湖北

极目新闻记者 刘丁维

通讯员 湖小青

在五四青年节来临之际,国家脉冲强磁场科学中心荣获第25届“中国青年五四奖章集体”。说起脉冲强磁场,很多人都摸不着头脑,但是在物理学家看来,强磁场是研究材料特性的“放大镜”。

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“磁场强度越高,对于物质系统的电子能态改变就越大,就能给科学创新提供更多机遇。”国家脉冲强磁场科学中心主任李亮介绍,近40年来,包括量子霍尔效应、分数量子霍尔效应和磁共振成像等与磁场有关的诺贝尔奖有10项。

而在国家脉冲强磁场科学中心建成之前,我国的科研人员需要远赴欧美开展强磁场实验,不仅花费数额大,还得写申请、排队等获批,许多科学研究严重受制于人。

2007年1月,由国家发改委批准华中科技大学建设我国脉冲强磁场设施,脉冲强磁场设施于2008年4月开工建设,2013年10月建成,由磁体、电源、控制和测量等子系统组成,设施现最高峰值磁场强度达到94.8T(T为“特斯拉”,1特斯拉相当于地球磁场的2万倍)。2018年11月22日,国家脉冲强磁场科学中心成功实现兼具高场强和高平顶稳定度的64T脉冲平顶磁场,创造了脉冲平顶磁场强度新的世界纪录,并实现了45T/50Hz(赫兹)的超高重频磁场,将国际同类磁场重复频率提高2个数量级。2019年,国家脉冲强磁场科学中心团队荣获国家科技进步一等奖。

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磁场与电流成正比,而磁体承受的力和热,与磁场的平方成正比,所以越往上走越难。美国从70T(特斯拉)到90T走了20年,德国用了15年,中国则是4年。

“以这样的中国速度,创造这样的中国强度,外国同行对我们的脉冲强磁场科学中心都由衷赞叹。”华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心党支部书记吕以亮告诉极目新闻记者,做科研,不外乎苦干加巧干。

中心设备每一块电路板的设计图、每一个零件都是科研工作者们自己绘制和安装调试的。磁体是脉冲强磁场装置的重要组成部分,而磁体的绕制十分严格,没有“回头路”,只能一次成功。负责手工缠绕磁体的彭涛教授,常常“做梦都在绕磁体”,生怕出一点差错。

吕以亮介绍,绕制时需要用到环氧树脂,科研人员要穿上密不透风的防护服和防毒面具。为了节省穿脱时间,大家在工作时间连水都不会喝一口,武汉的夏天气温接近40摄氏度,即使有空调,每次脱下防护服身上就像被雨淋过一样。

李亮教授为了科学研究和中心建设,常年与家人分隔两地,每年只留一个月的时间与家人团聚,在做胆囊手术期间,把研究讨论会搬到了医院的病房里。但他们却说:“这样的事情挺平常的。”

为了获取高强度和高稳定度的脉冲平顶磁场,需要解决磁场产生过程中的大电流精确调控和强电磁力下结构稳定的难题,目前国外主要采用的大电源、大磁体的方案存在着体积大、磁体冷却速度慢和实验效率低等问题。为此,科研人员提出了双电容器耦合态调控新方案,首次实现了电容器驱动的脉冲强磁场波形调控,并成功实现64特斯拉、3‰稳定度的脉冲平顶磁场,使我国脉冲强磁场技术走在了世界最前列。

自中心2014年通过国家验收并对外开放运行,结束了我国相关研究长期依赖国外设施的历史。截至2020年底,设施累计开放运行55412小时,已为国内外97家高校和科研院所开展科学研究1258项,在高温超导、拓扑半金属、分子磁体、石墨烯等前沿研究领域取得丰硕成果,包括发现第三种规律的新型量子振荡等在内的一大批原创成果,并在Science、Nature、PRL、JACS等高水平期刊发表SCI收录论文1016篇,有效推动了我国基础前沿科学研究的发展。




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责任编辑:韦武霞


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