《基于氮－空位色心的微弱靜磁場成像測量方法》

國家標準編制說明

一、工作簡況

（一）任務來源及協作單位

2022年12月13日，國家標準化管理委員會發布《關于下達2022年

第三批推薦性國家標準計劃及相關標準外文版計劃的通知》（國標委發

〔2022〕39號），下達了《基于氮－空位色心的微弱靜磁場成像測量方法》

推薦性國家標準的制定任務，計劃號：20221340-T-469，任務周期12個

月。本標準由全國量子計算與測量標準化技術委員會（SAC/TC578）提

出并歸口管理，由國儀量子（合肥）技術有限公司、中國科學技術大學、

濟南量子技術研究院、北京航空航天大學、中國科學技術大學上海研究

院、中北大學、之江實驗室、中國科學院物理研究所、中國航空工業集

團公司北京長城計量測試技術研究所、北京華航無線電測量研究所、南

京大學等單位共同負責標準起草。其中，國儀量子（合肥）技術有限公

司為該標準起草工作的牽頭單位。

（二）制定背景

2020年10月，習近平總書記在中央政治局第二十四次集體學習時

強調，要充分認識推動量子科技發展的重要性和緊迫性，加強量子科技

發展戰略謀劃和系統布局，把握大趨勢，下好先手棋，搶占量子科技國

際競爭制高點。近年來，安徽省委、省政府、中科院、合肥市等各級領導

高度重視量子技術的發展，聚焦量子精密測量等優勢領域，催生眾多“從

0到1”原創性成果，量子科技領域的科技創新實現并跑領跑。

1

以金剛石中的單個氮－位色心電子自旋為感測單元的微弱靜磁場成

像技術，能夠達到納米級的空間分辨率。由于其在室溫大氣和低溫真空

環境都能正常工作，且具有高靈敏度、定量、無損的特點，在磁學、材料

學、電子學、生命科學等領域有較高的應用價值。本標準制定了基于掃

描氮-空位色心顯微鏡做微弱靜磁場成像的實驗方法，便于不同領域的研

究人員能夠準確地使用本技術獲取樣品的高分辨磁感應強度圖像。

（三）主要工作過程

2021年2月7日，國儀量子（合肥）技術有限公司聯合中國科學技

術大學成立前期工作組，啟動《基于氮－空位色心的微弱靜磁場成像測

量方法》標準的起草準備工作；2021年7月27日，前期工作組向全國

量子計算與測量標準化技術委員會（TC578）提交了標準的立項申報資料；

2021年12月26日，全國量子計算與測量標準化技術委員會（TC578）

全體委員投票表決通過立項申請；2022年1月26日，完成立項答辯；

2022年3月18日，完成標準草案和推薦性國家標準建議書的編制工作；

2022年6月6日，完成立項評估；2022年6月9日，完成項目審核；

2022年11月29日，完成立項公示。

2022年12月13日，國家標準化管理委員會批準立項申請，正式下

達《基于氮－空位色心的微弱靜磁場成像測量方法》推薦性國家標準的

制定任務，計劃號：20221340-T-469，任務周期12個月。任務下達后，

技術歸口單位全國量子計算與測量標準化技術委員會（SAC/TC578）會

同項目牽頭單位國儀量子（合肥）技術有限公司，面向領域內相關科研

院所、企事業單位、社會團體等，廣泛開展了標準編寫工作組成員單位/

起草專家的征集工作。

2

2023年3月12日，《基于氮－空位色心的微弱靜磁場成像測量方

法》國家標準編寫工作組正式成立。起草工作組由來自國儀量子（合肥）

技術有限公司、中國科學技術大學、濟南量子技術研究院、北京航空航

天大學、中國科學技術大學上海研究院、中北大學、之江實驗室、中國

科學院物理研究所、中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究

所、北京華航無線電測量研究所、南京大學共11個單位的14名專家構

成。榮星任組長，組員有王鵬飛、許克標、黃文浩、王明磊、袁珩、孫啟

超、唐軍、徐南陽、劉剛欽、王宇、馬菁汀、黃璞、賀羽。

2023年3月12日，工作組成立大會暨第一次工作組會議召開，為

“線上線下結合”的會議方式。會議由第一起草人中國科學技術大學榮星

教授主持，國儀量子（合肥）技術有限公司、中國科學技術大學、濟南量

子技術研究院、北京航空航天大學、中國科學技術大學上海研究院、中

北大學、之江實驗室、中國科學院物理研究所、中國航空工業集團公司

