Forskare vid ETH Zurich har utvecklat en handflatsstor supraledande magnet som producerar magnetfält upp till 42 tesla, vilket matchar kraften hos massiva laboratoriejättar. Detta genombrott använder kommersiellt tillgängliga material och kräver minimal effekt, vilket potentiellt gör avancerade magnetteknologier mer tillgängliga. Innovationen syftar till att förbättra kärnmagnetresonans-tekniker för molekylär analys.
Starka magneter är nödvändiga inom områden som MRI-bildtagning, partikelacceleratorer och kärnfusion, men de mest kraftfulla, tillverkade av supraledare, är vanligtvis enorma och energikrävande. Alexander Barnes och hans team vid ETH Zurich i Schweiz har förändrat detta genom att skapa en kompakt supraledande magnet med en diameter på endast 3,1 millimeter. nnEnheten byggs genom att linda tunn tejp av ett keramiskt material kallat REBCO, som supraleder vid extremt låga temperaturer. När elektriska strömmar passerar genom dessa spolar genererar de starka magnetfält. Forskarnas köpte REBCO-tejpen från en kommersiell leverantör och itererade genom över 150 designer. Som Barnes förklarade: „Vår strategi var att utveckla och omfamna en ’misslyckas ofta och misslyckas snabbt’-approach.“ nnDeras slutliga design har antingen två eller fyra pannkaksformade spolar och uppnår fältstyrkor på 38 tesla med två spolar och 42 tesla med fyra. För sammanhanget producerar en typisk kylskåpsmagnet mindre än 0,01 tesla, medan världens starkaste magneter för stationära fält når cirka 45 tesla men väger många ton och förbrukar upp till 30 megawatt effekt. Till skillnad från dessa är den nya magneten mindre än en hand och använder mindre än 1 watt. nnTeamets mål är att tillämpa denna magnet på kärnmagnetresonans (NMR), en teknik för att bestämma molekylstrukturer i läkemedel och industriella katalysatorer. För närvarande begränsas NMR av storleken och kostnaden för de nödvändiga magneterna, men denna kompakta version kan bredda tillgången för kemister. Forskarnas har börjat testa den i en NMR-uppsättning. nnMark Ainslie vid King’s College London berömde bedriften: „Att producera magnetfält över 40 tesla kräver traditionellt mycket stora och dyra anläggningar, så att uppnå liknande fältstyrkor i en sådan kompakt enhet med supraledande tejp är betydelsefullt.“ Han tillade: „Det tyder på att extremt högfältsmagneter kan bli mer tillgängliga för ett bredare spektrum av laboratorier inom en snar framtid.“ Det kvarstår dock utmaningar, bland annat att säkerställa fältjämnhet och kontrollera spolarna elektromagnetiska beteende. nnArbetet beskrivs i detalj i Science Advances (DOI: 10.1126/sciadv.adz5826).
