CN109975727A - 纳米级磁共振扫描成像设备以及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种纳米级磁共振扫描成像设备以及方法，该纳米级磁共振扫描成像设备，包括：位移台、差分式干涉仪、微波射频系统、隔震平台以及温控罩；位移台通过改变其自身的角度与位置实现待测样品的调平、扫描；差分式干涉仪对位移台的位置进行反馈修正；微波射频系统用于实现所述扫描探针的自旋量子态翻转；隔震平台用于隔离外界震动；温控罩用于保持扫描环境温度恒定。本公开提供的纳米级磁共振扫描成像设备及方法在将扫描探头与外界环境相隔离并达到极高的内部环境稳定性的情形下，利用了差分式干涉仪实现了扫描探针与待测样品之间位置的反馈调节，提高了金刚石单自旋磁学扫描探头的探测精度，解决了热漂导致相对位移的问题。

Description

纳米级磁共振扫描成像设备以及方法

技术领域

本公开涉及核磁共振技术领域，尤其涉及一种纳米级磁共振扫描成像设备以及方法。

背景技术

自从最初的劳伯特NMR(Nuclear Magnetic Resonance核磁共振)成像实验以来，MRI(Magnetic Resonance Imaging磁共振成像)技术经过几十年的不断发展，已经成长为一项非常成熟的成像技术。目前现有的MRI技术主要原理是通过梯度磁场编码位置信息，并加以不同的NMR序列进行成像。在实际应用中，MRI技术被广泛地用于临床医学和科学研究，为病情诊断及物质表征提供了强有力的手段。

传统MRI技术主要用于宏观成像，成像对象一般是人体或动物体的器官以及组织，如脑部成像等。传统MRI的空间分辨率可以达到亚毫米量级，对于组织以下的细胞结构没有分辨能力，这是由NMR的探测原理限制的。目前，可以使用NV色心(Nitrogen-Vacancycenter)进行纳米尺度的磁共振探测，从而突破传统的NMR技术的空间分辨率限制。

NV色心是金刚石中负电荷的氮-空位中心，可以使用激光共聚焦显微技术进行量子态探测和读出。由于NV色心探针具有磁场高灵敏度、样品无损伤性、长相干性，以及工作在室温大气环境下的特性，它非常适合作为纳米尺度的磁共振探头。类似传统的NMR技术，NV色心也可以使用多种不同的序列进行磁共振探测。例如，连续波谱是一种常用的测直流磁场序列，通过扫描射频频率，并使其与静磁场在色心上引起的Zeeman效应匹配，可以观察到NV色心的荧光强度下降，同时读出施加的射频频率，即可根据旋磁比计算出静磁场大小。另外，可以使用Ramsey序列进行交变磁场的频率探测等等。

然而，在实现本公开的过程中，本申请发明人发现，对比传统的AFM(Atomic ForceMicroscope原子力显微镜)技术，NV-AFM的采样时间长，需要装置的稳定性更高；并且在扫描较为脆弱的样品时，下针后的横向移动会拖拽待测样品，导致样品被破坏；同时NV-AFM技术对样品平面调平要求较高，现有技术中的NV-AFM设备无法满足上述要求。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述技术问题，本公开提供一种纳米级磁共振扫描成像设备以及方法，以缓解现有技术中的NV-AFM设备稳定性不高、下针后拖拽待测样品导致样品被破坏以及样品表面调平无法达到要求的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供一种纳米级磁共振扫描成像设备，包括：位移台，其上设置有扫描探针以及待测样品，该位移台通过改变其自身的角度与位置实现待测样品的调平、扫描；差分式干涉仪，其与所述位移台对应设置，对所述位移台的位置进行反馈修正；微波射频系统，其产生90度相位差的幅度、频率可变的射频信号，并馈送至所述扫描探针上，实现所述扫描探针的自旋量子态翻转；隔震平台，其设置于所述位移台的底部，用于隔离外界震动；以及温控罩，其罩设在所述位移台、所述差分式干涉仪以及所述微波射频系统的外侧，并压设在所述隔震平台上，用于保持扫描环境温度恒定。

