长期以来，低温强磁场的精确测量一直是科学研究中的难题。现有的核磁共振测量方法虽然精度较高，但对磁场均匀度要求极高。一旦测量环境中磁场分布不均或存在梯度变化，测量信号就会明显失真，难以获得准确的磁场信息。这种“失焦”现象在复杂磁场环境中尤为突出，限制了磁场探测技术在多个领域的应用。为突破这个瓶颈，由山西大学主导、国内外多家科研机构参与的团队另辟思路，将研究对象针对于新型二维材料。研究人员以“搭积木”式的精确堆叠方式，将两层单晶石墨烯按特定转角叠放，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。这一设计利用二维材料的量子特性，为磁场探测提供了新的物理基础。 在强磁场环境下，该器件体现为显著的量子化特征。当调节垂直电位移场和载流子浓度时，电学测量图谱中出现若干清晰的菱形图案，形似中国传统结艺。武汉大学的科研人员更揭示了其物理机制：这些“中国结”图案源于不同电子相之间的竞争与切换。更重要的是，实验证明该量子化特征意义在于很高的稳定性，在3特斯拉至30特斯拉的宽磁场范围内均能保持清晰结构，为后续应用提供了关键支撑。 基于上述发现，研究团队提出了一种新型低温磁传感方案。其核心是利用“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。只需测量图案中两个“节”之间的间距，即可像读刻度一样反推出磁场强度。该方法的突出优势在于，能够在不均匀磁场中实现局域高分辨率解析，从而避免传统方法在复杂场分布下易“失焦”问题。 该技术在于，有望将低温强磁场探测从“粗略轮廓”提升到“可解析的微观图谱”，空间分辨率可达微米量级，在基础物理研究、材料科学、量子信息等领域具有应用潜力。有关成果近日已在国际学术期刊《自然-传感》在线发表，并获得学界关注。 下一步，研究团队将推进技术的工程化，重点开展片上阵列化集成，以实现对复杂磁场环境的高密度、高分辨标定，推动该技术从实验室走向实际应用，为相关研究与平台运行提供更精细的磁场测量手段。
从“看得见”到“看得清”，测量能力的提升往往会拓展科学探索的边界。以稳定量子化特征作为“刻度”的低温强磁场探测思路，为复杂磁场环境下的精细标定提供了更具适应性的工具。随着阵列化集成和标准体系逐步完善，强磁场测量有望从依赖经验的“粗线条”走向数据可追溯、空间可解析的“细描绘”，为基础研究与高端实验平台运行提供更可靠的计量支撑。