美头痛,合肥引8位哈佛博士造磁场破美记录,成第5个强磁实验室

以山爱科学 2024-09-26 02:29:12
导读:

合肥吸引哈佛博士归国,从无到有打造属于中国稳态强磁实验室。

五年的技术攻关,平均年龄为三十五周岁的科研团队,于2016年成功研发四十万高斯的混合磁体,一举让中国在这个领域跻身世界第二。

再接再厉,2022年再造辉煌,以四十五万高斯的记录,混合磁体破世界纪录,一举拿下世界桂冠。

如今2024年,强磁铁又一领域水冷磁体破了美2017年记录,以四十二万高斯将此领域桂冠收入囊中。

至此,中国集齐了世界三大磁体桂冠,超导磁体、水冷磁体、混合磁体。

与此同时,中国继美国、法国、荷兰、日本,第五个拥有稳态强磁体实验室的国家,而且还是稳态强磁体领域中最棒的实验室。

要知道在强磁体领域,美国领先世界二十多年的时间,如今被中国一一打破。

看看这些科研人员的成果,位于合肥的这个稳态强磁场实验室的装置足足有十台,五台水冷磁体、四台超导磁体,以及一台混合磁体。

需要说明的是,三种磁体中,混合磁体是国际上技术难度最高的磁体,但也是能够产生最高稳态磁场的磁体。

而这个实验室,最先突破的就是混合磁体。

今天就围绕强磁体来说一说。

介绍一下强磁场

磁体的作用就是为了营造磁场,而磁场在人类的生活中无处不在。

首先地球本身就是一个强大的磁体,产生的强大磁场,将入侵地球的宇宙射线挡了回去,保护了地球上的生物。

甚至很多生物,在几亿年的进化中,会利用磁场来辨别方向。

进入到近代,人类更是可以利用磁场来制造电流。

人类对物质世界的研究,更是发现,在微观世界中居然也有磁场存在。

原子核的自旋、核外电子的自旋以及运动等等这些都和磁场有关。

所以打造一个强磁体,从而营造一个强磁场,这就成了很多科研人员的向往,因为这会让他们更好的了解这个世界。

比如量子霍尔效应,就是科学家在强磁场的条件下偶然发现的,而这一发现也让其成为诺贝尔奖的获得者。

事实上,从1913年以来,依靠强磁场已经让十九项研究成果,获得了诺贝尔奖。

所以强磁体技术,已然成为国际科技竞争的一个重要领域。

当然了,强磁体的研究对普通人的生活也有着举足轻重的重要性。

比如电子器件的小型化以及集成化,造成的电子器件功耗不断增大,以至于成为制约发展信息技术产业的一大难题。

以一台超级计算机为例,一年耗能约等于五万吨标准煤制造的电能,折合一下相当于消耗了价值一亿五千万元的电能。

预计在2030年的时候,全世界超算尤其是其中的大数据中心,消耗的电能,可以占据全球耗电量的22.3%。

而根据强磁场条件下发现的量子霍尔效应,超导电性,这都是可以降低功耗的关键。

除此之外还可以利用强磁场进行其他领域的研发,比如新材料、电磁冶金技术,磁共振成像技术等等。

各国强磁场的发展。

在整个强磁体营造强磁场领域中,美国是首个迈出这一步的国家。

他们在1960年的时候,就已经在麻省理工学院打造出了世界首个强磁场实验室。

这种开创一发不可收拾,后来又花费更大的代价,在佛罗里达州建立了更强的强磁场实验室。

这个强磁场实验室创造出来的稳态磁场可以达到四十万高斯。

到了八十年代末期九十年代初期,日本在筑波也开始建造强磁场实验室。

然后是法国的格勒诺布尔强磁场实验室,接着是荷兰的奈米跟强磁场实验室。

这里需要说明的一点是,这些国家虽然都建造了强磁场实验室,但能级并没有达到四十万高斯。

至于中国,别说四十万高斯的强磁场实验室,在相当长的一段时间里根本就没有强磁场实验室,以至于中国科学家因为缺少这个条件,失去了很多的机会,让中国相关的研究得不到发展。