北京長城計量測試技術研究所、北京華航無線電測量研究所、南京大學

11家單位的14位專家出席。會議進行了編寫工作任務分工，制定了編寫

工作計劃，并要求各單位對標準草案進行意見反饋。會議共收到中國科

學技術大學、之江實驗室、中國科學技術大學上海研究院、中北大學、

北京航空航天大學、中國科學院物理研究所、濟南量子技術研究院、中

國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所、北京華航無線電測

量研究所等單位提出的修改意見26條。

2023年3月至2023年5月，工作組認真研究并完成了對26條意見

的修改，形成討論稿（第二稿），并將討論稿（第二稿）發送給工作組全

體成員單位，進行第二次修改意見征集。共收到修改意見26條，工作組

3

針對修改意見，認真研究并形成討論稿（第三稿）。

2023年5月7日，工作組召開第二次工作會議，會議為線上會議。

會議由第一起草人中國科學技術大學榮星教授主持，國儀量子（合肥）

技術有限公司、中國科學技術大學、濟南量子技術研究院、北京航空航

天大學、中國科學技術大學上海研究院、中北大學、之江實驗室、中國

科學院物理研究所、中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究

所、北京華航無線電測量研究所、南京大學11家單位的14位專家出席。

會議首先聽取了國儀量子（合肥）技術有限公司針對兩次征求意見的逐

條回應和相應的修改結果，隨后針對討論稿（第三稿）的內容再次逐條

討論，征詢意見。會議共收到修改意見12條。

2023年5月，工作組完成對第二次會議收集的修改意見處理，完成

本標準的征求意見稿和征求意見稿編制說明。

2023年5月24日，工作組14位全體成員通過微信小程序代表所屬

單位投票表決，一致同意對工作組討論稿（第三稿）修改完善后，形成

征求意見稿和征求意見稿編制說明，向TC578標委會秘書處提交。投票

情況：應參加投票單位11家，實際參加投票單位11家，同意11家，反

對0家，棄權0家。

（四）國家標準主要起草人及其所做的工作

本標準由國儀量子（合肥）技術有限公司作為牽頭單位，中國科學

技術大學、濟南量子技術研究院、北京航空航天大學、中國科學技術大

學上海研究院、中北大學、之江實驗室、中國科學院物理研究所、中國

航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所、北京華航無線電測量

4

研究所、南京大學等單位共同負責標準起草。主要起草人員及其工作如

下表1：

表1標準起草人員及主要工作

職稱/

序號姓名單位聯系方式主要工作

職務

牽頭標準預研，負責標

準制定全面工作，包括

制定和推進工作計劃、

1榮星教授中國科學技術大學xrong@文件收集、提出標準整

體框架和主要技術內

容，參與討論、提供意

見建議

參與標準預研，起草標

副研究準與編制說明，組織標

2王鵬飛中國科學技術大學wpf@

員準關鍵技術驗證，參與

討論、提供意見和建議

參與標準預研，起草標

副總經國儀量子（合肥）

3許克標xukb@準與編制說明，參與討

理技術有限公司

論、提供意見和建議

參與標準預研，提供標

4黃文浩教授中國科學技術大學whuang@準工作指導，標準專業

技術內容審核

正高級濟南量子技術研究參與討論、提供意見和

5王明磊wangminglei@

工程師院建議

參與討論、提供意見和

6袁珩研究員北京航空航天大學hengyuan@

建議

7孫啟超研究員中國科學技術大學Qchsun@參與討論、提供意見和

5

職稱/

序號姓名單位聯系方式主要工作

職務

上海研究院建議

參與討論、提供意見和

8唐軍教授中北大學tangjun@

建議

參與討論、提供意見和

9徐南陽研究員之江實驗室nyxu@

建議

副研究中國科學院物理研參與討論、提供意見和

10劉剛欽gqliu@

員究所建議

中國航空工業集團

參與討論、提供意見和

11王宇副部長公司北京長城計量wangyu@

建議

測試技術研究所

高級北京華航無線電測參與討論、提供意見和

12馬菁汀majingting_weixin

工程師量研究所建議

