[实用新型]金刚石纳米全光学磁场传感器、探针及原子力显微镜

说明书

本实用新型涉及一种金刚石纳米全光学磁场传感器、探针及原子力显微镜。其中，金刚石纳米全光学磁场传感器包括：含有氮‑空位色心的金刚石纳米结构，配置为在不同的磁场下改变荧光寿命和光致发光强度；光致发光检测器件和/或荧光寿命检测器件，所述光致发光检测器件配置为检测所述荧光寿命，荧光寿命检测器件配置为检测所述光致发光强度。

技术领域

本实用新型属于纳米传感领域，主要应用于全光学磁场测量，适合电磁环境复杂、高电压等特殊环境感应磁场测量等方面，具体的涉及金刚石纳米全光学磁场传感器，还涉及包含氮-空位色心的金刚石纳米结构的探针，还进一步涉及含有上述探针的原子力显微镜。

背景技术

纳米传感器即是形状大小或者灵敏度达到纳米级，或者传感器与待检测物质或物体之间的相互作用距离是纳米级的。利用纳米技术制作的传感器，尺寸减小、精度提高、性能大大改善，纳米传感器是站在原子尺度上，从而极大地丰富了传感器的理论，推动了传感器的制作水平，拓宽了传感器的应用领域。纳米传感器现已在生物、化学、机械、航空、军事等领域获得广泛的发展。

目前的纳米金刚石磁场纳米成像技术，主要利用附着在原子力显微镜 (AFM)探针上的含氮-空位色心(NV)的纳米金刚石颗粒，采用光学读取电子自旋共振技术(ODMR)，来对待测物进行纳米级高精密磁场成像。而ODMR技术中，重要的一个条件是需要引入微波来操作NV中的电子自旋。然而这一条件的引入，导致无法实现全光学的磁场传感技术。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种金刚石纳米全光学磁场传感器、探针及原子力显微镜，以至少部分解决以上所述的技术问题。

(二)技术方案

根据本实用新型的一方面，提供一种金刚石纳米全光学磁场传感器，包括：

含有氮-空位色心的金刚石纳米结构，配置为在不同的磁场下改变荧光寿命和光致发光强度；

光致发光检测器件和/或荧光寿命检测器件，所述光致发光检测器件配置为检测所述荧光寿命，荧光寿命检测器件配置为检测所述光致发光强度。

在进一步的实施方案中，所述光致发光检测器件包括雪崩二极管、单光子计数器和高速数字采集卡；所述荧光寿命检测器件包括雪崩二极管、单光子计数器、脉冲信号发生器和高速数字采集卡。

在进一步的实施方案中，所述含有氮-空位色心的金刚石纳米结构材料为纳米颗粒或纳米线。

在进一步的实施方案中，所述含有氮-空位色心的金刚石纳米结构设置于一金刚石基底上，所述金刚石基底为单晶或多晶材料。

在进一步的实施方案中，所述含有氮-空位色心的金刚石纳米结构中含单个氮-空位色心或者阵列式排布的多个氮-空位色心。

根据本实用新型的又一方面，提供一种含有氮-空位色心的金刚石纳米探针，包括：

含有氮-空位色心的金刚石纳米结构，配置为在不同的磁场下改变荧光寿命和光致发光强度。

在进一步的实施方案中，所述探针中安装有单个含氮-空位色心的纳米金刚石；或者所述探针含有多个含氮-空位色心的纳米金刚石，且多个含氮 -空位色心的纳米金刚石呈阵列式排布。

在进一步的实施方案中，所述探针具有一金刚石基底，含有氮-空位色心的金刚石纳米结构设置该基底上。

根据本实用新型的再一方面，提供一种原子力显微镜，包括：

以上任意一种探针，配置为可以靠近磁场，在接收的光照维持不变且磁场变化时荧光寿命和光致发光强度产生变化；