Ερευνητές στο ETH Zurich κατασκεύασαν έναν υπεραγώγιμο μαγνήτη διαμέτρου μόλις 3,1 χιλιοστών που παράγει πεδίο έως 42 Tesla — συγκρίσιμο με τους ισχυρότερους μαγνήτες του κόσμου. Το επίτευγμα ανοίγει τον δρόμο για φθηνότερη και πιο προσβάσιμη επιστημονική έρευνα, ιδίως στη φασματοσκοπία NMR.
Οι ισχυροί μαγνήτες είναι συνήθως τεράστιοι. Ο μεγαλύτερος μαγνήτης που παράγει σταθερό μαγνητικό πεδίο στον κόσμο έχει ύψος διώροφης πολυκατοικίας, ζυγίζει πολλούς τόνους και καταναλώνει έως 30 μεγαβάτ ισχύος. Ακόμα και οι «μικρότεροι» αδελφοί του έχουν περίπου το μέγεθος του R2D2 από το Star Wars. Αυτή η πραγματικότητα περιορίζει την πρόσβαση σε ισχυρά μαγνητικά πεδία σε λίγα, εξαιρετικά χρηματοδοτούμενα εργαστήρια παγκοσμίως.
Ο Alexander Barnes και η ομάδα του στο ETH Zurich μόλις άλλαξαν αυτή την εξίσωση. Κατασκεύασαν έναν υπεραγώγιμο μαγνήτη που χωράει στην παλάμη του χεριού — διάμετρος 3,1 χιλιοστά — και παράγει μαγνητικό πεδίο 38 έως 42 Tesla, ανάλογα με τη διαμόρφωση. Για σύγκριση, ένας κοινός μαγνήτης ψυγείου φτάνει μόλις τα 0,01 Tesla. Και ενώ οι βιομηχανικοί κολοσσοί χρειάζονται δεκάδες μεγαβάτ για να λειτουργήσουν, αυτός ο μαγνήτης απαιτεί λιγότερο από 1 βατ ισχύος.
Το υλικό που έκανε το θαύμα δυνατό λέγεται REBCO — ένα κεραμικό υλικό που γίνεται υπεραγωγός όταν ψυχθεί σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Η ομάδα αγόρασε λεπτές ταινίες REBCO από εμπορική εταιρεία και τις τύλιξε σε σχήμα τηγανίτας — δύο ή τέσσερις τέτοιες στρώσεις αρκούν για να παραχθεί το εντυπωσιακό πεδίο. Ο δρόμος ως εκεί δεν ήταν ευθύς: η ομάδα κατασκεύασε και δοκίμασε πάνω από 150 πρωτότυπα πριν καταλήξει στη βέλτιστη σχεδίαση. «Η στρατηγική μας ήταν να αποτυγχάνουμε συχνά και γρήγορα», λέει ο Barnes.
Ο στόχος είναι η φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού, γνωστή ως NMR — μια τεχνική που χρησιμοποιεί μαγνητικά πεδία για να αποκαλύψει τη δομή μορίων, από φάρμακα μέχρι βιομηχανικούς καταλύτες. Σήμερα, το NMR υψηλής ισχύος είναι προνόμιο λίγων εργαστηρίων λόγω κόστους και υποδομής. Αν ένας μαγνήτης στο μέγεθος μολυβιού μπορεί να αντικαταστήσει έναν εξοπλισμό αξίας εκατομμυρίων, η τεχνική θα γίνει προσβάσιμη σε πολύ περισσότερους ερευνητές.
Ο Mark Ainslie από το King’s College London χαρακτηρίζει το αποτέλεσμα «σημαντικό», σημειώνοντας ότι η παραγωγή πεδίων άνω των 40 Tesla απαιτούσε παραδοσιακά τεράστιες και δαπανηρές εγκαταστάσεις. Ωστόσο, επισημαίνει ότι παραμένουν ανοιχτά ερωτήματα: πόσο ομοιόμορφο μπορεί να γίνει το μαγνητικό πεδίο και πώς θα ελέγχεται η ηλεκτρομαγνητική συμπεριφορά των πηνίων σε πρακτικές συνθήκες. Η ομάδα έχει ήδη αρχίσει να δοκιμάζει τον μαγνήτη σε πραγματική διάταξη NMR — τα επόμενα αποτελέσματα θα δείξουν αν η υπόσχεση γίνεται εργαλείο.
