National MagLabs seneste magnet slår verdensrekord, markerer en ny æra for videnskabelig opdagelse

Florida State University-hovedkvarteret National High Magnetic Field Laboratory har knust endnu en verdensrekord med afprøvning af en 32-tesla-magnet - 33 procent stærkere end, hvad der tidligere havde været verdens stærkeste superledende magnet, der blev brugt til forskning og mere end 3, 000 gange stærkere end en lille køleskabsmagnet.

Den 8. december denne nye magnet nåede et magnetfelt på 32 tesla. Tesla er en enhed for magnetisk feltstyrke; en lille køleskabsmagnet er omkring 0,01 tesla.

Lavet af en kombination af konventionelle lavtemperatur- og nye højtemperatur-superledere, "32 T" vil give fysikere, der studerer materialer, mulighed for at udforske, hvordan elektroner interagerer med hinanden og deres atomare miljø, muliggør nye enheder, der vil forme vores verden.

I årtier, verdensrekorden for en superledende magnet er steget fremad. Dette enkelt spring er større end alle de forbedringer, der er foretaget i løbet af de sidste 40 år tilsammen.

"Dette er et transformationstrin inden for magnetteknologi, en sand revolution undervejs, " sagde MagLab-direktør Greg Boebinger. "Ikke kun vil dette state-of-the-art magnetdesign give os mulighed for at tilbyde nye eksperimentelle teknikker her i laboratoriet, men det vil øge kraften i andre videnskabelige værktøjer såsom røntgenstråler og neutronspredning rundt om i verden."

Det har været et bemærkelsesværdigt år for MagLab, bemærkede Boebinger:32 T er den tredje verdensrekordmagnet, der er testet inden for de seneste 13 måneder, efter en 41,4-tesla resistiv magnet testet sidste sommer og 36-tesla Series Connected Hybrid-magnet, der nåede fuldt felt i november 2016.

"Vi er i gang, " sagde Boebinger.

Den nye magnet repræsenterer en milepæl inden for superledning ved høje temperaturer, et fænomen, der skabte voldsom røre i videnskabssamfundet, da det først blev opdaget for 31 år siden.

Superledere er materialer, der leder elektricitet med perfekt effektivitet (i modsætning til kobber, hvor elektroner møder meget friktion). Såkaldte lavtemperatur-superledere, opdaget for et århundrede siden, kun arbejde i ekstremt kolde omgivelser og holder generelt op med at arbejde inde i magnetfelter højere end omkring 25 tesla. Den begrænsning har begrænset styrken af ​​superledende magneter.

Men i 1986 opdagede forskere de første højtemperatur-superledere, som ikke kun arbejder ved varmere temperaturer, men - endnu vigtigere for magnetdesignere og videnskabsmænd - også fortsætter med at arbejde i meget høje magnetfelter.

Tre årtier senere, den nye 32-tesla-magnet er en af ​​de første store applikationer, der kommer ud af den nobelprisvindende opdagelse.

Feltstyrken på 32 tesla er skabt med en kombination af en konventionel, eller lav temperatur, superledende magneter lavet af industripartneren Oxford Instruments og et højtemperatur superledende materiale kaldet YBCO, sammensat af yttrium, barium, kobber og oxygen. Samarbejde med SuperPower Inc., MagLab-forskere og ingeniører arbejdede i årevis for at forme det vanskelige materiale til en pålidelig magnet. Som en del af den proces, de udviklede nye teknikker til isolering, forstærkning og deaktivering af systemet.

På trods af al dens rekordstore indvirkning, 32 T er kun begyndelsen, sagde MagLab-forsker Huub Weijers, som overvågede dens konstruktion.

"Vi har åbnet et enormt nyt rige, sagde Weijers. Jeg ved ikke, hvad grænsen er, men det er over 100 tesla. De nødvendige materialer findes. Det er kun teknologi og dollars, der er mellem os og 100 tesla."

Som en superledende magnet, 32 T har en meget stabil, homogent felt velegnet til følsomme eksperimenter. Kombinerer styrke og stabilitet, det giver forskerne det bedste fra begge verdener.

"Det nye system, og magneterne, der vil følge, vil give videnskabsfolk adgang til indsigt, som aldrig før har været mulig, " sagde fysiker Laura Greene, MagLabs chefforsker. "Vi forventer, at det vil bane vejen for en række forskningsområder. Fysikere er især begejstrede for fremskridt inden for kvantestof, som indeholder nye og teknologisk vigtige ultratynde materialer, såvel som eksotiske nye tilstande af stof i topologiske materialer og komplekse magnetiske materialer."

Det nye instrument forventes at være tilgængeligt til brug af besøgende videnskabsmænd næste år. Som med alle magneter i laboratoriet, videnskabsmænd fra hele verden kan ansøge om at bruge det til at udforske ny fysik, kemi og biologi relateret til materialer, sundhed og energi.