来源：科技日报 21日，记者从山西大学获悉，该校牵头、与国内外多个部门合作的科研团队在量子领域取得了重大进展。首次在高角度双层石墨烯体系中发现了电位移矢量与磁场关系的新量子化机制，并成功观测到朗道能级交叉处的量子化“中国结”图案。基于这一创新，我们提出了一种适用于低温和强磁场环境的新型主磁传感器。相关成果发表在国际学术期刊《Nature Sensing》上，开辟了精密测量领域的全新技术路径。低维系统中的量化现象表现出具有基于基本物理常数的离散“跳跃”特性的电子运动。这个亲perty不仅是现代量子计量学的核心基础，也是量子计算等前沿技术的关键材料单元的支撑。然而，在自然界中能够表现出这种量子特性的凝聚系统极为罕见。寻找新的量子物理系统不仅是加深我们对基础物理理解的重要课题，也为精密测量技术的创新开辟了新的方向。这是本科研团队的主要研究目标。 “我们的实验过程就像组装‘乐高’积木，每一步都必须精确控制。”论文第一作者、山西大学光电研究所副教授董宝娟表示，研究团队利用机械剥离技术获得了单层单晶石墨烯，然后利用干转移技术将两层石墨烯以20°大角度精确堆叠。30度。最终，他们将其与高质量的六方氮化硼封装在一起，并成功构建了微米级的微/纳米器件。正是这个精心设计的实验系统，在强磁场环境下引发了独特的层间弱耦合效应，最终实现了“中国结”量子图案的出现。它的大小均匀，形状让人想起传统的“中国结”。这种独特图案的形成并非巧合。该团队成员、武汉大学吴凤城教授通过理论计算揭示了其潜在的物理机制。量化的“中国结”是由电场驱动的层间电荷转移相变的起源。“中国结”内电子相切换的临界电场主要由电场引起的层间极化与电容之间的“竞争”关系决定。库仑相互作用主导的能量。基于这一核心发现，团队进一步提出了一种新的低温磁传感解决方案，利用“中国结”图案的特征峰间距与磁场强度之间严格的线性关系。只需测量两个“结”之间的距离即可准确估计磁场强度，就像在秤上测量长度一样。该传感器具有实现高空间分辨率的潜力，有望成为低温高磁场环境下的新一代磁力计。与技术相比，新解决方案解决了关键痛点。论文通讯作者、中国计量科学研究院研究员赵建廷解释，目前常用的检测强低温磁场的核磁共振虽然测量精度较高，但对检测精度要求非常严格。或磁场的均匀性。如果磁场环境复杂或有梯度，测量信号就会模糊，难以准确检测。这种新方案利用了微纳米器件的量子特性，相当于为磁场测量配备了微米级的“尺子”，将传统的“模糊轮廓”检测升级为微观层面的“高分辨率”。 “地图”式测量显着提高了复杂磁场环境中的检测精度。下一步，科研团队将进一步推进该技术的片上集成，实现复杂磁场环境的高密度、高分辨率校准，支撑量子技术、精密仪器等相关领域的科学研究和应用。 （科技日报记者 韩蓉）
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