二维投量仪

12月1日，主题为“智能驱动、数字决策”的中油测井新产品发布会在西安召开。 中国工程院院士邱爱慈、王双明、李宁，陕西省科学技术厅、中国石油总部部门、油气和新能源板块、工程技术板块、同行企业、石油高校等41家单位160余人出席会议。 此次发布会，中油测井发布了MLab车载岩石物理实验室、IDS智能导向系统、hiDAS光纤传感系统、FITS过钻具测井系列、LogUDB中国石油统一测井数据库等5项新产品。 纽迈与MLab车载岩石物理实验室 纽迈公司在核磁共振技术方面拥有多年的研发经验和技术积累，而中油测井公司在测井行业具有广泛的应用场景和实际经验。基于双方在技术研发和行业经验方面的优势互补，为推动核磁共振技术在测井行业的应用和发展，服务好国家重大战略需求，为我国测井行业作出新的更大贡献，纽迈与中油测井共建了核磁共振技术创新联合体。 MLab车载岩石物理实验室的核心设备移动式全直径二维核磁共振测量仪便是联合体双方联合开发的重要成果。 车载岩石物理实验室 车载岩石物理实验室由移动式全直径二维核磁共振测量仪、全直径岩心光学扫描仪、全直径岩心自然伽马能谱测量仪、漫反射红外光谱测量仪、岩石高温热解分析仪组成，有效集成了传统施工现场测试的及时性，以及实验室测试的精细化等优点，具有绿色、安全、快速、无损、机动性强的等特点。 可用于井场新鲜全直径岩心的快速连续测量，提供岩性、物性、含油性和孔隙结构及烃源岩特性参数、为测井解释、储层评价、甜点优选提供数据支撑，尤其适用于致密油、页岩油等非常规储层的快速精确评价，助力石油天然气勘探开发。 移动式全直径二维核磁共振测量仪 基于移动式全直径二维核磁共振测量仪等设备的车载岩石物理实验室充分发挥钻井取心的价值，最大程度的保持原位地层信息，为数字岩心建设提供解决方案。 当岩心出井后，去除岩心表面的泥浆或者密闭液，立刻将岩心用保鲜膜包裹，减少岩心中流体的逸散，首先连续采集以一维核磁T2谱，获取岩心孔隙度、孔隙结构信息。然后采集二维核磁T1-T2谱，计算含油饱和度，核磁共振仪器的最小回波间隔0.2毫秒，纵向分辨率1cm、2cm、4cm、10cm可选。每次扫描1米岩心，2cm分辨率下的一维核磁采集时间12分钟，二维核磁单点采集时间3分钟。 移动式全直径岩心核磁扫描技术能够检测大尺寸岩心，全面描述强非均质性储集层的真实孔隙结构，代表性强；可以在岩心出井的第一时间进行无损、快速测量；能够设定测量速度，模拟不同测井速度下的测量效果；同时具有更高的纵向分辨率。

日前，一种高精度的新型光学二维图形圆度测量装置在中国计量科学研究院研制成功并通过专家验收。该装置首次将圆度测量的标准方法与影像探测技术进行结合，实现二维圆图形高精度圆度校准，准确度达到世界先进水平，解决了高精度影像测头坐标测量机的溯源问题。 　　据介绍，坐标测量机是一种精密、高效的空间几何量测量仪器。小到五金件的尺寸确定，大到整机、整车的几何量测量，都须借助该设备。然而，我国已引进的高精度坐标测量机影像测头的探测误差达0.5微米，但评定用标准器的不确定度应优于0.15微米。为此，高精度标准圆图形的圆度校准迫切需要建立更高精度的圆度测量装置。 　　为解决这一难题，中国计量科学研究院长度所研究员王为农带领团队经过攻关，将圆度测量的标准方法与影像探测技术相结合，以自主研制的一维影像传感器作为测头，利用成熟的精密转台和数据处理系统，构成了高精度、可溯源“光学二维图形圆度测量装置”，实现了二维圆图形高精度圆度校准。 　　据了解，从测量原理上，该装置结合了接触法和影像法的优点，解决了零高度二维图形的圆度测量问题。同时，该装置误差来源简单，与传统测量的评价方法一致，量值溯源途径清晰，解决了光学系统数值孔径、光学传感器噪声等对分辨力和测量能力的限制等难题。 　　业内专家认为，该成果可用于光学影像测量设备标准器的溯源，为集成电路、印刷电路和机械零件等加工制造行业的光学制版设备和光学成像加工设备的准确度验收提供了新的可能。

