在华中科技大学的深处,隐藏着一个占地约4000平方米的科学奇迹——国家脉冲强磁场科学中心。这里,各类精密的磁体、电源和仪器错落有致,一旦启动,整个实验室便回荡着机器轰鸣,瞬间释放出强度可达地球磁场200万倍的惊人磁场。
该中心的核心,是国家重大科技基础设施——脉冲强磁场实验装置。近日,该中心李亮教授团队在这里取得了突破性进展,成功实现了71.36特斯拉的平顶脉冲磁场,再次刷新了世界纪录,进一步提升了我国在这一领域的国际地位。早在2018年,该团队就曾创下64特斯拉的世界纪录。
李亮教授解释,脉冲强磁场设施是探索高强磁场的尖端工具。虽然强磁场无形无质,但它却是现代科学实验中不可或缺的一环。强磁场能够创造出极端的物理条件,如极强的磁场、极低的温度和极高的压力,使材料展现出常态下难以观测的特性,因此被誉为“物质微观世界的显微镜”。磁场强度越高,科学家就能越清晰地观察微观世界,从而发现新的物理原理和新型材料。
平顶脉冲磁场作为强磁场技术的前沿领域,兼具稳态磁场和脉冲磁场的优点,能够在一段时间内保持高磁场强度和高稳定度,为核磁共振等研究提供了独特的实验平台。
面对磁体结构稳定性和大电流精确调控两大挑战,李亮团队在材料与调控技术上取得了关键性突破。他们自主研制的高强高导铜银合金导线,抗拉强度比传统材料提升了近40%。同时,团队还将瞬态控制问题转化为逆向电路拓扑设计,实现了预构磁场波形的精确生成。这些创新使得李亮团队能够以高稳定性的71.36特斯拉平顶脉冲磁场刷新世界纪录,比国外现有水平高出19%。
强磁场条件下的科学研究一直是全球学者关注的焦点,已在物理、化学、材料和生物等多个领域取得了众多原创性重大成果。然而,在过去,由于我国缺乏此类设施,科学家不得不向其他国家求助,实验机会十分有限。
2007年,国家发展改革委批准华中科技大学组建团队,建设我国脉冲强磁场实验装置,李亮教授担任了该科学中心的主任。在建设过程中,团队没有盲目模仿国外经验,而是自主绘制电路设计图,通过自主研发实现了关键核心材料和部件的国产化,达到了国际领先水平。2014年,该装置顺利通过验收并正式投入使用。
自投入运营以来,李亮带领团队积极推动设施面向全球开放共享,每年对外开放率超过70%。目前,华中科技大学的脉冲强磁场实验装置已吸引了来自国内外130多个科研院所的科学家前来开展研究,助力了2000多项基础前沿研究的进行。该装置还在大型风机装备制造、磁面成像、磁悬浮以及人体磁功能成像等多个领域得到了广泛应用,实现了我国强磁场实验条件从依赖他国到自主提供的跨越。
为了进一步提升设施的整体性能和开放共享水平,国家脉冲强磁场科学中心计划从磁场参数提升、测量手段丰富和研究领域拓展三个方面进行全面升级。未来,这里将建设110特斯拉超强磁场、70特斯拉平顶脉冲磁场和9.50特斯拉超导脉冲复合磁场,以及10类实验测试系统和设施支撑基础平台。
华中科技大学的国家脉冲强磁场科学中心,正以其卓越的科研成果和开放共享的精神,引领着我国在强磁场科学领域的不断前行。