我国量子精密测量研究取得新进展，提出原创性量子磁传感技术
2026年1月21日，山西大学发布消息称，由该校主导、联合国内外多所研究机构组成的科研团队，在量子传感领域取得了重要突破。研究团队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比值的量子化现象，揭示了朗道能级交叉点上具有独特拓扑结构的“中国结”图案，并据此提出适用于低温强磁场环境的新型磁传感器方案。研究成果已在国际顶级期刊《自然·传感》上发表，为精密测量技术的发展提供了新的理论支撑和技术路径。
探索低维体系中的量子化现象
在低维凝聚态体系中，电子运动表现出以基本物理常数为基准的“跃迁式”离散特征，这一现象不仅是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，自然界中能够实现此类量子化特性的体系极为罕见。因此，探索新型量子化平台不仅有助于深化对基础物理规律的理解，也为精密测量技术的革新提供了可能。此次研究正是聚焦于该方向的探索。
构建微纳器件，揭示“中国结”图案的形成机制
研究团队通过机械剥离方法获得高质量单层石墨烯，并采用干法转移工艺，将两层石墨烯以20°至30°的转角进行堆叠，最终封装成微米尺度的微纳器件。山西大学光电研究所副教授董宝娟表示，这种结构设计在强磁场作用下激发了层间弱耦合效应，促使量子化“中国结”图案显现。该图案在尺寸上高度均一，形态上与中国传统图案相似，因此得名。
武汉大学吴冯成教授的理论分析进一步揭示了“中国结”图案的形成机制。他指出，图案的出现源自电场驱动下层间电荷转移的相变过程，其内部电子相变的临界电场由层间极化与库伦相互作用之间的竞争关系所决定。基于这一发现，团队提出了新的低温磁传感方案。
新型磁传感器：以“中国结”为标尺，实现高精度测量
该方案利用“中国结”图案中特征峰间距与磁场强度的严格线性关系，通过测量两个“结”之间的距离，即可推算出磁场强度，其原理类似于使用刻度尺测量长度。该方法不仅简化了测量流程，还具备高空间分辨率的优势，有望在低温强磁场环境下替代传统磁强计，成为新一代高精度磁传感器。
中国计量科学研究院研究员赵建亭指出，目前常用的核磁共振磁探测技术虽然精度较高，但对磁场均匀性要求极高，一旦环境存在磁场梯度，测量信号便容易失真。而新提出的技术方案，借助微纳器件的量子特性，能够将原本模糊的磁场轮廓转化为高分辨率的“微观地图”，从而在复杂磁场环境下实现更精确的探测。
未来发展方向：迈向阵列化集成
研究团队下一步将重点推进该技术的片上阵列化集成，以实现对复杂磁场环境的高密度、高分辨率标定。该成果有望推动量子传感、精密仪器等多个领域的发展，为未来先进制造和科研实验提供更强的技术支撑。