在本公开的一些实施例中，所述位移台包括：三组平动位移台，其上分别设置有探测镜头、所述扫描探针和所述待测样品，其沿所述平动位移台台面所在的平面带动所述探测镜头、所述扫描探针和所述待测样品移动；以及N个角度位移台，其分别与两个所述平动位移台以及所述差分式干涉仪连接，用于改变所述平动位移台和所述差分式干涉仪与水平面的夹角，N≥2；其中，设置有所述扫描探针和所述待测样品的所述平动位移台的台面相对设置。

在本公开的一些实施例中，其中：每个所述平动位移台上，朝向第一方向和第二方向分别设置有两面反射镜；所述差分式干涉仪包括多个激光探头；每面所述反射镜和每个所述激光探头一一对应设置；所述第一方向和所述第二方向相互垂直。

在本公开的一些实施例中，其中：所述差分式干涉仪包括两台；两台所述差分式干涉仪分别对应设置在所述平动位移台的所述第一方向和所述第二方向上；每台所述差分式干涉仪上设置有两个所述激光探头；两个所述激光探头分别与设置有所述扫描探针和所述待测样品的所述平动位移台上的反射镜对应设置。

在本公开的一些实施例中，所述扫描探针包括：悬臂梁固定架，其与所述平动位移台连接；石英音叉，其与所述悬臂梁固定架连接；探针固定玻璃片，其固定设置在所述石英音叉上；以及金刚石单自旋探针，其悬挂于所述探针固定玻璃片上；其中，所述金刚石单自旋探针中NV色心的深度不超过10nm。

在本公开的一些实施例中，所述温控罩包括：金属外壳层，用于隔绝外界的气流的扰动和声波震动；温控中间层，其设置于所述金属外壳层内部，用于调节所述温控罩内部的温度并减缓与外界的热交换；以及导热内层，其设置于所述温控中间层的内部，用于将所述温控中间层的温度变化快速、均匀地传递至内部环境中；其中，所述扫描探针上设置有温度传感器，用于根据探测的温度信息反馈调节所述温控中间层的输出温度。

在本公开的一些实施例中，所述微波射频系统包括：射频发生器，用于产生可变频率的正弦射频信号；90度功分器，其将所述射频发生器发出的信号分为两路相位差为90度的射频信号，其输出的两路射频信号通路上分别设置有微波开关；合路器，其将两路相位差为90度的射频信号合成为一路；放大器，其将合路器合成为一路的射频信号放大，馈送至所述扫描探针上，对所述扫描探针进行翻转操作；以及衰减和阻抗匹配，用于结束该射频信号通路。

根据本公开的另一个方面，还提供一种纳米级磁共振扫描成像方法，使用本公开提供的纳米级磁共振扫描成像设备，包括：通过位移台驱动扫描探针与待测样品，使扫描探针的尖端平面与待测样品平行；利用平动位移台驱动扫描探针，使其采用蛙跳式扫描法，在各个扫描点分别抬针、下针扫描待测样品，直至扫描完成全部的扫描点；其中，在每个扫描点扫描完成后，利用差分式干涉仪反馈修正由于噪声导致的扫描探针和待测样品之间相对位置的变化。

在本公开的一些实施例中，其中：角度位移台的台面为等边三角型，该等边三角形的至少两个角的底部设置有促动器，该促动器用于提升该角的高度，改变所述平动位移台的台面与水平面的夹角；分别以该等边三角形的底边和高为横轴和纵轴建立坐标系，该等边三角形的顶角底部设置有促动器，利用位移台使扫描探针的尖端平面与待测样品平行的过程中，任一轴向的调平方法包括：步骤A：利用所述促动器驱动所述台面进行小角度试探位移；步骤B：获取台面上的探测点在纵轴方向上的平移距离；步骤C：利用所述试探位移与所述平移距离的对应关系，计算所述促动器实际位移与所述探测点实际平移距离之间的对应关系；步骤D：利用该对应关系控制平动位移台，使其在台面角度改变时，探测点在纵轴上的位置保持不变；步骤E：调整平动位移台与角度位移台，直至扫描探针与待测样品之间产生的等厚干涉条纹消失。

