Pasiektas naujas MagLab magneto stiprumo rekordas, žymintis naują mokslinių atradimų erą

Gruodžio 8 dieną šiuo nauju magnetu sukurtas 32 teslų stiprumo magnetinis laukas. Tesla yra magnetinio lauko stiprumo vienetas; šaldytuvo mažo magnetuko magnetas kuria maždaug 0,01 T stiprio magnetinį lauką.

Iš įprastų žemos temperatūros ir naujų aukštos temperatūros superlaidininkų sudarytu „32 T“ medžiagas tyrinėjantys fizikai galės tirti kaip elektronai sąveikauja tarpusavyje ir savo atomine aplinka, ir taip atsiras galimybė kurti naujus mūsų pasaulį formuojančius prietaisus.

Daug dešimtmečių pasaulio superlaidžių magnetų stiprumo rekordai didėjo pamažu. Šis naujas šuolis yra didesnis, nei bendrai visi per pastaruosius 40 metų atlikti patobulinimai.

„Tai magnetų technologijos lūžio taškas, tikra revoliucija,“ sakė MagLab direktorius Greg Boebinger. „Šis naujausias magnetų dizainas suteiks mums ne tik naujas eksperimentų technines galimybes laboratorijoje, bet ir padidins kitų mokslinių įrankių, kuriuose nukreipiami, tarkime, rentgeno spinduliai ir neutronai, galią visame pasaulyje.“

Tai buvo įspūdingi metai MagLab, pabrėžė Boebingeris: 32 T yra trečiasis magnetas pasaulio rekordininkas, išbandytas per pastaruosius 13 mėnesių, po 41,4 T varžinio magneto, išbandyto praėjusią vasarą ir 36 T SCH magneto, visą lauko galią pasiekusio 2016 lapkritį.

„Mums gerai sekasi“ sakė Boebingeris.

Naujasis magnetas žymi svarbų tašką aukštos temperatūros superlaidumo tyrimuose, reiškinio, mokslo bendruomenėje sukėlusio neregėtą susidomėjimą, kai buvo atrastas prieš 31 metus.

Superlaidininkai yra elektros srovę be nuostolių praleidžiančio medžiagos (kitaip nei, tarkime, varis, kur elektronai patirią varžą). Prieš šimtą metų atrasti vadinamieji žemos temperatūros superlaidininkai veikia tik itin žemoje temperatūroje ir dažniausiai nustoja veikti, stipresniame, nei ~25 T magnetiniame lauke. Šis suvaržymas ribojo superlaidžių magnetų stiprį.

Bet 1986 metais mokslininkai atrado pirmuosius aukštos temperatūros superlaidininkus, kurie ne tik veikė aukštesnėje temperatūroje, bet ir – tas daug svarbiau magnetų kūrėjams ir mokslininkams – veikdavo labai stipriuose magnetiniuose laukuose.

Po trijų dešimtmečių, šis naujas 32 teslų magnetas yra vienas iš pirmųjų šio Nobelio premija įvertinto atradimo didelių pritaikymų.

32 teslų lauko stiprumas sukuriamas, apjungiant įprastą, Oxford Instruments pagamintą žemos temperatūros superlaidų magnetą su aukštos temperatūros superlaidžia medžiaga YBCO, sudaryta iš itrio, bario, vario ir deguonies. Drauge su SuperPower Inc., MagLab mokslininkai ir inžinieriai ne vienus metus stengėsi iš šios įmantrios medžiagos pagaminti patikimą magnetą. Kaip šio darbo pašalinis produktas buvo sukurta nauja izoliavimo technika, sustiprinusi sistemą ir sumažinusi jos energijos sąnaudas.

Nepaisant visų šių rekordinių pasiekimų, 32 T tėra tik pradžia, sakė konstrukciją prižiūrintis MagLab mokslininkas Huub Weijers.

„Atvėrėme didžiulę naują sritį,“ sakė Weijersas. „Nežinau, kokios jos ribos, tačiau tai virš 100 teslų. Reikiamos medžiagos egzistuoja. Mus nuo 100 teslų skiria tik technologijos ir doleriai.“

Kaip superlaidus magnetas, 32 T kuriamas magnetinis laukas labai stabilus ir homogeniškas, tinkamas jautriems eksperimentams. Apjungdamas stiprumą ir stabilumą, tyrėjams jis suteikia tai, kas geriausia iš abiejų pasaulių.

„Naujoji sistema ir būsimi magnetai suteiks mokslininkams tokias įžvalgas, kokių niekados anksčiau nebuvo,“ sakė MagLab vyr. mokslininkė fizikė Laura Greene. „Tikimės, ji atvers naujas erdves įvairiose tyrimų srityse. Fizikus itin domina pažanga kvantinėse medžiagose, tarp kurių yra naujos ir technologiškai svarbios ultraplonos medžiagos, o taip pat egzotiškos naujos topologinių medžiagų ir sudėtingų magnetinių medžiagų būsenos.“

Tikimasi, kad naujuoju instrumentu atvykę mokslininkai galės pasinaudoti kitais metais. Kaip ir su visais kitais laboratorijos magnetais, mokslininkai iš viso pasaulio gali užsirašyti ir tyrinėti naują fiziką, chemiją ir biologiją, susijusius su medžiagomis, sveikata ir energija.

Kristen Coyne
phys.org