小磁铁也能拥有超强威力。图片来源：ResonX /Jasmin Schoenzart

强力磁铁通常体积庞大、能耗极高。现在，科学家研制出一种能握在手掌中的磁铁，其磁场强度首次可以与全球最强大的磁铁相媲美。相关论文3月11日发表于《科学进展》。

强磁体在科技领域用途广泛，涵盖了磁共振（MRI）成像、粒子加速器及核聚变研究等。其中性能最强的磁铁由超导体制成，这种材料的导电效率近乎完美。

产生强磁场的超导磁铁通常体积庞大。瑞士苏黎世联邦理工学院的Alexander Barnes表示，小型超导磁铁通常和《星球大战》里的机器人R2-D2差不多大，最大的则堪比两层楼。

Barnes团队研制出一款直径仅3.1毫米的超导磁铁，其强度可与那些大型磁铁相媲美。他们用一种名为REBCO的陶瓷材料制成了这种磁体。该材料在极低温度下具备超导特性，当电流通过线圈时会产生磁场。

Barnes介绍，团队从一家商业公司采购了REBCO带材，先后制作并测试了150多种方案，最终找到了最优设计。“我们的思路是践行一种‘频繁试错、快速迭代’的研发策略。”

研究人员最终确定的设计采用了两个或4个饼状REBCO线圈，分别可产生38特斯拉与42特斯拉的磁场。相比之下，普通冰箱贴的磁场强度通常不足0.01特斯拉。目前全球稳定磁场最强的两个磁铁约为45特斯拉，重达数吨，最高需要30兆瓦的电力。而Barnes团队研制出的磁铁比手掌还小，功率不足1瓦。

Barnes说，团队的最终目标是将这种磁铁用于核磁共振（NMR）技术—— 一种利用磁场揭示药物、催化剂等分子结构的实验技术。在他看来，NMR技术长期受限于磁铁体积和高昂的成本，研究团队希望能让更多化学家用上这项技术。目前，他们已开始在NMR设备中测试这种微型磁铁。

英国伦敦国王学院的Mark Ainslie评价：“传统上，产生40特斯拉以上的磁场需要庞大且昂贵的装置，而用超导带材在如此紧凑的设备中实现类似的场强意义重大。这意味着，更多实验室有望在不久后用上超高场强磁铁。”

Ainslie也指出，该磁铁想要广泛应用仍有诸多问题需要解决，如磁场的均匀性优化、线圈电磁行为的调控与管理等。

（李木子）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1126/sciadv.adz5826