比如一些开创性的想法或者方案,只能拿着PPT看着,继而束之高阁叹气,或者是被迫和国外同行进行合作。

所以打造强磁场实验室,也就成为了中国基础科技研究的一个急迫的向往。

中国打造强磁场实验室

强磁场实验室这么重要的科学实验场地去,其实在上个世纪六十年代的时候,中国就已经注意到了。

甚至在1964年,就打算在汉中建立一所物理中心,里面就包含着一所强磁场实验室。

只不过因为一些原因,这次的准备被耽误了。

其后在1978年的时候,在建立中国科学院等离子物理研究所的时候,就又开始推动这个实验室的建成。

最终在1992年的时候,中国就建成了混合磁体,只不过能级并不高只有二十万高斯。

但这也让中国成为了世界第七个拥有二十万高斯级稳态磁场的国家。

虽然这是一件很值得高兴的事,但要知道美国早在1960年就造出了首个这样的实验室,而且能级达到了四十万高斯。

所以相比较之下,中国还是差了很多。

不过作为涉及领域繁多的实验室,中国显然不可能原地踏步。

到了2007年的时候,国家的十一五重大科技基础设施,又一次开始推动更强的强磁场实验室的建造。

这就有了目前合肥建立的这个强磁场实验室,而且在建设过程中,中国科学院合肥物质科学院和中国科学技术大学进行共建。

而装置由华中科技大学进行打造。

直到2008年这个项目的基建正式开工。

整个实验室,在基建的过程中,实验室使用的装备,也在同时进行,实行两条腿走路。

在2013年的时候,首台水冷磁体建成,能级更是达到了二十七万高斯,此后又建成了四台。

最值得称道的是,建成的这五台水冷磁体,有三台创造了世界纪录。

不得不说,中国科研人员不出手则已,一出手就要一鸣惊人。

前文提到的混合磁体,前后用了八年的时间,在2017年研发完成。

这一设备,让中国成为了继美国之后,第二个拥有了四十万高斯以上的强磁体国家。

不得不感慨一下,美国在上个世纪六十年代就拥有了这样的装置,而中国近半个世纪之后才有。

值得骄傲的是,中国是从无到有,从弱到强发展起来的。

哈佛大学博士归国

从2009年开始,陆陆续续的有八位哈佛博士归国,来到了合肥市打造的这个强磁场实验室。

从而建立起了中国科学院强磁科学中心的一支核心科研团队。

他们分别是:王俊峰、刘青松、刘静、王文超、张欣、张钠、林文楚、任涛。

这八个人在科研领域中,说起来没什么大的名气,甚至可以说和鼎鼎大名挂不上一点钩,只是普通的留学归国人员。

但他们八个却是一个小团体,是决定一起回国的留学人员。

八人之所以集体回国,是因为王俊峰首次来合肥科学岛的时候,见到了当时的中科院合肥物质科学研究院主任匡光力。

王俊峰和匡光力的交谈很愉快,对方没有什么架子,而且听说王俊峰是强磁领域的博士,一脸的惜才,看到王俊峰的时候兴奋和激动就别提了。

所以在交谈的过程中,匡光力还着重介绍了中国强磁科学中心的规划,以及未来的蓝图。

当然所有的一切都是在一张白纸上给王俊峰讲解的,因为这个时候,中国的强磁科学中心还没落地,讲解也只能讲解中心未来的样子。

四十万高斯的稳态强磁场,虽然没有建成,但王俊峰听到了这个数据,同样激动不已。

毕竟世界上有这种能级的稳态强磁场,只有美国拥有。

现在中国也打算建造了,一旦成功,中国的强磁场就会跻身世界一流水平,作为一名科研人员岂有不动心的道理?

王俊峰在美国呆了十几年的时间,他深知美国的科研环境。

条件好是好,但能有独立实验室基本就是一个梦想,说到底也是为别人打工。

再说,金窝银窝,哪里有自己的窝好?

王俊峰回来了。

第二个动心的事刘青松,当他知道王俊峰回家了,他也想回家了。

刘青松的这颗心也在美国待不下去了,于是在王俊峰回家的第二年,他也去了合肥。

这一次同样是匡光力接待了他。

大饼!又一张大饼!只不过这次的大饼要比王俊峰来的时候好一点,至少有一个模样了。

刘青松回去,八个人都没有意外,甚至他给妻子打电话,妻子刘静都没有反对,因为回家是刘青松很早就有的想法。

其后刘静也放下了一切,也回家了。

后面是王文超和张欣这对夫妇。

不过作为中年夫妻,他们的态度就要谨慎一些,因为他们的两个孩子是在美国出生的,尤其是女儿已经七岁了。

七岁的年纪可以说是和美国的环境融了进去,那么要是回国,这就意味着女儿就要从新开始。

不过在一次小学举办的活动中,校方要求拿着自己国家的国旗,而女儿居然五星红旗是什么样子的都不知道。

他们又想到了,女儿虽然听得懂中文,但说的时候,更愿意说英文。

这让他们下定决心回家!

于是在2012年,他们带着孩子们来到了合肥。

剩下的三位,在刘青松不断的骚扰邀请下,让他们知道合肥的科学岛有多好。

其实这三位,也有想回家的打算。

比如张钠,在很多地方能听到贬低中国的言论,他每次要和人辩论。

但每一次辩论完之后,还是不断的有下一次。

他们在外时间越长,回家的心思也就越重。

在2016年任涛作为八人中的最后一位,回了家,加入到了位于合肥的中国科学院强磁场科学中心。

相信这样的情况会越来越多。

中国的科研也越来越强大。

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