طور علماء في ETH Zurich مغناطيسًا فائق التوصيل بحجم كف اليد ينتج حقولًا مغناطيسية تصل إلى 42 تسلا، يوازي قوة الوحوش الضخمة في المختبرات. يستخدم هذا الاختراق موادًا تجارية متوفرة ويتطلب طاقة قليلة، مما قد يجعل تقنيات المجال المغناطيسي المتقدمة أكثر توفرًا. تهدف الابتكار إلى تعزيز تقنيات الرنين المغناطيسي النووي لتحليل الجزيئات.
المغناطيسات القوية أساسية في مجالات مثل التصوير بالرنين المغناطيسي MRI والمُسرّعات الجسيمات والاندماج النووي، لكن أقواها، المصنوعة من فائق التوصيل، عادةً ما تكون هائلة الحجم ومكلفة الطاقة. غيّر ألكسندر بارنز وفريقه في ETH Zurich في سويسرا ذلك بصنع مغناطيس فائق التوصيل مدمج يقيس 3.1 مليمترات فقط في القطر. يُبنى الجهاز بلف شريط رقيق من مادة سيراميكية تُدعى REBCO، التي تُظهر فائق التوصيل عند درجات حرارة منخفضة للغاية. عندما تمر تيارات كهربائية عبر هذه الملفات، تولد حقولًا مغناطيسية قوية. اشترى الباحثون شريط REBCO من مورد تجاري وجربوا أكثر من 150 تصميمًا. كما شرح بارنز: «كانت استراتيجيتنا تطوير وتبني نهج 'الفشل كثيرًا والفشل بسرعة'.» يتميز التصميم النهائي إما بملفين أو أربعة ملفات على شكل فطائر، يحقق قوة مجال 38 تسلا بملفين و42 تسلا بأربعة. للمقارنة، مغناطيس ثلاجة عادي ينتج أقل من 0.01 تسلا، بينما تصل أقوى المغناطيسات الثابتة في العالم إلى حوالي 45 تسلا لكنها تزن عشرات الأطنان وتستهلك حتى 30 ميغاواط من الطاقة. بالمقابل، المغناطيس الجديد أصغر من اليد ويستخدم أقل من 1 واط. يهدف الفريق إلى تطبيق هذا المغناطيس في الرنين المغناطيسي النووي (NMR)، وهي تقنية لتحديد هياكل الجزيئات في الأدوية والمحفزات الصناعية. حاليًا، يقتصر NMR بحجم وتكلفة المغناطيسات المطلوبة، لكن هذه النسخة المدمجة قد توسع الوصول للكيميائيين. بدأ الباحثون اختباره في إعداد NMR. أشاد مارك أينسلاي في كلية كينغز لندن بالإنجاز: «إنتاج حقول مغناطيسية فوق 40 تسلا يتطلب تقليديًا منشآت كبيرة ومكلفة، لذا تحقيق قوى مجال مشابهة في جهاز مدمج كهذا باستخدام أشرطة فائقة التوصيل أمر هام.» وأضاف: «يوحي بأن المغناطيسات عالية المجال للغاية قد تصبح أكثر توفرًا لمجموعة أوسع من المختبرات في المستقبل القريب.» ومع ذلك، تبقى التحديات، بما في ذلك ضمان تجانس المجال وسيطرة على سلوك الملفات الكهرومغناطيسي. يفصل العمل في Science Advances (DOI: 10.1126/sciadv.adz5826).
