QSM/Quantum Scanning Microscope(量子掃描顯微鏡)

QSM 特點

• State-of-the-art scanning quantum sensing 最先進的掃描式量子感測技術
  • 利用奈米級 NV 中心，進行磁場、電場等量測
  • 適用於室溫環境，無需極端低溫設備
• Supports multiple acquisition modes 支援多種量測模式
  • 包括連續波 ODMR（CW-ODMR）、脈衝 ODMR（pulsed ODMR）、Rabi、Ramsey、CPMG 等
  • 可因應不同應用需求切換模式，從定性成像到定量分析皆可勝任
• Proprietary “Quickscan” method for ultra-fast imaging 獨家 Quickscan 技術，實現超高速成像
  • 每像素最高掃描速率可達 200 Hz
  • 可在短時間內（如 2 小時內）完成百萬像素等級的高解析掃描圖
• Integrated AFM and optical access 整合式原子力顯微（AFM）與光學通道
  • 可同時進行表面形貌與量子信號的同步量測
  • 提供更完整的樣品物理特性圖譜
• Compact tabletop design with robust environmental control 桌上型設計，內建穩定的環境控制系統
  • 包含振動隔離、聲學隔離與溫度穩定（±0.1 °C）
  • 適合放置於一般實驗室環境中運作，無須特殊設施
• Open software framework with scripting and custom protocols 開放式軟體架構，支援腳本與客製化實驗設計
  • 軟體 QS³ Suite 允許用戶撰寫自定腳本、pulse sequence
  • 提供靈活的量測流程設計，利於研究開發與特定應用實驗

QSM 主要功能與用途

• 以單一氮空位（NV）中心作為奈米級量子傳感器，可在室溫條件下進行掃描，解析度優於40 nm，靈敏度接近雜訊極限。
• 可應用於量測樣品表面的磁場、電場、電流等物理量，適用於 2D 材料、拓撲絕緣體、Skyrmion、自旋電子學等研究。
• 支援材料分析，如失效分析、奈米 NMR、熱測量、波導分析等。

QSM 掃描模式與量測方法

• 定性模式：PL（光致發光）、Iso-B（等磁場輪廓）。
• 定量模式：CW-ODMR（連續波），依據共振頻率解析絕對磁場；pulsed ODMR、Rabi、Ramsey、CPMG 等也支援。
• Quickscan 模式：極速掃描，最高達每像素200Hz，可於2小時內完成百萬像素地圖。

QSM 硬體配置

• 光學掃描系統：包含 confocal 掃描 NV excitation/readout、MOKE 偏光顯微、widefield 成像。
• AFM 掃描階段：單晶鑽石 NV 探針支援高度與平面控制，高精度 xyz 掃描範圍 85×85×15 µm，粗定位階段可達6×6×15 mm。
• 磁場控制：可選擇機械磁鐵或向量電磁鐵，以支援高達200 mT以上不同方向的偏壓。
• 微波系統：涵蓋0.6–6 GHz頻段，最大輸出功率36 dBm（5 W），另有 AWG 等類比/數位延伸通道。
• 光源與檢測系統：515 nm 激光（連續/脈衝），單光子偵測模組（SPAD），自訂優化之物鏡（50×, NA 0.75）。
• 隔離與穩定設計：機箱可控溫 ±0.1 °C，並配備聲學與主動振動隔離，溫濕度監控。

QSM 軟體特色 – QS3 Suite

• 統合介面：從 AFM、ODMR 到 MOKE 均由 QS3 控制，且支援開源腳本與客製 pulse sequence 編輯。
• 高效掃描：Quickscan 技術能即時追蹤共振頻率變化，提升掃描效能與靈敏度 。
• 脈衝實驗支援：可執行 Rabi、Ramsey、T1、CPMG、gradiometry 等複合 protocol，並支援 mapping功能。

QSM 擴充模組與客製化

• 可擴充功能如多微波/雷射源、AWG、真空與溫控環境、旋轉樣品台或惰性氣氛罩等。
• 提供客製 PCB 支援 DC/RF 信號施加至樣品。

QSM