我国科研团队在量子精密测量领域取得关键进展
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我国科研团队在量子精密测量领域取得关键进展
2026年1月21日，山西大学宣布，由该校主导并与国内外多家科研机构联合开展的一项研究在量子传感技术方面实现重大突破。研究团队在大角度转角双层石墨烯体系中，首次观察到电位移矢量与磁场比值的量子化行为，并在朗道能级交叉区域捕捉到一种独特的“中国结”图案。基于此，团队提出了一种适用于低温强磁场环境的新型磁传感机制。该成果已在国际权威期刊《自然·传感》上发表，为精密测量技术提供了新的发展方向。
量子化现象与新型传感机制
在低维凝聚态体系中，电子的运动呈现出由基本物理常数决定的离散跃迁行为。这种量子化特性不仅是现代量子计量学的核心基础，也是支撑量子计算等前沿技术的关键材料体系。然而，能够展现此类特性的体系在自然界中极为罕见。寻找新的量子化系统，不仅有助于推动基础物理研究的深入，也为开发高精度测量手段开辟了新路径。
精准实验构建关键平台
论文第一作者、山西大学光电研究所副教授董宝娟表示，研究团队采用机械剥离和干法转移相结合的技术路线，制备了单层单晶石墨烯，并将其以20°至30°的大角度精确堆叠。随后，团队利用高纯度六方氮化硼完成器件封装，构建出微米尺度的微纳结构。这种结构在强磁场环境下展现出独特的层间弱耦合效应，从而揭示出量子化“中国结”的形成机制。
该“中国结”图案展现出高度一致的形态与尺寸，其结构酷似传统编织图案。其形成源于电场驱动下的层间电荷转移相变。武汉大学吴冯成教授通过理论分析指出，该相变过程中的临界电场主要由层间极化效应与库伦相互作用之间的竞争关系决定。基于这一原理，研究团队进一步提出了新的低温磁传感模型，即通过测量“中国结”特征峰之间的间距，可实现磁场强度的线性反推，精度堪比常规刻度尺。
技术优势与应用前景
与当前主流的低温强磁场探测方法相比，新方案解决了多项技术瓶颈。中国计量科学研究院研究员、论文通讯作者赵建亭指出，核磁共振法虽然具有较高测量精度，但对磁场均匀性要求极高。一旦磁场环境复杂或存在梯度，测量结果往往出现模糊，影响数据可靠性。而该新型传感器利用微纳器件的量子特性，如同在探测中配备了一把微米级“标尺”，将原本模糊的磁场图像转化为高清的微观分布图，从而显著提升复杂环境下的测量能力。
未来，研究团队计划推动该技术向片上阵列化发展，实现对复杂磁场空间的高密度、高分辨率探测。这一进展有望在量子传感、精密仪器以及先进制造等多个领域发挥关键作用，为相关科研与工业应用提供有力支撑。
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