科技日報訊（記者張佳欣）在人們的印象中，無論是用於粒子加速器還是核磁共振（NMR）的強磁體，往往都是體型龐大的“大麦克”。而據最新一期《科學進展》雜誌報導，瑞士蘇黎世聯邦理工學院科研團隊最新研製出兩種緊湊型磁體，磁場强度分別達到38特斯拉和42特斯拉，而磁體外徑僅63毫米，中心孔徑僅3.1毫米。該成果為高場磁體小型化提供了新路徑，有望推動核磁共振（NMR）科技的發展。
研究團隊製造的這兩種磁體僅手掌大小，但其磁場强度卻可媲美世界頂級大型磁體。作為對比，美國國家高磁場實驗室現時保持的場強紀錄為45.5特斯拉，但其運行需要約20兆瓦電力，並依賴複雜的冷卻系統。
通常來說，要產生42特斯拉的磁場，需要使用大型電阻磁體（由金屬線圈纏繞在圓柱體上構成），不僅耗電達兆瓦級，還需要複雜的冷卻系統。此次研究的突破在於採用了高溫超導（HTS）資料製成的帶材，使磁體能够在低溫條件下以零電阻傳輸大電流，從而在極小體積內實現超强磁場。
研究人員將稀土鋇銅氧化物（REBCO）超導帶材繞製成扁平的盤狀線圈（被稱為“pancake”線圈），再將多個線圈堆疊成整體結構。這種設計不僅將磁場集中在更小體積內，而且相比傳統設計所需的帶材長度也大幅减少。
此外，傳統磁體不同線圈之間通常需要連接接頭，這些接頭容易產生熱量並造成能量損耗。該團隊通過將超導帶材連續繞製成單一回路，减少了連接帶來的能量損失。同時，線圈匝間未設定絕緣層，使結構更加緊湊，從而進一步提升磁場强度。
在實驗測試中，研究人員向磁體通入超過1000安培電流，成功獲得了38特斯拉和42特斯拉的穩定磁場。研究團隊表示，這一成果證明，完全基於高溫超導資料的緊湊型磁體能够實現40特斯拉以上高磁場，顯示出高場磁體向小型化和高能效方向發展的潜力。
研究人員認為，這項科技可應用於NMR領域。核磁共振廣泛用於分子結構解析，但現時高場NMR設備通常體積龐大、成本高昂。未來，如果這種小型高場磁體能够進一步工程化，有望推動高性能NMR設備向實驗室級甚至臺式設備發展，從而提升高端科研儀器的可及性。