中國(guó)現(xiàn)在擁有世界上最強(qiáng)大的電阻磁體，它產(chǎn)生的磁場(chǎng)比地球磁場(chǎng)強(qiáng)80多萬(wàn)倍。
9月22日，在中國(guó)科學(xué)院合肥物理科學(xué)研究所的穩(wěn)定高磁場(chǎng)設(shè)施(SHMFF)中，磁鐵保持了42.02特斯拉的穩(wěn)定磁場(chǎng)。這一里程碑以微弱優(yōu)勢(shì)超過(guò)了佛羅里達(dá)州塔拉哈西美國(guó)國(guó)家高磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室(NHMFL)電阻磁體在2017年創(chuàng)下的41.4特斯拉紀(jì)錄。電阻磁體由盤(pán)繞的金屬線(xiàn)制成，廣泛應(yīng)用于世界各地的磁體設(shè)備中。
德國(guó)德累斯頓高磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家Joachim Wosnitza說(shuō)，中國(guó)的破紀(jì)錄者為建造能夠承受越來(lái)越強(qiáng)磁場(chǎng)的可靠磁體奠定了基礎(chǔ)，這將有助于研究人員發(fā)現(xiàn)令人驚訝的新物理。
向國(guó)際用戶(hù)開(kāi)放的電阻磁體是該國(guó)對(duì)全球?qū)で螽a(chǎn)生更高磁場(chǎng)的第二大貢獻(xiàn)。2022年，SHMFF的混合磁體結(jié)合了電阻磁體和超導(dǎo)磁體，產(chǎn)生了45.22特斯拉的磁場(chǎng)，成為世界上最強(qiáng)大的工作穩(wěn)態(tài)磁體。
研究工具
強(qiáng)磁場(chǎng)磁體是揭示高級(jí)材料隱藏屬性的便捷工具，例如超導(dǎo)體——這種材料在非常低的溫度下傳輸電流，不會(huì)產(chǎn)生廢熱。法國(guó)格勒諾布爾強(qiáng)磁場(chǎng)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的凝聚態(tài)物理學(xué)家馬克-亨利·朱利安說(shuō)，強(qiáng)磁場(chǎng)也提供了一個(gè)窺見(jiàn)全新物理現(xiàn)象的機(jī)會(huì)。“你可以創(chuàng)造或操縱新的物質(zhì)狀態(tài)，”朱利安說(shuō)。
英國(guó)劍橋大學(xué)的凝聚態(tài)物理學(xué)家亞歷山大·伊頓說(shuō)，高電場(chǎng)對(duì)于依賴(lài)非常敏感的測(cè)量的實(shí)驗(yàn)也很有用，因?yàn)樗鼈兲岣吡朔直媛?，使人們更容易看到微弱的現(xiàn)象?！懊恳粋€(gè)額外的特斯拉都比上一個(gè)好很多，”他說(shuō)。
在SHMFF專(zhuān)門(mén)研究強(qiáng)磁場(chǎng)的物理學(xué)家鄺廣利說(shuō)，該團(tuán)隊(duì)花了數(shù)年時(shí)間修改磁鐵，以達(dá)到最新記錄。“這并不容易實(shí)現(xiàn)，”他說(shuō)。
可靠但昂貴
Wosnitza說(shuō)，電阻性磁體是一種更古老的技術(shù)，但與新型混合和全超導(dǎo)磁體相比，它們可以在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持高磁場(chǎng)。它們的磁場(chǎng)也可以更快地增強(qiáng)，使它們成為多功能的實(shí)驗(yàn)工具。“你只需轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)旋鈕，幾分鐘內(nèi)就可以從零特斯拉到高場(chǎng)，”他說(shuō)。
伊頓說(shuō)，電阻磁體的一大缺點(diǎn)是消耗大量的能量，這使得它們很昂貴。例如，SHMFF的電阻磁體產(chǎn)生了32.3兆瓦的電力，從而產(chǎn)生了破紀(jì)錄的磁場(chǎng)?！澳惚仨氂幸粋€(gè)非常好的科學(xué)案例來(lái)證明這種資源，”伊頓說(shuō)。
這一挑戰(zhàn)正在推動(dòng)開(kāi)發(fā)混合和全超導(dǎo)磁體的競(jìng)賽，這種磁體可以使用更少的功率產(chǎn)生高磁場(chǎng)。2019年，NHMFL的研究人員建造了一個(gè)微型的概念驗(yàn)證超導(dǎo)磁體，它短暫地維持了45.5特斯拉的磁場(chǎng)，目前正在開(kāi)發(fā)一個(gè)更大的40特斯拉超導(dǎo)磁體，可用于實(shí)驗(yàn)。SHMFF的團(tuán)隊(duì)正在建造一輛55特斯拉的混合動(dòng)力車(chē)。NHMFL磁體科學(xué)和技術(shù)部門(mén)的聯(lián)合負(fù)責(zé)人、工程師馬克·伯德(Mark Bird)表示，盡管這些新型磁體預(yù)計(jì)比電阻磁體運(yùn)行成本更低，但它們也有自己的障礙:制造成本更高，需要復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)?！斑@項(xiàng)技術(shù)仍在開(kāi)發(fā)中，成本還不清楚，”伯德說(shuō)。
doi:https:///10.1038/d41586-024-03382-6