我国稳态强磁场刷新世界纪录 助力前沿科研突破

合肥科学岛上的“强磁场”平台已向全球开放，支撑多学科重大科研成果产出

洪敬谱、吴长峰、梁依恋

我国在稳态强磁场研究领域取得重要进展。依托中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心与中科院合肥物质科学研究院强磁场科学中心和中国科学技术大学的合作，研究人员基于国家重大科技基础设施——稳态强磁场实验装置（SHMFF），提出了拓扑克尔效应的新概念，相关成果于2024年4月4日在线发表于《自然·物理学》。

▲ 位于安徽合肥的稳态强磁场实验装置。 （图片来源：VCG）

前沿科研的重要实验平台

强磁场是开展前沿科学研究的关键极端条件之一。物质处于强磁场中时，其内部结构可能发生改变，从而呈现出新的物理与化学特性。该技术广泛应用于材料科学、物理、化学及生命科学等领域。

通常，磁场强度越高，越有利于新现象的发现。根据持续时间不同，强磁场分为脉冲强磁场和稳态强磁场。稳态强磁场可长时间稳定运行，满足各类科学实验对磁场强度与时长的需求。

SHMFF由10台磁体构成，包括5台水冷磁体、4台超导磁体和1台混合磁体。2022年8月，我国科研团队利用该装置实现了45.22特斯拉（即452,200高斯）的稳态磁场，刷新了近23年前由美国保持的世界纪录，成为目前全球最高强度的稳态磁场。

“作为全球第五个、我国首个稳态强磁场实验装置，它为科研人员提供了国际领先的实验平台。”实验室学术主任匡光力表示。

建设过程面临多重技术挑战

这一重大科技基础设施的建设并非一帆风顺。“SHMFF中的水冷磁体采用特制的‘别特盘’结构。”实验室科技部副主任张俊介绍。

别特盘上密布微孔，用于通入去离子冷却水进行散热。若安装精度不足，可能导致冷却通道堵塞，无法及时散热，进而引发磁体烧毁。

“从材料选择到孔径设计，每一步都需要理论分析与仿真模拟，再进入实际建造。”实验室研究员方震回忆道。

例如，所需的关键材料“铜银合金”在当时极为稀缺，科研团队投入大量精力才得以解决。

“每一步都充满挑战，测量系统的研发尤为艰难。”匡光力指出，“要在复杂的电磁环境中提取出极其微弱的有效信号，无异于大海捞针。”

面向全球开放共享

过去百年间，已有十余项诺贝尔奖研究成果与强磁场密切相关。除中国外，美国、法国、荷兰和日本也建有稳态强磁场装置。

“每年约有来自70家机构的百余个项目在此开展实验，工作时间从早上8点持续至午夜。”实验室运行与测量部副主任席传英介绍。

SHMFF坚持对外开放，截至2023年底，已为国内外200多家科研院所和高校提供实验支持，覆盖物理、化学、材料、生命科学和工程等多个学科，助力产出科研论文近2500篇。