几个世纪以来，人类探索磁性及其相关现象的脚步从未停歇。在电磁学和量子力学发展的早期，人类很难想象磁石对铁的吸引力，鸟、鱼或昆虫在相隔数千英里的目的地之间的导航能力，这些神奇又有趣的现象具有相同的磁性起源。这些磁性来源于基本粒子的运动电荷与自旋，它和电子一样普遍存在。近年来，二维磁性材料在国际上成为备受关注的研究热点，它们为自旋电子学器件的研发开辟了新的方向，在新型光电器件、自旋电子学器件等方面都有着重要的应用价值。近日，《物理学报》2021年第12期也推出了二维磁性材料专题，从不同的角度描述了二维磁性材料在理论与实验方面的进展。《物理学报》2021年第12期你能想象得到吗？只有几个原子厚度的二维磁性材料就可以为极小的硅电子器件提供基板。这种神奇的材料由成对的超薄层制成，超薄层通过范德瓦耳斯力，即分子间作用力堆叠在一起，同时层内原子以化学键进行连接。虽然只有原子级的厚度，但依然保持着磁学、电学、力学、光学等方面的物理和化学特性。二维磁性材料 图片引用自https://phys.org/news/2018-10-flexy-flat-functional-magnets.html打个有趣的比方，二维磁性材料中的每个电子都像一个微小的罗盘，拥有北极和南极，这些“罗盘针”的方向决定了磁化强度。当这些无穷小的“罗盘针”自发对齐时，磁序就构成物质的基本相位，因此可制备出很多功能性装置，例如发电机和电动机、磁阻存储器和光学阻隔器等。这种神奇的特性也让二维磁性材料变得炙手可热起来，虽然现在集成电路制造工艺在不断提高，但由于器件在不断缩小，已经受到量子效应的限制，微电子行业已经遇到了可靠性低、功耗大等瓶颈，延续了近50年的摩尔定律也不再“吃香”（摩尔定律：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍）。如果未来二维磁性材料能够在磁传感器、随机存储器等新型自旋电子学器件领域得到应用，说不定有望突破集成电路性能瓶颈。我们已经知道，具有磁性的范德瓦耳斯晶体带有特殊的磁电效应，因此在二维磁性材料的研究过程中，定量的磁性研究是必不可少的步骤。然而，对此类磁体在纳米尺度上磁性响应的定量实验研究依然非常缺乏。现有的一些研究报道了在微米尺度上实现了对晶体磁性的检测，但这些技术不仅还无法提供关于磁化的定量信息，还极容易干扰阻碍超薄样品的磁信号。因此，检测技术的更新对于探测材料纳米尺度上的磁性质是非常紧迫的挑战。国仪量子QDAFM为了解决这一难题，国仪量子提供了一种新的测量途径——量子钻石原子力显微镜（QDAFM）。QDAFM是基于NV色心和AFM扫描成像技术的量子精密测量仪器。通过对钻石中氮—空位（NV）色心发光缺陷的自旋进行量子操控与读出，可实现磁学性质的定量无损成像，具有纳米级的高空间分辨率以及单个自旋的超高探测灵敏度，可用于定量检测范德瓦耳斯磁体的关键磁学性质，并对其磁化、局部缺陷和磁畴进行高空间分辨率的磁成像，具有非侵入性、可覆盖宽温区、大磁场测量范围等独到优势，在量子科学，化学与材料科学，以及生物和医疗等研究领域有着广泛的应用前景。二维碘化铬的磁化图引用自Probing magnetism in 2D materials at the nanoscale with single-spin microscopy（Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aav6926）下面，为大家介绍QDAFM在微纳磁成像、超导磁成像、细胞原位成像、拓扑磁结构表征等方面的具体应用。01微纳磁成像对于磁性材料，确定其静态自旋分布是凝聚态物理中的重要问题，也是研究新型磁性器件的关键。QDAFM提供了一种新的测量途径，能够实现高空间分辨率的磁性成像，具有非侵入性、可覆盖宽温区、大磁场测量范围等独到优势。布洛赫型磁畴壁成像引用自Tetienne, J. P.et al. The nature of domain walls in ultrathin ferromagnets revealed by scanning nanomagnetometry.Nature Communications6, 6733(2015)02超导磁成像对超导体及其涡旋的微观尺度研究，能够为理解超导机理提供重要信息。利用工作在低温下的QDAFM，可以对超导体的磁涡旋进行定量的成像研究，并扩展到众多低温凝聚态体系的磁性测量。单个磁性涡旋的杂散场定量成像引用自Thiel, L.et al.Quantitativenanoscale vortex imaging using a cryogenic quantum magnetometer. Nature Nanotechnology 11,677- 681 (2016).03细胞原位成像在细胞原位实现纳米级分子成像是生物学研究的重要手段。在众多成像技术中，磁共振成像技术能够快速、无破坏地获取样品体内的自旋分布图像，已经广泛应用在多个科学领域中。特别是在临床医学中，因其对生物体几乎无损伤，对疾病的机理研究、诊断和治疗起着重要的作用。然而，传统的磁共振成像技术使用磁感应线圈作为传感器，空间分辨率极限在微米以上，无法进行细胞内分子尺度的成像。利用QDAFM的高空间分辨率特性，研究人员观测到了细胞内部存在于细胞器中的铁蛋白，分辨率达到了10纳米。细胞原位铁蛋白分子的纳米磁成像引用自Wang, P. et al. Nanoscale magnetic imaging of ferritins in a single cell. Science advances 5, 8038 (2019).04拓扑磁结构表征磁性斯格明子是具有拓扑保护性质的纳米尺度涡旋磁结构。磁性斯格明子展现出丰富新奇的物理学特性，为研究拓扑自旋电子学提供了新的平台，在未来高密度、低能耗、非易失性计算和存储器件中也具有潜在应用。但是室温下单个斯格明子的探测在实验上仍具有挑战性。QDAFM的高灵敏度和高分辨率特点，是解决这一难题的有力工具，通过杂散场测量可重构出斯格明子的磁结构。斯格明子磁场成像引用自Dovzhenko, Y. et al. Magnetostatic twists in room-temperature skyrmions explored by nitrogen-vacancy center spin texture reconstruction. Nature Communications 9, 2712 (2018).参考文献：1.《物理学报》2021年第12期，二维磁性材料专题2.Two-dimensional magnetic crystals and emergent heterostructure devices（Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aav4450）3.https://phys.org/news/2018-10-flexy-flat-functional-magnets.html4.Probing magnetism in 2D materials at the nanoscale with single-spin microscopy（Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aav6926）