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

这项发表在《科学》杂志上的研究，核心是一个比米粒还小的永磁体圆盘，它悬浮在一个玻璃真空腔内。上方的磁铁提供向上的拉力以对抗重力，下方的石墨板则通过斥力辅助稳定，使磁体处于完全无接触的悬浮状态。当外部磁场使这个微型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，其光路会发生偏移，光电探测器捕捉这一变化并将其转换为电信号，从而实现对磁场的精密测量。这种设计巧妙地规避了传统传感器中机械振动带来的噪声干扰。

为了验证设备的实际性能，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进行测试。结果显示，该装置的灵敏度达到了 32 fT/√Hz。作为对比，1 飞特斯拉（fT）等于 10⁻¹⁵ 特斯拉，而地球磁场的强度约为 25 至 65 微特斯拉（μT），这意味着该磁力计能够检测到地球磁场强度十万亿分之一量级的信号变化 [来源: IT之家]。这一性能指标已能与当前最灵敏的超导量子干涉仪（SQUID）和原子磁力计相媲美，但后两者通常依赖极低温或复杂的激光冷却系统。

悬浮磁力计的结构示意图，展示了微型永磁体、悬浮腔体及激光检测光路。

该研究的另一项关键突破在于显著降低了热磁噪声，即约翰逊噪声。传统微型磁力计在室温下工作时，其灵敏度往往受限于导体内部电子热运动产生的磁场涨落。原文未详细说明该团队抑制此噪声的具体技术路径，但指出这一进展使得室温下的超高灵敏度检测成为可能 [来源: m.sohu.com]。这种无需低温制冷和特殊屏蔽环境即可工作的特性，极大地拓展了其应用前景。

微型悬浮磁力计与米粒的实物大小对比图。

研究人员指出，这种微型室温磁传感器未来有望应用于生物检测（如心磁图、脑磁图）、化学检测以及基础物理研究等领域 [来源: m.sohu.com]。例如，在医学成像中，它或许能让脑磁图设备摆脱昂贵且笨重的液氦冷却系统，推动相关诊断技术的普及。在基础物理方面，它也可能成为探测暗物质轴子等微弱信号的潜在工具。这一成果展示了通过精巧的力学悬浮与光学检测设计，在常温条件下突破精密测量极限的可行性。