目前主要的磁成像方法如扫描隧道显微镜（STM）、电子自旋共振STM（ESR-STM）和磁交换力显微镜（MExFM）虽然已实现埃米级分辨率，但存在系统复杂、探针扰动样品等问题。
近日，华中科技大学物理学院智能量子中心、HUST-UULM中德量子传感与量子测量实验室的蔡建明教授团队与美国德克萨斯大学奥斯丁分校合作，提出了一种基于二维范德瓦尔斯固态自旋的全光学埃米级量子磁成像新方案。该方案有望实现原子尺度磁结构的精准成像，特别适用于研究凝聚态物理中的磁序、拓扑态和量子相变等前沿问题。
研究团队创新性地将二维范德瓦尔斯材料中的自旋缺陷（如六方氮化硼中VB-空位）作为量子自旋探针，结合太赫兹散射近场光学显微镜（THz s-SNOM），构建出全新的量子磁成像机制。 该方法通过精确控制探针与样品间的距离至数埃范围内，使强交换相互作用成为主导，再结合太赫兹光调控和对自旋依赖荧光信号的探测，实现高灵敏度和高空间分辨率的磁性信息读取。相比依赖微波或机械谐振系统的磁成像手段，这种全光学方法对样品扰动更小，实验装置更简化，并且系统兼容性更强。 研究进一步分析了长程磁偶极-偶极相互作用与短程磁交换相互作用在微纳尺度磁成像中的性能差异。结果显示，基于磁交换相互作用的成像方法在超高空间分辨率磁探测中具有独特优势，即使在探针距样品仅为4?的条件下，成像效果显著优于偶极-偶极机制。
这项研究为实现埃米级磁成像提供了全新的思路，并可与THz-SNORM、THz时域光谱测量及基于固态自旋的量子精密测量与成像技术结合，成为凝聚态物理实验中的重要探测工具，特别适用于研究复杂磁性现象，开辟了微纳尺度下磁结构探测的新路径。
