我国科研团队在量子传感领域取得新进展，提出低温磁测量新方案
2026年1月21日，山西大学传来最新科研动态，该校联合国内外多个科研机构的团队，在量子传感研究方面取得关键突破。研究人员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呈现量子化特性，并在朗道能级交叉区域捕捉到独特的量子化“中国结”图案。基于该现象，团队提出了一种适用于低温强磁场环境下的新型磁传感器原理方案。该成果已在权威期刊《自然·传感》上发表，为精密测量技术提供了全新思路。
量子化现象：精密测量的基石
在低维材料体系中，量子化效应通常表现为电子能级在基本物理常数尺度上的离散跃迁，这种现象不仅是现代量子计量学的重要基础，也为量子计算等前沿技术提供了关键的物理平台。然而，自然界中能够稳定呈现这类量子化行为的凝聚态体系极为罕见，因此，发现并利用新型量子化物理系统，不仅有助于推动基础物理研究，也为精密测量技术的发展提供了新的方向。
实验构建与量子“中国结”的生成
科研团队采用机械剥离法制备单晶石墨烯单层，并通过干法转移技术，将两层石墨烯以20°至30°的大角度精确堆叠，最终使用高质量六方氮化硼进行封装，构建出微米级的微纳器件。在强磁场环境中，该结构引发了独特的层间弱耦合效应，从而在实验中首次观察到具有高度一致性和规则形态的“中国结”量子图案，其形貌与传统编织艺术“中国结”极为相似。
理论解析与磁传感新方案
武汉大学吴冯成教授参与的理论分析揭示了量子化“中国结”的形成机制：该结构源于层间电荷转移相变，其内部电子相变的临界电场，由层间极化与电容能之间的相互竞争决定。基于此机制，研究团队进一步提出了一种低温磁传感新方案，该方法通过测量“中国结”图案中相邻特征峰之间的间距，可直接反推磁场强度，实现类似于“刻度尺”般的精准测量。该传感器具备微纳尺度的空间分辨率，有望发展为新一代低温强磁场测量设备。
突破传统瓶颈，提升磁场测量精度
目前在低温强磁场探测领域，核磁共振法虽具有较高精度，但对磁场均匀性要求极高。一旦环境复杂或存在磁场梯度，信号易失真，影响测量准确性。而新方案利用微纳器件的量子特性，为磁场探测提供了“微米级标尺”，使原本模糊的整体探测升级为微观层面的精细测量，从而显著提升在复杂磁场环境下的测量精度。
技术前景：迈向高密度集成
研究团队表示，下一阶段将推动该技术的片上集成，开发高密度、高分辨率的磁场标定阵列。这一进展不仅有望应用于量子科技和精密仪器领域，还将为相关基础研究与工程应用提供更坚实的平台支撑。