微纳结构的应用在当今这个信息时代可以说是无处不在,比如各种晶体管,微机电传感器等。随着科学技术的快速发展,人们也在不停的开发着各种更加新型的微纳结构。为了准确地指导研发过程,需要对微纳结构的性质进行精确的测量。目前经常用来测量微纳结构性质的方法可以分为光学方法和非光学方法,其中光学显微镜,椭圆偏振测量技术等属于光学方法,而电子显微镜,原子力显微镜等属于非光学方法。光学方法一个优势是利用光作为测量探针,可以做到对样品的非破坏性测量。但是光学方法的弊端是空间分辨率都较低。与之相对应的是,电子显微镜和原子力显微镜有很高的分辨率。缺点是电子显微镜的电子束只能在真空环境中进行测量,而原子力显微镜的针尖容易对样品造成损坏。并且这些方法都无法得到样品的内部结构信息。当我们需要知道样品的内部结构时,就需要将样品切开,这对样品是一种破坏性的测量。为了克服这些问题,科研人员也在不停的开发各种新的测量方法。量子信息技术的发展,尤其是量子计量学的建立,采用量子体系或者量子现象来测量微纳结构对上述问题的解决提供了一种思路。对于量子体系中的各种平台,金刚石中的氮-空位(NV)色心由于发光稳定,室温下相干时间长的优点,在量子计算,精密磁场测量等方面的研究中扮演着重要的角色。金刚石化学性质稳定,对生物无毒,使得NV色心可以用于活的生物细胞等样品的测量。并且是通过测量NV色心的光学信号的改变来反推样品的性质,因此可以对样品进行非侵入性的测量,不会破坏样品。在本论文中我们主要将金刚石NV色心用于对微纳结构样品的非侵入性测量中。1.首先我们利用金刚石NV色心对银薄膜的结构进行了测量。当银薄膜厚度小于块状银材料中的电子平均自由程的时候,银薄膜的介电常数会随银薄膜厚度发生改变,进而导致表面等离子体性质随银薄膜厚度有依赖性。通过测量表面等离子体对金刚石NV色心荧光寿命的影响就可以得到银薄膜的厚度信息。2.利用金刚石NV色心对银纳米线样品进行了成像。实验上测量到了单根银纳米线和银纳米双线结构的表面等离子体性质的差别。在实验中我们使用了基于电荷态耗尽的超分辨成像技术,这样在共聚焦成像中分辨起来较困难的样品信号在超分辨成像中可以较容易的分辨出来。基于金刚石NV色心的光探测磁共振技术,还可以对纳米线上的电流进行成像。尽管超分辨成像技术有很多优势,但实验上使用的激光功率通常较大。这种强激光可能对样品造成损坏。基于此,我们提出了使用脉冲激光的超分辨成像方法。这样既可以得到较高的空间分辨率,又可以降低激光的平均功率。3.我们利用金刚石NV色心的纵向自旋弛豫寿命(T)的变化对金、银和钛薄膜中的“Johnson noise”进行了测量。结果表明当薄膜的厚度相同时,金属的电导率越高,“Johnsonnoise”越强。进一步,我们测量了不同厚度的银薄膜对金刚石NV色心T1的影响。在银薄膜厚度从20 nm到400 nm的变化过程中,我们测量到T1单调下降。为了直观的展示银薄膜光学和电子属性的差异,我们使用银薄膜制备了浮雕结构,厚度分别为70 nm和400 nm。在使用T1的方法对浮雕结构进行成像时,能明显的看到浮雕结构的形状,而通过直接测量NV色心荧光计数的方法则难以分辨浮雕结构的形状。这表明通过测量T1既可以对样品进行扫描成像,也可以得到样品的厚度信息,这样就实现了对样品的三维测量。通过本论文的研究内容,我们了解了金刚石NV色心的相关性质和应用,掌握了相关的探测方法。在利用金刚石NV色心对微纳结构的测量的实验中取得了一些成果。作为性能优异的固态量子体系,未来金刚石NV色心在新材料和新型微纳结构的研究方面会起到更大的作用。