◎ 科技日報記者 吳長鋒

12日，記者從中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，由該院強磁場科學(xué)中心研制的國家穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置再攀“科學(xué)高峰”——其混合磁體（磁體口徑32毫米）產(chǎn)生了45.22萬高斯（即45.22特斯拉）的穩(wěn)態(tài)磁場,，刷新了同類型磁體的世界紀錄,，成為目前全球范圍內(nèi)可支持科學(xué)研究的最高穩(wěn)態(tài)磁場。據(jù)悉,，原世界紀錄是1999年由美國國家強磁場實驗室創(chuàng)造,，其混合磁體產(chǎn)生45萬高斯，至今已保持紀錄23年之久,。

實驗現(xiàn)場

科學(xué)探索的“國之利器”

國家穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置是“十一五”期間國家發(fā)改委批準立項的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施,，也被稱為大科學(xué)裝置,。是指為提升探索未知世界、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律,、實現(xiàn)科技變革的能力,，由國家統(tǒng)籌布局，依托高水平創(chuàng)新主體建設(shè),，面向社會開放共享的大型復(fù)雜科學(xué)研究裝置或系統(tǒng),，是為高水平研究活動提供長期運行服務(wù)、具有較大國際影響力的國家公共設(shè)施,。

按照不同的用途,，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施一般分為三類：第一類是專用研究設(shè)施，如全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置,、“中國天眼”等,；第二類是公共實驗設(shè)施，如穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置,、上海光源等,；第三類是公益科技設(shè)施，如中國遙感衛(wèi)星地面站等,。

穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置混合磁體

穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置（Steady High Magnetic Field Facility，英文簡稱SHMFF）是國家發(fā)改委“十一五”期間立項的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施,。穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置法人單位是中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院,，共建單位是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，各項任務(wù)依托強磁場科學(xué)中心完成,。裝置于2008年5月19日獲批開工,，2010年10月28日轉(zhuǎn)入“邊建設(shè)、邊運行”模式,，2017年9月27日通過國家驗收并正式投入運行,。

穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置在建設(shè)過程中取得了一系列成就，磁體技術(shù)和綜合性能處于國際領(lǐng)先地位。團隊成功研制出世界第二臺40特斯拉級混合磁體,、五臺不同用途的水冷磁體（四創(chuàng)世界紀錄,、三臺保持至今），建成了國際首創(chuàng)的水冷磁體掃描隧道顯微鏡,、掃描隧道-磁力-原子力組合顯微系統(tǒng)等一系列科學(xué)實驗系統(tǒng),。裝置為開展物理、化學(xué),、材料,、生命健康和工程技術(shù)等學(xué)科的研究提供了穩(wěn)態(tài)強磁場實驗條件，已在多學(xué)科前沿探索中取得諸多重大科技成果,。

國家穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置包括十臺磁體：五臺水冷磁體,、四臺超導(dǎo)磁體和一臺混合磁體。其中,，混合磁體是國際上技術(shù)難度最高的磁體,，也是能夠產(chǎn)生最高穩(wěn)態(tài)磁場的磁體，從結(jié)構(gòu)上看,，它由外“超導(dǎo)磁體”和內(nèi)“水冷磁體”組合而成,。

在合肥綜合性國家科學(xué)中心強光磁預(yù)研項目的支持下，經(jīng)過五年多緊張的技術(shù)攻關(guān),，強磁場團隊創(chuàng)新了磁體結(jié)構(gòu),、研發(fā)了新材料、優(yōu)化了制造工藝,，終于取得重大技術(shù)突破,。此次國家穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置的混合磁體在26.9兆瓦的電源功率下產(chǎn)生45.22萬高斯的穩(wěn)態(tài)強磁場，達到國際領(lǐng)先水平,，成為我國科學(xué)實驗極端條件建設(shè)乃至世界強磁場技術(shù)發(fā)展的重要里程碑,。

支撐起3000項前沿課題研究，取得系列重大成果

穩(wěn)態(tài)強磁場是物質(zhì)科學(xué)研究需要的一種極端實驗條件,，是推動重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的“利器”,。在強磁場實驗環(huán)境下，物質(zhì)特性會受到調(diào)控,，有利于科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)物質(zhì)新現(xiàn)象,、探索物質(zhì)新規(guī)律。

此次合肥科學(xué)島穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置混合磁體產(chǎn)生的45.22萬高斯（即45.22特斯拉,，1特斯拉＝10000高斯）磁場究竟有多高,？舉一個例子。地球磁場約等于0.5高斯,，45.22萬高斯相當(dāng)于地球磁場的90多萬倍,。

