当代的天文学观测数据表明宇宙中存在大量粒子物理标准模型无法解释的暗物质和暗能量,这促使人们研究标准模型以外的新物理。1984年,科学家首次提出费米子之间可能存在由新玻色子诱导的新型长程相互作用。2006年科学家在非相对论情形下推导了费米子之间的新的相互作用势,并按照发生相互作用费米子的自旋极化情况及其相对运动情况将新的相互作用势分为16种,也被称为16种新奇自旋相互作用。费米子之间的新奇自旋相互作用可以等效为费米子自旋上的等效磁场,因此我们可以基于自旋体系的精密磁场测量技术对新奇自旋相互作用做出实验检验。针对16种新奇自旋相互作用,国际上已经有了基于原子磁力计、超导量子干涉仪、精密杻秤等多种体系的实验搜寻,并在毫米尺度以上的新奇自旋相互作用参数空间给出了严格的实验限定。本文创新性地以金刚石氮-空位（NV）色心为核心构筑了用于搜寻新奇自旋相互作用的微纳尺度的固态自旋量子传感器。固态自旋量子传感器兼具高空间分辨率和高磁探测灵敏度的优势。本文利用原子力显微镜技术实现了 NV色心和新奇自旋相互作用信号源之间相对位置和运动状态的高精度调控。此外,我们应用了量子态调控技术抑制非相干的环境噪声,为实验检验新奇自旋相互作用提供了实验基础。基于以金刚石氮-空位色心为核心的固态自旋量子传感器,我们打开了微米至纳米尺度的探测新窗口,并对一系列新奇自旋相互作用在微米至纳米尺度开展实验搜寻,最终得到了一系列新奇自旋相互作用在微纳尺度上的国际最优实验限定。此外,本文提出用包含双自旋标记的分子在纳米尺度搜寻极化电子自旋之间的新奇自旋相互作用,并根据实验结果给出了极化电子自旋之间新奇自旋相互作用纳米尺度力程的国际最优实验限定。本文介绍了在实验室尺度搜寻超出标准模型的新物理研究,实现了量子精密测量技术与粒子物理核心问题研究的结合。本文的研究为粒子物理的新物理研究提供了新的思路,这也体现了量子精密测量与粒子物理学科的深度交叉融合。