參與討論、提供意見和

13黃璞教授南京大學hp@

建議

參與標準預研，起草標

國儀量子（合肥）

14賀羽董事長heyu@準與編制說明，參與討

技術有限公司

論、提供意見和建議

二、編制原則和主要內容

（一）標準編制原則

本標準文件按照GB/T1.1－2020《標準化工作導則第1部分：標準

化文件的結構和起草規則》的規定起草。

（1）在國內當前的技術條件下實現標準化目標具有完全可能性。

（2）本項目的技術與主流技術發展方向相符合。

6

（3）當前技術條件下標準可實現。

（二）確定標準主要內容的依據

目前國際上尚未有基于氮－空位色心的微弱靜磁場成像測量方法。

為便于不同領域的研究人員能夠準確地了解、使用本標準獲取樣品的高

分辨磁場圖像，本標準重點對氮－空位色心做微弱磁成像的原理、氮－

空位掃描探針進行介紹。在測試方法的步驟上，本標準方法建立過程中

對氮－空位掃描探針的測試、氮－空位色心測試、進針及實驗數據采集

做了詳細介紹，保證試驗方法的可操作性和可重復性。

（三）標準主要技術內容說明

本標準規定了使用掃描氮－空位探針顯微技術對樣品產生的微弱靜

磁場進行成像的術語和定義、基本原理、磁成像條件、設備和儀器、樣

品要求、人員要求、成像步驟、數據處理、測試報告規范等。本標準適用

于使用掃描氮－空位探針顯微鏡進行樣品表面磁感應強度成像。

本標準的主要技術內容包括：1范圍、2規范性引用文件、3術語

和定義、4原理、5設備操作條件、6設備和儀器、7樣品要求、8人員

要求、9成像步驟、10數據處理、11測試報告。

三、主要試驗（或驗證）的分析

本標準中涉及的驗證實驗數據見標準文檔的附件及測試報告所示。

（1）主要試驗的分析

本標準對基于氮－空位色心的微弱靜磁場成像測量方法進行驗證。

（2）主要試驗（或驗證）的分析、綜述報告

7

本標準使用的方法，經過掃描氮－空位探針顯微鏡進行樣品表面磁

感應強度成像的廣泛應用，其有效性得到了充分的驗證，基本可以統一

基于氮－空位色心的微弱靜磁場成像測量方法，為行業推薦可操作的統

一試驗方法奠定基礎。

（3）試驗方案設計

試驗對象準備：掃描氮－空位探針顯微鏡（SNVM）、CoFeB磁性

薄膜。

實驗結果見試驗驗證報告。

（4）試驗結果

基于上述驗證試驗數據的結果，可以得出結論：本標準在國內可以

有效實施。

四、采用國際標準和國外先進標準的程度

無。

五、與有關的現行法律、法規和強制性國家標準的關系

經查，本標準與現有標準及制定中的標準無交叉重復，不涉及國內

外專利，與有關的現行法律、法規和強制性國家標準無沖突。

六、標準中涉及專利的情況

未發現涉及相關專利。

七、國家標準性質的建議

鑒于本標準規定內容不涉及人身健康和生命財產安全、國家安全、

8

生態環境安全等內容，屬于基礎性標準。根據標準化法及有關規定，建

議本標準作為推薦性國家標準。

八、貫徹國家標準的要求和措施建議

本標準的實施，為我國基于氮－空位色心的微弱靜磁場成像測量方

法提供了規范，不僅有助于對以磁性薄膜、二維磁性材料等為代表的弱

磁性樣品進行磁成像；對矯頑力低的磁性樣品進行磁成像；對磁結構或

磁矩密度進行定量研究以及對微觀尺度電流磁場進行成像的使用，更為

我國掃描氮－空位探針顯微技術的發展提供了有力支持。

建議保證標準文本的充足供應，使各相關方能夠及時獲取標準文本。

對于標準使用過程中容易出現的疑問，工作組做好必要、及時的解釋工

作。針對不同的使用對象，有側重點地進行標準培訓和宣貫，以保證標

準的貫徹實施。

九、替代或廢止現行有關標準的建議

無。

十、其他應予說明的事項

無。

《基于氮－空位色心的微弱靜磁場成像測量方法》國家標準編寫工作組

2023年5月26日

9

附件

《基于氮－空位色心的微弱靜磁場成像測量方法》

實驗測試報告

1.被測樣品

準備了CoFeB磁性薄膜（襯底為二氧化硅）。

圖1磁性薄膜樣品

2.測試設備

準備一臺用于氮－空位（NV）色心做微弱磁成像實驗所需的掃描氮

－空位探針顯微鏡。設備照片如圖2所示。

圖2掃描氮－空位探針顯微鏡的實物照片

10

3.測試過程

2023-04：國儀量子（合肥）技術有限公司使用掃描氮－空位探針顯

