Microscopía Magnética de Diamante de Superresolución de Nanopartículas Superparamagnéticas

Los microscopios magnéticos de sonda de barrido y de campo amplio basados en centros de vacío-nitrógeno (NV) en diamante han permitido avances en el estudio de la biología y los materiales, pero cada método tiene desventajas. Aquí, implementamos un método alternativo para microscopía magnética a nanoescala basado en el control óptico del estado de carga de los centros NV en una capa densa cerca de la superficie del diamante. Al combinar una técnica de superresolución con haz de dona con espectroscopía de resonancia magnética detectada ópticamente, imaginamos los campos magnéticos producidos por nanopartículas de óxido de hierro de 30 nm. El microscopio magnético tiene una resolución espacial lateral de ∼100 nm y resuelve las características individuales del dipolo magnético de los conjuntos de nanopartículas con espacios interpaticulares de hasta ∼190 nm. Las amplitudes de las características magnéticas son más de un orden de magnitud mayores que las obtenidas por microscopía magnética confocal debido a la función de dispersión del punto óptico más estrecha y la baja profundidad de los centros NV. Analizamos las imágenes de nanopartículas magnéticas y la sensibilidad como función de la resolución espacial del microscopio y mostramos que la relación señal-ruido para la detección de nanopartículas no se degrada a medida que mejora la resolución espacial. Identificamos fuentes de fluorescencia de fondo que limitan el rendimiento actual, incluyendo la emisión Raman de segundo orden del diamante y el control imperfecto del estado de carga NV. Nuestro método, que utiliza <10 mW de potencia láser y puede ser paralelizado mediante iluminación sometida a patrones, introduce un formato prometedor para la imagen magnética a nanoescala.