我国在量子精密测量领域取得重要进展，提出创新量子磁传感原理
我国在量子精密测量领域取得重要进展，提出创新量子磁传感原理
2026年1月21日，山西大学对外发布消息，该校联合国内外多家科研机构在量子传感技术领域实现关键技术突破。研究团队在大角度转角双层石墨烯体系中首次发现电位移矢量与磁场的比值量子化机制，并成功观测到朗道能级交叉点处呈现出的量子化“中国结”图案。基于这一发现，团队提出了一种适用于低温强磁场环境的新型磁传感原理，为精密测量技术开辟了全新路径。研究成果已在国际权威期刊《自然·传感》上发表。
量子化现象驱动精密测量新方向
低维材料体系中的量子化行为，使电子运动呈现出以基本物理常数为标度的离散特性。这种现象不仅是现代量子计量学的理论基石，也为量子计算等前沿技术提供了关键的物性支撑。然而，自然界中能够展示此类量子化特性的凝聚态体系极为有限。因此，探索和构建新的量子化物理系统，既是深化基础物理研究的核心课题，也对推动精密测量技术的发展具有重要意义。
构建微纳器件实现量子态调控
“我们的实验过程就像是组装‘乐高’模型，每一个步骤都需高度精确。”论文第一作者、山西大学光电研究所副教授董宝娟介绍道。团队采用机械剥离法获得单层石墨烯，随后通过干法转移技术将两层石墨烯以20°至30°的大角度堆叠，并利用六方氮化硼进行高质量封装，构建出微米尺度的微纳器件。正是这一高度可控的实验平台，在强磁场作用下激发了层间弱耦合效应，最终呈现出具有高度一致性和独特形态的量子化“中国结”图案。
该图案的出现并非偶然。武汉大学吴冯成教授通过理论建模揭示了其背后的物理机制。他指出，“中国结”图案源自层间电荷转移相变过程，其内部电子相变的临界电场，由层间极化能与库伦电容能之间的竞争关系主导。基于这一发现，研究团队进一步提出了一种低温磁场传感新方案。通过测量“中国结”中相邻特征峰之间的距离，即可像使用刻度尺一样推导出磁场强度，其线性关系为高精度磁测量提供了可靠依据。
新型磁传感技术突破现有瓶颈
与当前主流的低温强磁场探测方法相比，这一创新方案在多个方面展现出显著优势。目前广泛采用的核磁共振技术虽具有较高测量精度，但对磁场均匀性要求极高，一旦环境复杂或存在磁场梯度，便会导致信号失真，难以实现高精度探测。而该新型磁传感方案借助微纳器件的量子特性，相当于为磁场探测配备了微米级的“标尺”，将原本模糊的“轮廓式”测量提升为微观层级的“高清地图式”解析，极大提高了复杂磁场环境下的探测能力。
未来：推动技术集成与应用拓展
研究团队表示，下一步将致力于该技术的片上集成，实现复杂磁场环境下的高密度、高分辨标定。此举不仅有助于推动量子传感技术的工程化应用，也将为精密仪器制造、量子信息处理等相关领域提供坚实的技术支撑。
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