华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心
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国家脉冲强磁场科学中心创造脉冲平顶磁场强度世界纪录

发布日期:2018-11-23    作者:     来源:     点击:

(通讯员 程远)1122日,国家脉冲强磁场科学中心成功实现64特斯拉脉冲平顶磁场强度,创造了脉冲平顶磁场强度新的世界纪录。

此次实验,国家脉冲强磁场科学中心使用了具有独立层间加固结构的单线圈磁体,孔径为21毫米,电容器型脉冲电源供电,能耗7兆焦。磁体重量、电源能量不到国际同类型磁场系统的1/10,磁场强度更是一举超过此前美国国家强磁场实验室创造的60特斯拉脉冲平顶磁场强度世界纪录,成为全球最高强度的脉冲平顶磁场。

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据中国工程院潘垣院士介绍,脉冲平顶磁场兼具稳态和脉冲两种磁场的优点,能够实现更高的强度且在一段时间保持很高的稳定度。此次在测试64特斯拉平顶磁场的同时,国家脉冲强磁场科学中心也成功开展了重费米子材料CeRhIn5的比热测量,这表明过去只能在稳态磁场下开展的核磁共振、比热、拉曼光谱等研究工作在更高场强下成为可能。

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,国家脉冲强磁场科学中心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。

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“此次实现的64特斯拉平顶磁场是我们技术创新的重要成果之一。”国家脉冲强磁场科学中心主任李亮教授介绍道,“为了满足科学研究需求,脉冲强磁场需要具备磁场强度高、平顶稳定度高和重复频率高等特点。国际上其他脉冲强磁场实验室都是通过研制不同磁体分别实现这三类磁场,而国家脉冲强磁场科学中心基于强磁场核心技术的全面掌握,通过电源与磁体的协同控制,可以让同一个实验站的同一个磁体产生高强度、高稳定度和高重频的脉冲磁场,为相关领域的科学研究提供独特的实验条件。此次实现64特斯拉平顶磁场的磁体还产生了45特斯拉/50赫兹的超高重频磁场,将国际同类磁场重复频率提高了2个数量级,且波形和频率都能很方便的调节,这也是我们技术领先的重要体现。”

脉冲强磁场实验装置是华中科技大学承建的国家重大科技基础设施,是首个由教育部高校承建并按时通过验收对外开放的国家重大科技基础设施项目,已累计为60多家国内外高校和科研机构开展脉冲强磁场下的科学研究700余项,相关科研成果在ScienceNature及子刊等高水平期刊发表论文600余篇,有力地支撑了我国凝聚态物理、材料、化学、生命等前沿基础学科的发展。在今年5月的国际评估中,该装置被来自美国、德国、法国、日本等国际强磁场实验室的专家评价为“国际领先的脉冲强磁场设施之一”。