室温环境下检测微弱磁场成为可能：科学家开发出米粒大小磁力计，实现室温超灵敏弱磁检测

IT之家 8 月 8 日消息，北京大学参与的一支国际科研团队开发出一种微型悬浮磁力计，能够在室温环境下检测到极微弱的磁场信号。相关成果已于 8 月 6 日发表在《科学》上。该设备采用悬浮状态的微型永磁体作为传感元件，灵敏度达到 32 飞特斯拉 / 平方根赫兹（fT/√Hz），性能可与超导量子干涉仪（SQUID）和原子磁力计相媲美。IT之家注：1 飞特斯拉等于 10⁻¹⁵特斯拉，地球磁场强度约为 25 至 65 微特斯拉，该灵敏度可检测到地球磁场强度十万亿分之一量级的信号变化。研究人员表示，这种无需低温制冷和特殊屏蔽环境即可工作的磁传感器，未来可应用于生物检测、化学检测以及基础物理研究等领域。该磁力计的核心是一个比米粒还小的永磁体圆盘，悬浮在玻璃真空腔内。上方的一组磁铁将圆盘向上提拉以对抗重力，下方的石墨板则提供斥力辅助稳定。当外部磁场使磁体发生微小倾斜时，一束连续照射的激光从磁体表面反射后光路偏移，光电探测器接收变化并将其转换为电信号。由于磁体完全悬浮无接触，避免了机械振动噪声对传统传感器的干扰。为测试灵敏度，研究团队在腔体周围设置线圈并通入电流，产生已知强度的人造微弱磁场。结果显示该装置的灵敏度达到 32 fT/√Hz。另一项关键突破在于显著降低了热磁噪声（即约翰逊噪声）。研究人员将粉末状石墨与环氧树脂结合制成下基板，将热磁噪声降低了 70% 以上，使悬浮磁体能够检测到更弱的信号。该装置无需液氦冷却或磁屏蔽室，可在常温和地磁场环境下正常工作，适合在常规实验室外使用。研究团队在论文中表示，该特性使其适用于生物传感、化学传感及基础物理研究等多种场景。IT之家附论文地址：https://doi.org/10.1126/science.adx1707