上海微系统所在NbN磁显微探针方面取得重要进展

　　近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所张露副研究员、陈垒研究员团队在低温磁成像技术领域取得重要进展。团队成功研制出基于超导氮化铌(NbN)材料和三维纳米桥结构的新型磁显微探针，将超导量子干涉器件(SQUID)类扫描磁显微技术的空间分辨率提升至80纳米，为量子材料与器件的研究提供了新的有力工具。该成果已发表于学术期刊《ACS Nano》(论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c06397)。
 

　　磁场是基础物理性质之一，实现对它的高分辨率成像，对于探索量子材料和器件具有重要意义。传统扫描SQUID显微镜虽磁场灵敏度极高，但其空间分辨率受器件结构限制，难以进一步提升。为突破这一瓶颈，超导电子实验室研究团队创新利用高质量超导NbN薄膜，成功制备出基于单个“纳米桥结”的磁探针。NbN材料具备高临界温度和强抗磁性能，其薄膜质量直接影响探针器件的性能。通过精密调控薄膜生长和微纳加工条件，团队将NbN桥结区域厚度降低20纳米以下，使其具备量子级别的磁场响应特性，同时本征磁场噪声低至100 nT/√Hz。实验证明，该探针不仅能清晰观测到铌薄膜中单个磁通量子涡旋，还可分辨间距仅80纳米的超导纳米线结构，展现出卓越的磁场灵敏度与空间分辨能力。
 

　　上海微系统所博士后潘银萍(已出站)为该论文的第一作者，张露副研究员和陈垒研究员为共同通讯作者。该工作获得了国家自然科学基金(项目编号：62071458、11827805)、上海市自然科学基金(项目编号：22ZR1473400)、中国科学院青年创新促进会(编号：2022235)以及量子科技创新计划(项目编号：2023ZD0300100)等项目的资助。
 

　　图1：NbN纳米桥结探针的SEM图和电学性能表征图，该结的磁场响应曲线显示出夫琅禾费衍射图案。
 

图2 (a)超导磁通量子涡旋成像；(b)超导纳米线条的抗磁信号成像。