在本公开的一些实施例中，所述步骤C包括：

步骤C1：利用下式计算探测点在纵轴方向上的坐标y：

其中，Δh为所述促动器的小角度试探位移，Δy为试探位移引起的平移距离；h为促动器的初始高度；l为台面上促动器连接点的纵轴坐标；

步骤C2：利用下式计算探测点实际平移距离砂：

其中，h′为促动器实际位移。

在本公开的一些实施例中，所述蛙跳式扫描法包括：步骤S1：输入扫描点的二维坐标数组；步骤S2：驱动平动位移台将待测样品移动到数组中的下一点；步骤S3：下针并使用扫描探针进行任意磁学序列的探测；步骤S4：探针抬起；步骤S5：判断当前位置是否为扫描点的二维坐标数组中的最终采样点：若是，扫描结束，否则返回步骤S2。

在本公开的一些实施例中，利用差分式干涉仪反馈修正扫描探针和待测样品之间相对位置的变化，基于PID修正方法，包括：步骤100：设定初始PID值；步骤200：设定检查漂移的时间间隔；步骤300：等待该时间间隔；步骤400：获得差分式干涉仪反馈的位移信息；步骤500：根据初始PID值计算反馈值，将该反馈值输入平动位移台进行反馈调节，并返回步骤300。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的纳米级磁共振扫描成像设备以及方法具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：

(1)本公开提供的纳米级磁共振扫描成像设备在将内部金刚石单自旋磁学扫描探头与外界环境相隔离并达到极高的内部环境稳定性的情形下，利用了差分式干涉仪实现了扫描探针与待测样品之间位置的反馈调节，提高了金刚石单自旋磁学扫描探头的探测精度，解决了热漂导致相对位移的问题；

(2)并且，因为NV-AFM经常会用于细胞等较为脆弱的样品上，故而本公开提供的蛙跳式扫描法，解决了探针拖动破坏样品的问题。

附图说明

图1为本公开提供的纳米级磁共振扫描成像设备的结构示意图。

图2为图1所示的纳米级磁共振扫描成像设备中差分式干涉仪与平动位移台的位置关系示意图。

图3为图1所示的纳米级磁共振扫描成像设备中微波射频系统的组成示意图。

图4为图1所示的纳米级磁共振扫描成像设备中扫描探针与待测样品未调平之前的位置关系示意图。

图5为图1所示的纳米级磁共振扫描成像设备中角度位移台的俯视示意图。

图6为图1所示的纳米级磁共振扫描成像设备中角度位移台的侧视示意图。

图7为本公开提供的纳米级磁共振扫描成像方法中角度调节修正算法的步骤流程示意图。

图8为本公开提供的纳米级磁共振扫描成像方法中蛙跳式扫描法的步骤流程示意图。

图9为本公开提供的纳米级磁共振扫描成像设备中差分式干涉仪与平动位移台之间的硬件连接关系及数据流向示意图。

图10为本公开提供的纳米级磁共振扫描成像方法中利用差分式干涉仪进行反馈修正的步骤流程示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1-差分式干涉仪；2-微波射频系统；3-隔震平台；4-平动位移台；5-角度位移台；6-探测镜头；7-反射镜；8-激光探头；9-悬臂梁固定架；10-石英音叉；11-探针固定玻璃片；12-金刚石单自旋探针；13-金属外壳层；14-温控中间层；15-导热内层；16-促动器；A-待测样品。

具体实施方式

本公开提供的纳米级磁共振扫描成像设备以及方法在将内部金刚石单自旋磁学扫描探头与外界环境相隔离并达到极高的内部环境稳定性的情形下，利用了差分式干涉仪实现了扫描探针与待测样品之间位置的反馈调节，提高了金刚石单自旋磁学扫描探头的探测精度，解决了相对位移的问题。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

根据本公开的一个方面，提供一种纳米级磁共振扫描成像设备，如图1至图2所示，包括：位移台、差分式干涉仪1、微波射频系统2、隔震平台3以及温控罩；位移台上设置有扫描探针以及待测样品A，该位移台通过改变其自身的角度与位置实现待测样品的调平、扫描；差分式干涉仪1与位移台对应设置，对位移台的位置进行反馈修正；微波射频系统2用于产生90度相位差的幅度、频率可变的射频信号，并馈送至扫描探针上，实现扫描探针的自旋量子态翻转；隔震平台设置于位移台的底部，用于隔离外界震动；温控罩其罩设在位移台、差分式干涉仪1以及微波发生器2的外侧，并压设在隔震平台上，用于保持扫描环境温度恒定。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，位移台包括：平动位移台4以及角度位移台5；三组平动位移台4上分别设置有探测镜头6、扫描探针和待测样品A，其沿平动位移台4台面所在的平面带动探测镜头6、扫描探针和待测样品A移动；N个角度位移台5分别与两个平动位移台4以及差分式干涉仪1连接，用于改变平动位移台4和差分式干涉仪1与水平面的夹角，N≥2；其中，设置有扫描探针和待测样品A的平动位移台的台面相对设置。