實驗結(jié)果刷新世界紀錄

穩(wěn)態(tài)強磁場技術(shù)領(lǐng)域國際競爭十分激烈，世界科技強國一直重視強磁場實驗條件建設(shè),，目前國際上有五大穩(wěn)態(tài)強磁場實驗室,，分別分布于美國、法國,、荷蘭,、日本以及中國合肥。

法國Grenoble國家強磁場實驗室和荷蘭Nijmegen 國家強磁場實驗室近20年來一直希望研制成功穩(wěn)態(tài)混合磁體,，經(jīng)歷了多次挫折,，尚未成功。

我國強磁場實驗室雖起步較晚,，但僅用十余年的時間,，實現(xiàn)了從無到有、從跟跑到并跑領(lǐng)跑的關(guān)鍵跨越,，創(chuàng)造了強磁技術(shù)發(fā)展的“中國速度”。此次穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置混合磁體刷新世界紀錄,，成為我國科學(xué)實驗極端條件建設(shè)乃至世界強磁場技術(shù)發(fā)展的重要里程碑,。

穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置2010年開始“邊建設(shè)、邊運行”,，2017年全部建成投入全面運行,。截至目前，裝置已經(jīng)運行超過50萬個機時,，為國內(nèi)外170多家單位提供了實驗條件,，包括清華大學(xué)、北京大學(xué),、中國科大,、復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué),、浙江大學(xué),，中科院物理所、高能所,、電工所,、半導(dǎo)體所，美國哈佛大學(xué),、新加坡國立大學(xué),、德國馬普所，等等,。

裝置用戶在物理學(xué),、化學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué),、藥物學(xué),、工程技術(shù)等領(lǐng)域開展了超過3000項課題的前沿研究，取得了一系列重大科技成果,，如首次發(fā)現(xiàn)外爾軌道導(dǎo)致的三維量子霍爾效應(yīng),、揭示日光照射改善學(xué)習(xí)記憶的分子及神經(jīng)環(huán)路機制，等等,。與此同時,，依托裝置衍生的多項成果，如掃描顯微成像技術(shù),、國家Ⅰ類創(chuàng)新靶向藥物研制等,，成功就地轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力，積極為經(jīng)濟社會發(fā)展服務(wù),。

此外,，強磁場科學(xué)中心積極發(fā)揮大科學(xué)裝置“沿途下蛋”機制，依托裝置衍生多項具有廣泛應(yīng)用前景的科技成果,，如新型高效糖尿病治療潛在藥物研制,、自主研制國際首創(chuàng)的惡劣條件掃描隧道—磁力—原子力組合顯微鏡（STM-MFM-AFM）成像技術(shù)等。

為下一個大科學(xué)裝置建設(shè)奠定重要基礎(chǔ)

穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置混合磁體刷新世界紀錄,，也為強磁場科學(xué)中心規(guī)劃建設(shè)的另一個大科學(xué)裝置——“強光磁集成實驗設(shè)施”奠定了重要基礎(chǔ),。

據(jù)中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強磁場科學(xué)中心介紹，“強光磁集成實驗設(shè)施”是由中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院,、安徽大學(xué),、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)聯(lián)合向國家發(fā)改委申報的國家“十四五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目，經(jīng)多輪評審,，列為“備選項目,、擇機啟動”。該設(shè)施包括55T混合磁體,、36T超導(dǎo)磁體為代表的具有世界最高穩(wěn)態(tài)磁場強度的系列磁體裝置,，以及依托微波、紅外/太赫茲,、可見光等系列先進波源,，建設(shè)一批強磁場下光-磁集成測量系統(tǒng)，其主要科學(xué)目標(biāo)是解決新型電子材料研發(fā),、高溫超導(dǎo)機理研究與應(yīng)用,、生命過程本質(zhì)探索、新藥創(chuàng)制以及特種功能材料制備等國家重大需求中的瓶頸問題,。

中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強磁場科學(xué)中心相關(guān)負責(zé)人表示,，國家穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置的混合磁體產(chǎn)生世界最高的穩(wěn)態(tài)磁場,，有力地提升了支撐科學(xué)家們開展物質(zhì)科學(xué)研究的實驗條件，將在低功耗電子材料等研究中發(fā)揮不可或缺的關(guān)鍵作用,。隨著混合磁體產(chǎn)生的磁場強度的提高,，其開放共享水平、用戶服務(wù)水平也將得到大幅提升,，必將成為支撐我國科技創(chuàng)新的“國之重器”,。（中科院合肥研究院供圖）

編輯：劉義陽

審核：岳靚