我国科学家巧打“中国结”给磁场拍出高清照

  新华社太原1月21日电（记者李紫薇）由山西大学主导、国内外多家单位合作的科研团队提出了一种全新的低温强磁场探测方法，突破传统测量方法限制，将低温下强磁场测量的空间分辨率提升至微米量级，给磁场拍出高清照。相关成果于北京时间1月21日在线发表于国际学术期刊《自然-传感》。

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  论文通讯作者、中国计量科学研究院研究员赵建亭表示，在低温强磁场探测领域，现有的核磁共振法虽然精度高，但对待测磁场的均匀度有极高要求，一旦磁场环境复杂或存在梯度，测量信号就会变得模糊，新方法则具有独特的优势。

  该科研团队通过类似“搭乐高”的方式，将两层单晶石墨烯进行精确的转角堆叠，并用高质量六方氮化硼封装，构建了微米尺度的大角度转角双层石墨烯器件。在强磁场下，该体系展现出独特的量子化特征——当调节垂直电位移场和载流子浓度时，电学测量图谱中呈现出了一个个清晰的、类似“中国结”的菱形图案。

  图为量子化“中国结”。（受访单位供图）

  团队中的武汉大学科研人员进一步揭示了背后的物理机制：“中国结”的形成源于电子相之间的竞争与切换。实验表明，这种量子化特征具有极高的稳定性，在3特斯拉至30特斯拉的宽磁场范围内均能保持清晰的结构。

  基于此，团队提出了一种新型的低温磁传感方案：利用“中国结”图案中特征峰间距与磁场强度之间的严格线性关系，只需测量“中国结”中两个“节”之间的间距，即可如同读取刻度尺一样，精确反推出磁场强度。

  论文第一作者、山西大学光电研究所副教授董宝娟说，新方案利用了微纳器件的量子特性，相当于给磁场测量提供了一把微米级的“标尺”。

  “传统方法在不均匀磁场中容易‘失焦’，而我们的方法则能进行局域的高分辨率解析。”董宝娟表示，这一方案应用后，有望使低温强磁场探测从笼统的“模糊轮廓”进化为精细的“微观地图”。下一步，团队将继续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、高分辨标定。