在本公开的一些实施例中，如图2所示，其中：每个平动位移台4上，朝向第一方向和第二方向分别设置有两面反射镜7；差分式干涉仪1包括多个激光探头8；每面反射镜7和每个激光探头8一一对应设置；第一方向和第二方向相互垂直，且第一方向和第二方向均与平动位移台4台面所在的平面平行。

在本公开的一些实施例中，如图1和图2所示，其中：差分式干涉仪1包括两台；两台差分式干涉仪1分别对应设置在平动位移台4的第一方向和第二方向上；每台差分式干涉仪1上设置有两个激光探头8；两个激光探头8分别与设置有扫描探针和待测样品A的平动位移台4上的反射镜7对应设置。

实际应用中，反射镜7和激光探头8构成了一个完整的差分式距离测量系统，该系统可以读取设置有扫描探针和待测样品A的平动位移台4上的反射镜7相对位置的变化，并可以通过模数转换功能输入到计算机读取，通过软体程式可以完成整体的位置校正功能。实现了平动位移台4位置反馈机制，提高了整体架构的稳定性。其中，差分式干涉仪1是以激光波长为已知长度，利用光学系统测量位移的通用长度测量的一种装置。目前常用来测量长度的干涉仪，主要是以迈克尔逊干涉仪为主，并以稳频氦氖激光为光源，构成一个具有干涉作用的测量系统。差分式干涉仪1可配合反射镜等完成线性位置的测量工作，并可作为精密工具或测量仪器完成机械部件的校正工作。高精度激光差分式干涉仪，探测精度可以达到1pm，由此设计的差分式干涉仪1反馈修正机制，可以达到纳米及亚纳米的需求。另外，差分式干涉仪1采用光学手段进行测距，对周围环境的影响小，几乎不会对原子力显微镜产生额外的效果，因此适合用于微观探测领域，激光干涉仪测距的速度快，可以及时地处理数据，由此极为适合作为AFM技术中的位置修正反馈。本公开实施例采用的差分干涉仪1使用2类氦氖激光，激光稳定度达到了50nm/h，探测精度达到了38.6pm，引入的非线性误差在慢速情况(50mm/sec)下小于1nm，满足现有的分辨率要求。而在不加干涉仪反馈时，热漂在微米量级，故而理论上，该装置可以将分辨率提高3个数量级。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，扫描探针包括：悬臂梁固定架9、石英音叉10、探针固定玻璃片11以及金刚石单自旋探针12；悬臂梁固定架9与平动位移台4连接；石英音叉10与悬臂梁固定架9连接；探针固定玻璃片11固定设置在石英音叉10上；金刚石单自旋探针12悬挂于探针固定玻璃片11上；其中，金刚石单自旋探针12中NV色心的深度不超过10nm。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，温控罩包括：金属外壳层13、温控中间层14以及导热内层15；金属外壳层13用于隔绝外界的气流的扰动和声波震动；温控中间层14设置于金属外壳层13内部，用于调节温控罩内部的温度并减缓与外界的热交换；导热内层15设置于温控中间层14的内部，用于将温控中间层14的温度变化快速、均匀地传递至内部环境中，导热内层15中设置有传热介质(例如：铜制内罩或快速导热液体介质等)；其中，扫描探针14上设置有温度传感器，用于根据探测的温度信息反馈调节温控中间层14的输出温度。

在本公开的一些实施例中，如图3所示，微波射频系统2包括：射频发生器、90度功分器、微波开关、合路器、放大器以及衰减和阻抗匹配；射频发生器用于产生可变频率的正弦射频信号；90度分束器将射频发生器发出的信号分为两路相位差为90度的射频信号，其输出的两路射频信号通路上分别设置有微波开关；合路器将两路相位差为90度的射频信号合成为一路；放大器将合路器合成为一路的射频信号放大，馈送至扫描探针上，对扫描探针量子态进行翻转操作；衰减和阻抗匹配用于结束该射频信号通路。

