我国科研团队在量子精密测量领域实现关键技术突破
山西大学联合国内外多家科研机构，近期在量子传感领域取得重要进展。科研人员首次在大角度转角双层石墨烯体系中观察到电位移矢量与磁场的比值呈现量子化行为，并成功捕捉到朗道能级交叉点处的量子化“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，相关研究成果已于2026年1月21日发表于国际权威期刊《自然·传感》。
量子化现象助力精密测量技术发展
低维材料中的量子化行为展现出电子能量跃迁以基本物理常数为单位的离散特性。这类现象不仅是现代量子计量学的重要基础，也广泛应用于量子计算等前沿科技领域。然而，自然界中能够实现这种量子化特性的凝聚态体系极为稀少，因此寻找新的物理平台成为当前科研攻关的重点方向。
“乐高式”实验构建微纳器件
研究团队采用机械剥离与干法转移相结合的技术手段，将两片单晶石墨烯以20°—30°的精确角度堆叠，并利用六方氮化硼实现封装，最终构建出微米尺度的微纳器件。这一结构在强磁场作用下展现出独特的层间弱耦合效应，从而诱导出量子化“中国结”图案。该图案形态统一，呈现出与中国传统结艺相似的几何特征。
揭示“中国结”物理机制，提出新型磁传感原理
武汉大学吴冯成教授的理论模型解释了量子化“中国结”形成的机理。研究表明，该图案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能与库伦相互作用之间的竞争关系决定。基于这一机制，团队提出一种新型磁传感方案：通过测量“中国结”图案中相邻特征峰之间的间距，可线性反推出磁场强度，实现类似“刻度尺”的测量功能。该方法在空间分辨率方面具备显著优势，有望发展为新一代低温强磁场磁强计。
破解低温强磁场测量难题
目前低温强磁场探测主要依赖核磁共振技术，其虽然精度较高，但对磁场均匀性要求极为苛刻，在复杂或梯度磁场环境中易出现信号模糊。新提出的方法借助微纳器件的量子特性，相当于在磁场测量中引入微米级“标尺”，可将原本模糊的探测信号转化为高精度“地图式”测量，显著提升探测灵敏度和分辨率。
科研团队表示，下一步将推动该技术的片上阵列化集成，实现复杂磁场环境下的高密度、高精度标定，为量子科技、精密测量仪器等领域的研究与应用提供有力支撑。