微鏡對CoFeB磁性薄膜進行測試，測試獲得圖像數據。

3.1采集圖像數據前的準備

打開實驗設備，將掃描NV探針以及待測樣品分別安裝在探針架和

樣品臺上，使得掃描氮－空位探針可以掃描任何可選的待測區域。進行

掃描氮－空位探針顯微鏡的軟件和硬件初始化。

圖3安裝NV探針

3.2探針性質的測試

3.2.1打開Tuning功能，驗證探針是否能夠正常驅動，結果如圖4所

示，探針可正常驅動。

11

圖4氮－空位探針的Tuning結果

3.2.2打開Confocalscan功能，掃描獲得NV色心熒光圖。調整激光

光點與NV色心的相對位置，使得NV色心熒光光子計數率達到最大。

由圖5可知，NV色心的熒光光子計數率約為142kc/s，優于100kc/s。

圖5NV色心的Confocalscan結果

3.2.3打開光探測磁共振譜測試功能，獲取NV色心的光探測磁共振

譜，如圖6所示。NV色心的光探測磁共振譜對比度為25%，優于10%。

并記錄NV色心的零場劈裂值為2870.3MHz。

12

圖6NV色心的光探測磁共振譜

3.3下針及圖像采集

3.3.1根據樣品的測試需求，施加0.45mT的偏置磁場。

3.3.2打開Engage功能，設置P、I、D等實驗參數，將NV探針靠

近待測樣品。

圖7Engage實驗結果

3.3.3打開Imaging成像功能，選擇等高線磁成像模式（ISO-Bmode），

掃描時設置x方向掃描范圍為15μm，采集50個像素點；y方向掃描范

13

圍為15μm，采集50個像素點。實驗結果如圖8（a）所示。

3.3.4重復對CoFeB磁性薄膜的相同位置進行掃描，確認實驗結果的

正確性和可重復性。重復的實驗結果如圖8（b）所示。經對比，證明實

驗結果可重復。

4.數據分析

對于等高線磁成像模式，實驗中以光探測磁共振譜的信號強度作為

實驗數據，可在實驗圖像中截取任意長度的實驗數據進行誤差分析。例

如，在圖8（a）中截取圖像中一行實驗數據，根據等高線磁成像模式的

誤差公式可計算出每點的誤差結果，見圖9。

圖8等高線磁成像模式下，CoFeB磁性薄膜的磁成像結果

圖9等高線磁成像模式的誤差分析

14

目錄

一、工作簡況..................................................................................................1

（一）任務來源及協作單位.........................................................................1

（二）制定背景..............................................................................................1

（三）主要工作過程.....................................................................................2

（四）國家標準主要起草人及其所做的工作.............................................4

二、編制原則和主要內容..............................................................................6

（一）標準編制原則.....................................................................................6

（二）確定標準主要內容的依據.................................................................7

（三）標準主要技術內容說明.....................................................................7

三、主要試驗（或驗證）的分析..................................................................7

