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为满足多学科在高磁场下探索新现象、合成新材料等需求，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场实验室研究人员开展稳态强磁场装置（SHMFF）电阻磁体研究。他们研发出创纪录的 42.02 T 电阻磁体，为升级混合磁体及建设下一代稳态高场设施奠定基础。
在科学探索的奇妙世界里，高磁场就像是一把神奇的钥匙，能够打开众多未知领域的大门。在凝聚态物理、材料科学、化学、生物学、生命科学以及量子信息科学等诸多学科中，高磁场都是极为重要的极端实验条件。比如在凝聚态物理领域，科学家们借助高磁场深入研究强关联电子系统和拓扑材料；在材料科学中，高磁场能助力新材料的合成与表征，帮助科研人员了解材料的结构和缺陷；在研究分子结构时，利用高磁场下的核磁共振（NMR）和磁共振成像（MRI）技术，还能获得更高的灵敏度和分辨率。然而，要获得稳定且高强度的磁场并非易事，此前的技术面临着诸多挑战，如大电磁应力、高功率密度冷却等问题，这严重限制了高磁场在科研中的广泛应用和深入研究。
为了突破这些困境，中国科学院合肥物质科学研究院的研究人员勇挑重担，开展了关于稳态强磁场装置（Steady High Magnetic Field Facility，SHMFF）电阻磁体的研究。经过不懈努力，他们取得了令人瞩目的成果 —— 研发出了能够产生 42.02 T 稳定磁场的电阻磁体，这一成果成功打破世界纪录，标志着我国在高磁场研究领域取得了重大突破。该研究成果发表在《The Innovation》杂志上，引起了全球科研界的广泛关注。
在这项研究中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是创新磁体结构，通过开发多场耦合高精度应力分析模型，设计新型分级电流密度线圈，并融入动态液压紧固和精确流量匹配等新结构特征；二是优化制造工艺；三是对电源、冷却和中央控制系统进行升级，如提升电源系统性能，增加最大电流；提高冷却系统冷却能力，维持冷却水电导率；在控制系统中集成液压装置，将液压作为磁体保护逻辑的参数 。
下面来详细看看研究结果：
- 新型电阻磁体的研发：研究人员成功研制出 SHMFF 的第 6 个电阻磁体。经过近 4 年的钻研和大量技术突破，从磁体磁盘、线圈到整体结构，进行了系统的技术创新。他们开发的新模型和设计的新线圈，有效解决了极端条件下大电磁应力和高功率密度冷却的难题。通过升级电源系统，将功率从 28 MW 提升到 42 MW ，最大电流从 40 kA 提高到 60 kA；优化冷却系统，将冷却水流速从 1400 m3/h 提高到 2000 m3/h，冷却能力从 28 MW 提升到 42 MW；升级控制系统，最终使得电阻磁体在 32.3 MW 的电源下实现了 42.02 T 的稳态磁场。
- 新型电阻磁体的应用：自 2024 年 10 月 10 日起，这个新型电阻磁体正式向实验用户开放。中国科学技术大学的 Bin Xiang 教授作为首位使用者，利用该磁体在极低温下对新型拓扑超导体样品进行研究。通过测量样品在不同磁场下的磁电阻，成功阐明了其内部电子结构。而且该磁体工作效率极高，能在约 9 分钟内测量出完整的 0 - 42 - 0 T 曲线，一天可收集 20 - 30 个完整数据集。此外，来自剑桥大学、南京大学、香港理工大学等机构的研究人员也获得了使用该磁体的时间，利用这个新的高场平台开展进一步研究 。
研究结论表明，这个创纪录的 42.02 T 电阻磁体的成功研制和应用，为多学科领域的科研工作提供了强大的实验工具。它不仅能够帮助科研人员在强关联电子材料等研究中揭示新现象，推动相关领域的理论发展，还为升级混合磁体以及建设下一代稳态高场设施奠定了坚实基础。这一成果意味着我国在高磁场研究领域达到了国际领先水平，为全球科研事业的发展做出了重要贡献。同时，该研究也为未来进一步探索高磁场下的物质奥秘、开发新型材料和技术开辟了新的道路，激励着更多科研人员在极端条件科研领域不断探索前行。
