【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】磁場(chǎng)無(wú)處不在。從磁鐵表面的特斯拉級(jí)強(qiáng)磁場(chǎng)，到人體腦神經(jīng)活動(dòng)產(chǎn)生的飛特斯拉(fT，千萬(wàn)億分之一特斯拉)級(jí)微弱磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度跨越十多個(gè)數(shù)量級(jí)。如何在日常環(huán)境下準(zhǔn)確測(cè)量飛特斯拉級(jí)微弱磁場(chǎng)，一直是現(xiàn)代精密測(cè)量領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)際上飛特斯拉級(jí)超靈敏磁場(chǎng)測(cè)量主要依賴(lài)兩類(lèi)技術(shù)：基于超導(dǎo)量子相干效應(yīng)的 SQUID磁力計(jì)和原子磁力計(jì)。盡管它們都能達(dá)到飛特斯拉級(jí)靈敏度，但通常需要低溫、高溫或極低背景磁場(chǎng)等特殊工作條件，難以直接在室溫和自然地磁場(chǎng)環(huán)境下運(yùn)行。
 

　　如今，這一技術(shù)瓶頸終于被突破。北京大學(xué)季偉團(tuán)隊(duì)與合作者成功研制出全球首臺(tái)基于室溫懸浮鐵磁體的超靈敏磁力儀，并將其命名為“懸磁儀”(LeMaMa，Levitated Magnet Magnetometer)。該工作首次利用室溫懸浮鐵磁體實(shí)現(xiàn)飛特斯拉量級(jí)的磁場(chǎng)測(cè)量，為發(fā)展新一代超靈敏磁力計(jì)開(kāi)辟了新的技術(shù)路線(xiàn)。
 

　　鐵磁體具有優(yōu)異的磁響應(yīng)能力，是發(fā)展超靈敏磁場(chǎng)傳感器的理想材料。近年來(lái)，國(guó)際上逐漸認(rèn)識(shí)到，如果能夠讓宏觀鐵磁體實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮，并擺脫機(jī)械摩擦的限制，就有望同時(shí)獲得極高的磁場(chǎng)響應(yīng)能力和極低的本底噪聲。然而，要實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想并不容易：如何在室溫下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮，并在不引入額外噪聲的前提下對(duì)懸浮磁體進(jìn)行高精度測(cè)量，一直是制約這一技術(shù)路線(xiàn)發(fā)展的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
 

　　為解決這一難題，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種全新的懸浮磁場(chǎng)探測(cè)方案(如下圖所示)：利用上方固定磁鐵抵消重力、下方特殊設(shè)計(jì)的抗磁材料提供穩(wěn)定力，使傳感磁鐵懸浮于空中。團(tuán)隊(duì)還研制出一種新型低噪聲抗磁材料，大幅抑制了傳統(tǒng)抗磁材料中的熱電流噪聲。懸浮磁體本身就是磁場(chǎng)探針。外界磁場(chǎng)變化會(huì)引起磁體發(fā)生微小擺動(dòng)，研究團(tuán)隊(duì)利用高穩(wěn)定性光杠桿系統(tǒng)精確讀取其運(yùn)動(dòng)，并測(cè)得外界磁場(chǎng)。
 

　　實(shí)驗(yàn)中，懸磁儀在毫特斯拉量級(jí)的背景磁場(chǎng)下，實(shí)現(xiàn)了32飛特斯拉每根號(hào)赫茲(32fT/√Hz)的磁場(chǎng)靈敏度。換句話(huà)說(shuō)，即使處在地球天然磁場(chǎng)這樣的較強(qiáng)背景中，它仍能分辨出比地磁場(chǎng)弱約十億倍的微小磁場(chǎng)變化。由于核心傳感器僅為幾百微米，懸磁儀兼具高靈敏度和小型化優(yōu)勢(shì)，可用于高空間分辨率磁成像和近距離磁場(chǎng)探測(cè)。未來(lái)，懸磁儀有望用于搜尋暗物質(zhì)等新物理信號(hào)，以及神經(jīng)磁信號(hào)測(cè)量、地球物理勘探等領(lǐng)域。
 

　　相關(guān)成果以“Levitated Sensor for Magnetometry in Ambient Environment”為題，于2026年8月6日在線(xiàn)發(fā)表于《科學(xué)》。季偉與德國(guó)美因茨大學(xué)徐昌豪博士為共同第一作者和共同通訊作者，北京大學(xué)為第一通訊單位。東北師范大學(xué)曲國(guó)峰副教授和德國(guó)美因茨大學(xué)Dmitry Budker教授對(duì)本研究作出重要貢獻(xiàn)。本項(xiàng)工作獲《自然》新聞專(zhuān)題報(bào)道。季偉和徐昌豪接受《自然》記者采訪(fǎng)，介紹了該工作的研究背景、技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用前景。該研究得到歐盟“卓越科學(xué)-未來(lái)與新興技術(shù)”計(jì)劃、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)北京大學(xué)專(zhuān)項(xiàng)資金，以及核物理與核技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目的支持。
 

　　引用：《科學(xué)》發(fā)布：物理學(xué)院季偉團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)超靈敏LeMaMa懸磁儀 北京大學(xué) 【引用時(shí)間：2026年8月11日】