本文選自《物理》2026年第3期

2026年1月，在中國科學(xué)院物理研究所綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置的極低溫強(qiáng)磁場量子振蕩實(shí)驗(yàn)站，全超導(dǎo)磁體中心磁感應(yīng)強(qiáng)度成功實(shí)現(xiàn)35.6 T磁場，成為全超導(dǎo)用戶磁體新的世界紀(jì)錄。

工作狀態(tài)下的全超導(dǎo)高場磁體+低溫恒溫器系統(tǒng)，杜瓦主體部分在地面以下基坑內(nèi)

量子振蕩實(shí)驗(yàn)站以在極低溫、強(qiáng)磁場條件下研究量子材料的電子結(jié)構(gòu)及其演化過程為目標(biāo)，由全超導(dǎo)磁體提供強(qiáng)磁場環(huán)境、稀釋制冷機(jī)提供極低溫環(huán)境，并配置了電輸運(yùn)、磁扭矩、磁致伸縮、隧穿二極管LC振蕩電路等多種測量系統(tǒng)。其中全超導(dǎo)強(qiáng)磁場磁體是該實(shí)驗(yàn)站的核心裝備，在磁體冷孔口徑、磁場均勻度、磁場維持時(shí)間、以及整體能耗等方面具有優(yōu)勢(shì)。該全超導(dǎo)磁體由最高磁場15 T的低溫超導(dǎo)(LTS)背場磁體和高溫超導(dǎo)(HTS)內(nèi)插磁體同軸嵌套構(gòu)成，是綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置規(guī)劃建設(shè)的內(nèi)容之一，由中國科學(xué)院電工研究所王秋良團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)制作。該團(tuán)隊(duì)對(duì)高溫超導(dǎo)磁體具有長期研究積累，通過采用無絕緣稀土鋇銅氧(REBCO)高溫超導(dǎo)帶材雙餅線圈技術(shù)路線，于2022年在綜合極端實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)了中心磁場26 T的全超導(dǎo)磁體，又在2023年達(dá)到了30.1 T (LTS 15 T+HTS 15.1 T)，并向用戶開放。在保持低溫超導(dǎo)背場磁體不變，磁體冷孔口徑不變的限制條件下，電工所團(tuán)隊(duì)克服技術(shù)上難題，2026年成功研制了全新的高溫超導(dǎo)內(nèi)插磁體。該高溫超導(dǎo)內(nèi)插磁體與已有背場磁體配合，可提供20.6 T強(qiáng)磁場。這樣在保持35 mm口徑不變的條件下，創(chuàng)造了全超導(dǎo)用戶磁體35.6 T的新的世界紀(jì)錄，相比美國強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室2017年的32 T (LTS 15 T+HTS17 T，冷孔口徑34 mm)，提高了3.6 T。

為了準(zhǔn)確獲得磁感應(yīng)強(qiáng)度值，我們采用了國際上認(rèn)可的核磁共振(NMR)標(biāo)定方式。此外，為了兼顧校準(zhǔn)低溫下可用的霍爾磁場計(jì)，整個(gè)測量在液氦溫度(4.2 K)進(jìn)行，因此選擇了27Al核。在35.1 T磁場條件下，磁體軸向10 mm范圍內(nèi)均勻度達(dá)到90 ppm，優(yōu)異的均勻度不僅確保了該磁體適用于電輸運(yùn)、磁扭矩、磁致伸縮等測量，還使其能夠應(yīng)用于對(duì)磁場均勻性要求嚴(yán)苛的核磁共振實(shí)驗(yàn)，展現(xiàn)出卓越的通用性。

該全超導(dǎo)用戶磁體研制成功后，將為凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)的研究提供重要實(shí)驗(yàn)條件，特別是對(duì)強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系和非常規(guī)超導(dǎo)體、拓?fù)湫挛飸B(tài)、二維材料等量子材料的研究意義重大。

(中國科學(xué)院物理研究所 李崗、李政、雒建林 供稿)

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