四、采用國際標準和國外先進標準的程度..................................................8

五、與有關的現行法律、法規和強制性國家標準的關系..........................8

六、標準中涉及專利的情況..........................................................................8

七、國家標準性質的建議..............................................................................8

八、貫徹國家標準的要求和措施建議..........................................................9

九、替代或廢止現行有關標準的建議..........................................................9

十、其他應予說明的事項..............................................................................9

附件.................................................................................................................10

《基于氮－空位色心的微弱靜磁場成像測量方法》

國家標準編制說明

一、工作簡況

（一）任務來源及協作單位

2022年12月13日，國家標準化管理委員會發布《關于下達2022年

第三批推薦性國家標準計劃及相關標準外文版計劃的通知》（國標委發

〔2022〕39號），下達了《基于氮－空位色心的微弱靜磁場成像測量方法》

推薦性國家標準的制定任務，計劃號：20221340-T-469，任務周期12個

月。本標準由全國量子計算與測量標準化技術委員會（SAC/TC578）提

出并歸口管理，由國儀量子（合肥）技術有限公司、中國科學技術大學、

濟南量子技術研究院、北京航空航天大學、中國科學技術大學上海研究

院、中北大學、之江實驗室、中國科學院物理研究所、中國航空工業集

團公司北京長城計量測試技術研究所、北京華航無線電測量研究所、南

京大學等單位共同負責標準起草。其中，國儀量子（合肥）技術有限公

司為該標準起草工作的牽頭單位。

（二）制定背景

2020年10月，習近平總書記在中央政治局第二十四次集體學習時

強調，要充分認識推動量子科技發展的重要性和緊迫性，加強量子科技

發展戰略謀劃和系統布局，把握大趨勢，下好先手棋，搶占量子科技國

際競爭制高點。近年來，安徽省委、省政府、中科院、合肥市等各級領導

高度重視量子技術的發展，聚焦量子精密測量等優勢領域，催生眾多“從

0到1”原創性成果，量子科技領域的科技創新實現并跑領跑。

1

以金剛石中的單個氮－位色心電子自旋為感測單元的微弱靜磁場成

像技術，能夠達到納米級的空間分辨率。由于其在室溫大氣和低溫真空

環境都能正常工作，且具有高靈敏度、定量、無損的特點，在磁學、材料

學、電子學、生命科學等領域有較高的應用價值。本標準制定了基于掃

描氮-空位色心顯微鏡做微弱靜磁場成像的實驗方法，便于不同領域的研

究人員能夠準確地使用本技術獲取樣品的高分辨磁感應強度圖像。

（三）主要工作過程

2021年2月7日，國儀量子（合肥）技術有限公司聯合中國科學技

術大學成立前期工作組，啟動《基于氮－空位色心的微弱靜磁場成像測

量方法》標準的起草準備工作；2021年7月27日，前期工作組向全國

量子計算與測量標準化技術委員會（TC578）提交了標準的立項申報資料；

2021年12月26日，全國量子計算與測量標準化技術委員會（TC578）

全體委員投票表決通過立項申請；2022年1月26日，完成立項答辯；

2022年3月18日，完成標準草案和推薦性國家標準建議書的編制工作；

2022年6月6日，完成立項評估；2022年6月9日，完成項目審核；

2022年11月29日，完成立項公示。

2022年12月13日，國家標準化管理委員會批準立項申請，正式下

達《基于氮－空位色心的微弱靜磁場成像測量方法》推薦性國家標準的

制定任務，計劃號：20221340-T-469，任務周期12個月。任務下達后，

技術歸口單位全國量子計算與測量標準化技術委員會（SAC/TC578）會

同項目牽頭單位國儀量子（合肥）技術有限公司，面向領域內相關科研

院所、企事業單位、社會團體等，廣泛開展了標準編寫工作組成員單位/

起草專家的征集工作。

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2023年3月12日，《基于氮－空位色心的微弱靜磁場成像測量方

法》國家標準編寫工作組正式成立。起草工作組由來自國儀量子（合肥）

技術有限公司、中國科學技術大學、濟南量子技術研究院、北京航