根据本公开的另一个方面，还提供一种纳米级磁共振扫描成像方法，使用本公开实施例提供的纳米级磁共振扫描成像设备，包括：通过角度位移台5驱动扫描探针与待测样品A，使扫描探针的尖端平面与待测样品平行；利用平动位移台4驱动扫描探针，使其采用蛙跳式扫描法，在各个扫描点分别抬针、下针扫描待测样品，直至扫描完成全部的扫描点；其中，在每个扫描点扫描完成后，利用差分式干涉仪1反馈修正由于热漂导致的扫描探针和待测样品之间相对位置的变化。

实际应用中，如图4所示，在NV-AFM的使用过程中，扫描探针为金刚石Pillar的阵列，而待测样品A是一个平面，由于两个平面必须调平，Pillar上的NV色心才能发挥出高灵敏度纳米磁共振探针的作用，待测样品A和扫描探针的角度由于固定方式无法保证平行，故而需要将待测样品A和扫描探针调至相对平行。一般可以通过扫描探针与待测样品之间产生的等厚干涉条纹来判断是否已经相对调平，干涉条纹消失时，光干涉已经达到同相位，认为两者已经调平。由于角度位移台5的翻转特性，导致实际上进行角度翻转的同时，带来水平移动的副效果。由于在角度位移台5移动时，除了本身的角度偏转，还带有水平方向的转动。所以需要通过一个算法计算水平方向的偏移，然后同时联调水平位移台进行修正，防止待测位置移动过大，移出镜头视野范围。

在本公开的一些实施例中，如图5至图6所示，其中：角度位移台5的台面为等边三角型，该等边三角形的至少两个角的底部设置有促动器16，该促动器16用于提升该角的高度，改变平动位移台4的台面与水平面的夹角；分别以该等边三角形的底边和高为横轴和纵轴建立坐标系，该等边三角形的顶角底部设置有促动器16，利用角度位移台5使扫描探针的尖端平面与待测样品平行的过程中，如图7所示，任一轴向(等边三角形的每一条高为一个轴)的调平方法包括：步骤A：利用促动器驱动所述台面进行小角度试探位移；步骤B：获取台面上的探测点(图5中台面上的圆形黑点)在纵轴方向上的平移距离；步骤C：利用试探位移与平移距离的对应关系，计算促动器16实际位移与探测点实际平移距离之间的对应关系；步骤D：利用该对应关系控制平动位移台4，使其在台面角度改变时，探测点在纵轴上的位置保持不变(即实现以探测点为轴心旋转)；步骤E：调整平动位移台4与角度位移台5，直至扫描探针与待测样品A之间产生的等厚干涉条纹消失。

此处需要补充说明的是，图7和图9中的纳米平台、纳米位移平台，指代平动位移台4、角度位移台5或其二者的结合。

在本公开的一些实施例中，步骤C包括：

步骤C1：利用下式计算探测点在纵轴方向上的坐标y：

其中，Δh为所述促动器的小角度试探位移，Δy为试探位移引起的平移距离；h为促动器的初始高度(即促动器的初始读数)；l为台面上促动器连接点的纵轴坐标；

步骤C2：利用下式计算探测点实际平移距离δy：

其中，h′＝h+δh，h′为促动器实际位移(即促动器的当前读数)，δh为促动器的读数变化值。

进一步地，在传统的AFM中，使用的是一次下针，直到探测结束之后将针抬起的扫描模式。在NV-AFM的使用过程中，许多样品(例如：细胞样品)非常脆弱，在扫描拖动的过程中会造成样品的损坏，故而本公开实施例提供一种蛙跳式扫描法，如图8所示，包括：

