中科大研制7cm³原子磁力计 可追踪地铁磁场突变

中国科学技术大学王鑫、江敏、彭新华等研究人员开发出一款传感器头体积压缩至7cm³的87Rb原子磁力计。该研究成果已于2026年9月8日在线发表于《物理学报》。系统整体功耗控制在5W以下，基准灵敏度达到10pT/√Hz。

与单纯追求极限灵敏度的设备不同，该系统的核心优势在于对快速磁场变化的追踪能力。其设计可应对每秒25,200nT的剧烈磁场波动，并在共谐振条件丢失后于1秒内自动恢复测量状态。这一特性使其更适用于存在地球磁场背景及外部扰动的户外环境。

7cm³的体积是将垂直共振腔面发射激光器（VCSEL）、微型光学元件、边长不足1cm的铷蒸气池、微型加热器、薄膜柔性射频线圈及无磁性光电二极管等高度集成于单一传感器头的结果。按报告尺寸计算，该传感器头约为3×1.5×1.5cm，内部蒸气压室边长约4mm，测量带宽为41.4Hz。作为对比，市售商用标量磁力计TFM Gen-2的传感器头外形尺寸约为17.7×19.8×35.8mm，折算体积约12.5cm³，本次成果为其体积的约56%。需注意，实际产品外形并非标准长方体，且两者测量原理不同，仅以体积衡量性能并不全面。

该装置主要面向资源勘探、地磁导航、环境监测及移动平台搭载需求。研究团队在户外完成了三项实地测试：一是记录大规模地磁暴期间的连续地磁变化；二是在地表监测地铁运行产生的瞬时磁场扰动，成功捕捉到每秒超2,000nT的变化信号；三是在40×25m范围内步行搜寻地下约0.5米处埋设的圆柱形永磁体，在克服行走振动与姿态变化干扰的情况下，成功识别特征磁场分布并推算位置。

针对部分海外媒体将该技术直接关联至潜艇探测的报道，研究团队明确指出，当前实验于地表磁场监测与浅层埋设物定位，并未开展水下试验或针对舰船的探测验证。由于水下传播距离、环境噪声、载体振动及姿态控制与地表环境差异显著，现阶段数据尚不足以判断其对远距离水下目标的探测能力或误报率。论文虽提及该技术在对潜战领域的应用潜力，但实际探测效能仍需后续独立验证。

此次成果的核心价值在于验证了高性能量子传感技术在复杂户外环境中的持续工作能力，而非刷新灵敏度纪录。随着小型化与抗干扰能力的提升，此类原子磁力计在无人机等移动载具上的应用前景逐渐清晰。未来需通过包含水上及水下环境的综合测试、真实目标探测距离评估及第三方复现实验，进一步确认其工程化应用水平。