我国科学家创新低温强磁场探测方法 微米级空间分辨率实现重大突破

在极端低温与强磁场环境下的精密测量领域,传统核磁共振技术长期面临重大挑战。

由于其对磁场均匀性的苛刻要求,在复杂梯度磁场中测量信号易产生失真,严重制约了量子材料研究、聚变装置监测等前沿科技发展。

针对这一世界性难题,我国科学家另辟蹊径,选择二维材料作为突破口。

研究团队创新性地采用"原子级乐高"组装技术,将两层单晶石墨烯以特定角度精确堆叠,并用六方氮化硼进行封装保护,成功制备出结构稳定的大角度转角双层石墨烯器件。

在3至30特斯拉的强磁场环境中,该器件展现出独特的量子化响应特征——电学测量图谱中呈现出规律排列的菱形图案,其精妙结构令人联想到中国传统结艺。

武汉大学理论团队深入研究发现,这些"中国结"图案实质上是电子相态竞争的外在表现。

更关键的是,特征峰间距与磁场强度呈现严格线性关系,使该器件具备"磁场标尺"功能。

相比传统方法,新技术将空间分辨率提升三个数量级达微米水平,且不受磁场梯度影响,在-269℃的极低温环境下仍保持稳定工作性能。

中国计量科学研究院专家指出,此项突破标志着我国在极端条件测量领域实现从跟跑到领跑的转变。

该技术可广泛应用于量子计算芯片校准、托卡马克装置等离子体监测等重大科技工程,其模块化设计理念更为新型传感器研发开辟了新路径。

据项目负责人透露,团队正着手推进技术工程化应用,计划与中科院合肥物质科学研究院等机构合作,在下一代"人造太阳"实验装置中开展实地验证。

国际同行评议认为,这种将基础研究与应用开发紧密结合的创新模式,为全球极端环境测量提供了可借鉴的发展范式。

把“看不见”的磁场变得可视、可量、可追溯,是精密测量不断向前的动力。

以“中国结”般的量子化图谱作为读数标尺,体现了我国科研团队在材料体系、物理机制与测量方法上的综合创新。

面向未来,唯有持续夯实基础研究、打通从原理验证到工程应用的链条,才能让更多“实验室里的巧思”转化为服务科技前沿与产业升级的关键能力。