步骤S1：输入扫描点的二维坐标数组；

步骤S2：驱动平动位移台将待测样品移动到数组中的下一点；

步骤S3：下针并使用扫描探针进行任意磁学序列的探测；

步骤S4：探针抬起；

步骤S5：判断当前位置是否为扫描点的二维坐标数组中的最终采样点：若是，扫描结束，否则返回步骤S2，该扫描方式避免了探针拖动导致的样品损坏。

在本公开的一些实施例中，适用于本公开实施例提供的纳米级磁共振扫描成像设备中差分式干涉仪1与平动位移台4之间的硬件连接关系及数据流向如图9所示。其各个部分解释如下：

1、噪声(热漂)导致X、Y方向(即第一方向和第二方向)的差分式干涉仪1和待测样品A平面间的距离变化；

2、计算机程式捕捉到差分式干涉仪1的读数变化；

3、计算机程式针对读数变化反馈数字信号或模拟信号输出到纳米位移平台控制器；

4、纳米位移平台收到控制器馈送的信号进行修正。

从而在整体上形成了一个闭环，实现了位置反馈，达到了预期的目的，该硬件设计原理直观且操作上简单易行，容易投入实践。

在本公开的一些实施例中，如图9至图10所示，利用差分式干涉仪反馈修正扫描探针和待测样品之间相对位置的变化，基于PID修正方法，包括：

步骤100：设定初始PID值；

步骤200：设定检查漂移的时间间隔；

步骤300：等待该时间间隔；

步骤400：获得差分式干涉仪反馈的位移信息；

步骤500：根据初始PID值计算反馈值，将该反馈值输入平动位移台进行反馈调节，并返回步骤300，将该修正算法设计成循环，只需开启即可自动进行位置校正。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开实施例提供的纳米级磁共振扫描成像设备以及方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供的纳米级磁共振扫描成像设备以及方法将金刚石单自旋磁学扫描探头与外界环境相隔离并达到极高的内部环境稳定性的情形，利用了差分式干涉仪实现了扫描探针与待测样品之间位置的反馈调节，提高了金刚石单自旋磁学扫描探头的探测精度，解决了相对位移的问题。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如前面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种纳米级磁共振扫描成像设备，包括：

