途的适用性。
2020-08-17 physics.app-ph physics.ins-det quant-ph
Multi-Angle Reconstruction of Domain Morphology with All-Optical Diamond Magnetometry
基于氮空位中心的光学检测磁共振的扫描金刚石磁力计在磁性材料产生的杂散场足够低（< 10 mT）时提供非常高的灵敏度和非侵入性成像能力。在这种低场状态之外，光信号猝灭并且定量测量是具有挑战性的。虽然场依赖性NV光致发光仍然可以提供关于磁性形态的定性信息，但是这种操作制度仍然未被探索，特别是对于大于$\sim$ 3 mA的表面磁化。在这里，我们介绍了一个多角度的重建技术（MARe），捕捉在所有的磁场制度导致NV光致发光淬灭的完整的纳米级域形态。为了证明这一点，我们使用[Ir/Co/Pt] $_{14}$多层膜的表面磁化强度比以前的报告大一个数量级。我们的方法带来了非侵入性的纳米级磁场成像能力的研究更广泛的磁性材料和现象。
2021-01-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
Simultaneous Broadband Vector Magnetometry Using Solid-State Spins
我们展示了一个矢量磁强计，同时测量所有的动态磁场的笛卡尔分量使用的氮空位（NV）中心在单晶金刚石的合奏。光学NV-diamond测量在环境或极端物理条件下提供高灵敏度、宽带的磁力测量;这种固态系统固有的固定晶轴使矢量传感免于航向误差。在本装置中，多通道锁定检测从在单个检测器上测量的光信号中提取沿着所有四个四面体金刚石轴取向的NV的磁场依赖性自旋共振位移。该传感器从近直流工作到$12.5$ kHz测量带宽，同时实现$\sim\!50$ pT/ $\sqrt{\text{Hz}}$磁场灵敏度为每个笛卡尔分量，这是迄今为止采用固态自旋的全矢量磁力计的最高灵敏度。与顺序询问四个NV方向的优化设备相比，同步矢量磁力计实现了$4\times$测量加速。这种技术可以扩展到脉冲型传感协议和并行宽场磁成像。
2018-03-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
Unconditional full vector magnetometry using spin selectivity in Nitrogen Vacancy centers in diamond
University of the Basque Country（巴斯克大学）；Centro de Fisica de Materiales (CFM), CSIC-UPV/EHU（材料物理中心，西班牙国家研究委员会/巴斯克大学）；Donostia International Physics Center（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊卡巴斯基克，巴斯克科学基金会）
利用金刚石中氮空位中心的自旋选择性，实现无需外部磁场信息的无条件全向矢量磁力计测量。
2026-10-15 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
