40特斯拉的迷你磁铁

本文报道了一种突破性的微型高场超导磁体技术。传统上，稳定产生超过40特斯拉（T）的强磁场需要体积庞大、功耗高达数兆瓦的电阻型磁体，严重限制了其普及应用。本研究成功研制出两种全高温超导（all-HTS）微型磁体：一种由两个“饼式线圈”构成，峰值磁场达38.3 T；另一种由四个饼式线圈构成，达42.3 T。二者核心创新在于：采用稀土钡铜氧（REBCO）涂层导体，并通过特殊无接头绕制工艺，在仅3.5毫米绕制直径下实现线圈无缝连接，同时保持超导带材载流能力；磁体整体尺寸极小——中心孔径仅3.1毫米，整套线圈可置于手掌中，运行功耗低于1瓦。为验证磁场精度，研究人员在液氦温度（4.2 K）下，于3.1毫米冷孔内直接开展核磁共振（NMR）实验，利用水-甘油冰样品中的质子信号对霍尔传感器进行原位校准，确认其在14–20 T范围内线性良好，校准系数为4.92±0.04 T/V。测试表明，该磁体磁场稳定性较好（1000 A稳态时漂移约350 ppm/小时），但因孔径极小，磁场均匀性受限（0.6毫米测量区间内非均匀性约100–180 ppm），这在NMR等对均匀性要求高的应用中需进一步优化。文章指出，此类微型磁体虽牺牲了大样品空间，却为微纳尺度研究（如微芯片核磁、量子材料表征、四极核NMR）提供了更经济、易部署的高场平台；其成功也证明，通过优化机械封装（如全焊锡加固）和热管理，REBCO带材可在远低于常规安全弯曲半径（<4 mm）的极端曲率下保持完整性。未来工作将聚焦提升磁场均匀性、拓展NMR直接测量至40 T以上，并推动更高场强的微型化发展。