位移台，其上设置有扫描探针以及待测样品，该位移台通过改变其自身的角度与位置实现待测样品的调平、扫描；

差分式干涉仪，其与所述位移台对应设置，对所述位移台的位置进行反馈修正；

微波射频系统，其产生90度相位差的幅度、频率可变的射频信号，并馈送至所述扫描探针上，实现所述扫描探针的自旋量子态翻转；

隔震平台，其设置于所述位移台的底部，用于隔离外界震动；以及

温控罩，其罩设在所述位移台、所述差分式干涉仪以及所述微波射频系统的外侧，并压设在所述隔震平台上，用于保持扫描环境温度恒定。

2.根据权利要求1所述的纳米级磁共振扫描成像设备，所述位移台包括：

三组平动位移台，其上分别设置有探测镜头、所述扫描探针和所述待测样品，其沿所述平动位移台台面所在的平面带动所述探测镜头、所述扫描探针和所述待测样品移动；以及

N个角度位移台，其分别与两个所述平动位移台以及所述差分式干涉仪连接，用于改变所述平动位移台和所述差分式干涉仪与水平面的夹角，N≥2：

其中，设置有所述扫描探针和所述待测样品的所述平动位移台的台面相对设置。

3.根据权利要求2所述的纳米级磁共振扫描成像设备，其中：

每个所述平动位移台上，朝向第一方向和第二方向分别设置有两面反射镜；

所述差分式干涉仪包括多个激光探头；

每面所述反射镜和每个所述激光探头一一对应设置；

所述第一方向和所述第二方向相互垂直。

4.根据权利要求3所述的纳米级磁共振扫描成像设备，其中：

所述差分式干涉仪包括两台；

两台所述差分式干涉仪分别对应设置在所述平动位移台的所述第一方向和所述第二方向上；

每台所述差分式干涉仪上设置有两个所述激光探头；

两个所述激光探头分别与设置有所述扫描探针和所述待测样品的所述平动位移台上的反射镜对应设置。

5.根据权利要求2所述的纳米级磁共振扫描成像设备，所述扫描探针包括：

悬臂梁固定架，其与所述平动位移台连接；

石英音叉，其与所述悬臂梁固定架连接；

探针固定玻璃片，其固定设置在所述石英音叉上；以及

金刚石单自旋探针，其悬挂于所述探针固定玻璃片上；

其中，所述金刚石单自旋探针中NV色心的深度不超过10nm。

6.根据权利要求1所述的纳米级磁共振扫描成像设备，所述温控罩包括：

金属外壳层，用于隔绝外界的气流的扰动和声波震动；

温控中间层，其设置于所述金属外壳层内部，用于调节所述温控罩内部的温度并减缓与外界的热交换；以及

导热内层，其设置于所述温控中间层的内部，用于将所述温控中间层的温度变化快速、均匀地传递至内部环境中；

其中，所述扫描探针上设置有温度传感器，用于根据探测的温度信息反馈调节所述温控中间层的输出温度。

7.根据权利要求1所述的纳米级磁共振扫描成像设备，所述微波射频系统包括：

射频发生器，用于产生可变频率的正弦射频信号；

90度功分器，其将所述射频发生器发出的信号分为两路相位差为90度的射频信号，其输出的两路射频信号通路上分别设置有微波开关；

合路器，其将两路相位差为90度的射频信号合成为一路；

放大器，其将合路器合成为一路的射频信号放大，馈送至所述扫描探针上，对所述扫描探针进行翻转操作；以及

衰减和阻抗匹配，用于结束该射频信号通路。

8.一种纳米级磁共振扫描成像方法，使用如上述权利要求1至7中任一项所述的纳米级磁共振扫描成像设备，包括：

通过位移台驱动扫描探针与待测样品，使扫描探针的尖端平面与待测样品平行；

利用平动位移台驱动扫描探针，使其采用蛙跳式扫描法，在各个扫描点分别抬针、下针扫描待测样品，直至扫描完成全部的扫描点；

其中，在每个扫描点扫描完成后，利用差分式干涉仪反馈修正由于噪声导致的扫描探针和待测样品之间相对位置的变化。

9.根据权利要求8所述的纳米级磁共振扫描成像方法，其中：

角度位移台的台面为等边三角型，该等边三角形的至少两个角的底部设置有促动器，该促动器用于提升该角的高度，改变所述平动位移台的台面与水平面的夹角；

分别以该等边三角形的底边和高为横轴和纵轴建立坐标系，该等边三角形的顶角底部设置有促动器，利用位移台使扫描探针的尖端平面与待测样品平行的过程中，任一轴向的调平方法包括：

步骤A：利用所述促动器驱动所述台面进行小角度试探位移；

步骤B：获取台面上的探测点在纵轴方向上的平移距离；

步骤C：利用所述试探位移与所述平移距离的对应关系，计算所述促动器实际位移与所述探测点实际平移距离之间的对应关系；

步骤D：利用该对应关系控制平动位移台，使其在台面角度改变时，探测点在纵轴上的位置保持不变；

步骤E：调整平动位移台与角度位移台，直至扫描探针与待测样品之间产生的等厚干涉条纹消失。

10.根据权利要求9所述的纳米级磁共振扫描成像方法，所述步骤C包括：

步骤C1：利用下式计算探测点在纵轴方向上的坐标y：

其中，Δh为所述促动器的小角度试探位移，Δy为试探位移引起的平移距离；h为促动器的初始高度；l为台面上促动器连接点的纵轴坐标；

步骤C2：利用下式计算探测点实际平移距离δy：

其中，h′为促动器实际位移。

11.根据权利要求8所述的纳米级磁共振扫描成像方法，所述蛙跳式扫描法包括：步骤S1：输入扫描点的二维坐标数组；步骤S2：驱动平动位移台将待测样品移动到数组中的下一点；步骤S3：下针并使用扫描探针进行任意磁学序列的探测；步骤S4：探针抬起；步骤S5：判断当前位置是否为扫描点的二维坐标数组中的最终采样点：若是，扫描结束，否则返回步骤S2。

12.根据权利要求8所述的纳米级磁共振扫描成像方法，利用差分式干涉仪反馈修正扫描探针和待测样品之间相对位置的变化，基于PID修正方法，包括：

步骤100：设定初始PID值；

步骤200：设定检查漂移的时间间隔；

步骤300：等待该时间间隔；

步骤400：获得差分式干涉仪反馈的位移信息；

步骤500：根据初始PID值计算反馈值，将该反馈值输入平动位移台进行反馈调节，并返回步骤300。