科技日记者 张佳欣
人们通常认为用于粒子加速器或核磁共振（NMR）的强磁体都是体积庞大的设备。然而，最近瑞士苏黎世联邦理工学院的一个科研团队开发出了两种新型紧凑型磁体，这两种磁体的磁场强度分别达到了38特斯拉和42特斯拉，而磁体的外径仅为63毫米，中心孔径为3.1毫米。这一成果为高场磁体的小型化提供了新的可能性，有望促进核磁共振技术的进步。
这些新开发的磁体大小仅与手掌相仿，但磁场强度却可以与世界上最大的磁体相媲美。相比之下，美国国家高磁场实验室保持的最高纪录为45.5特斯拉，但维持这个磁场强度需要大约20兆瓦的电力和复杂的冷却系统。
通常情况下，要产生42特斯拉的磁场，传统方法需要使用大型电阻磁体，即通过金属线圈缠绕在圆柱体上来实现，这不仅耗电量巨大，而且需要复杂的冷却系统。此次研究的突破在于使用了高温超导（HTS）材料制成的带材，使得磁体能够在低温条件下以零电阻传输大电流，从而在极小的空间内产生超强磁场。
研究人员使用了稀土钡铜氧化物（REBCO）超导带材，将其绕制成扁平的盘状线圈（即“pancake”线圈），再将多个这样的线圈堆叠在一起。这种设计不仅使磁场集中在较小的体积内，还减少了传统设计所需的带材长度。
通常，传统磁体的不同线圈之间需要连接接头，这些接头容易产生热量并造成能量损失。然而，该团队通过连续绕制超导带材形成单一回路，减少了连接带来的能量损失。同时，线圈之间的绝缘层也被取消，使结构更加紧凑，从而进一步提高磁场强度。
在实验中，研究人员向磁体通入超过1000安培的电流，成功获得了38特斯拉和42特斯拉的稳定磁场。研究团队表示，这表明完全基于高温超导材料的小型磁体可以实现40特斯拉以上的高磁场，展示了高场磁体向小型化和高能效方向发展的潜力。
研究人员指出，这项技术在NMR领域有着广阔的应用前景。核磁共振技术广泛用于分子结构解析，但目前高场NMR设备通常体积庞大且成本高昂。如果这种小型高场磁体能够进一步工程化，可能会促进高性能NMR设备向实验室级别甚至台式设备发展，从而提高高端科研仪器的普及度。