穩態強磁場實驗裝置

Ⅰ 國之重器穩態強磁場實驗裝置有何驚艷之處

9月27日，國家重大科技基礎設施「穩態強磁場實驗裝置」在合肥通過國家驗收，這使我國成為繼美國、法國、荷蘭、日本之後第五個擁有穩態強磁場的國家。

據了解，「穩態強磁場實驗裝置」包括十台強磁場磁體裝置和六大類實驗測量系統以及極低溫、超高壓實驗系統。中國科學院合肥物質科學研究院為承擔項目單位，中國科學技術大學為共建單位。穩態強磁場研製團隊經過多年自主創新，打破國際技術壁壘，成功克服關鍵材料國際限制、關鍵技術國內空白等重大難題，成功建成繼美國之後世界第二台40T級混合磁體，建成三台場強創世界紀錄的水冷磁體。首創SMA組合顯微系統，建立了國際領先的科學實驗系統，實現了我國穩態強磁場極端條件的重大突破。

Ⅱ 中國科學院合肥物質科學研究院的下屬研究所簡介

等離子體物理研究所成立於1978年9月現已發展成為中國主要核聚變研究基地之一並成為世界實驗室在中國設立的核聚變研究中心。先後建成並運行了三代托卡馬克核聚變實驗裝置——常規磁體托卡馬克HT-6B、HT-6M，我國第一個圓截面超導托卡馬克HT-7，世界上第一個非圓截面全超導托卡馬克EAST。隨著EAST輔助加熱系統建設和裝置升級改造，EAST將在國際聚變界上起到更加重要的作用，為ITER和我國下一代聚變堆奠定必要的科學技術基礎。等離子體所高度重視大科學工程項目派生出來的技術應用及其發展，積極開拓新的研究領域和交叉科學，確立了低溫等離子體技術在環境、新能源、化工、新材料等領域的應用研究。其中，太陽能材料與工程研究方面，建成大面積染料敏化太陽電池製作實驗線，並在安徽省銅陵市建立了「染料敏化太陽電池中試生產基地」。等離子體技術應用方面，積極進行技術成果轉化，2012年底與黑龍江省牡丹江市簽約建設「中科院等離子體應用技術中試基地」。
安徽光學精密機械研究所成立於1970年12月，經過30餘年艱苦創業已形成了以大氣光學、環境光學及環境監測技術和激光技術等應用基礎研究為主的特色優勢學科領域，在激光大氣傳輸和激光大氣探測、激光光譜學、環境光學和環境監測技術、遙感和輻射定標與修正、新型激光器和晶體材料、醫學光電子和激光醫療儀器、光電子學和光電工程等方面承擔了大量國家重點科技攻關項目；在環境監測技術、工業和醫用激光技術、激光晶體材料等方面開發出了系列高技術產品。
固體物理所成立於1982年3月，由著名物理學家、中科院院士葛庭燧擔任第一任所長，主要從事凝聚態物理和材料物理的實驗和理論研究。研究領域包括納米材料與納米結構、機械振動吸收能譜學、計算凝聚態物理理論和計算材料科學、氧化物的電子輸運等。該所現已擁有國際一流、頻譜齊全、溫度范圍寬的內耗測量裝置和一批材料制備及其物性和微結構分析測試設備，其科研人員的論文發表數和被引用數在全國研究機構中位於前列，並成為主持國家九七三項目納米材料與納米結構的首席科學家單位之一。
合肥智能機械研究所建所於1979年10月，其前身為五十年代成立的中科院華東自動化元件及儀表研究所。經過幾代人不懈的努力與奮斗，智能所現已成為我國感測器技術和智能技術研究的重要基地之一，建立起一支既能承擔國家重大科研任務，又能適應社會主義市場經濟體制，善於聯合攻關的科技隊伍。其主要學科方向為感測技術與智能技術，研究領域包括厚膜敏感材料與感測器、化學感測器與智能材料、微感測器與微系統、機器人感測器和智能感測器以及農業信息技術、物流自動化、圖像處理與模式識別等。該所是感測技術國家重點實驗室厚膜專業點和國家863智能機器人技術實驗室的依託單位。
強磁場科學中心成立於2008年4月30日，為科學院下屬的一個非法人科研單元，掛靠在中國科學院合肥物質科學研究院。根據國家發改委對於強磁場重大科技基礎設施項目的批復，未來將依託該中心建設國家強磁場科學中心。強磁場科學中心的發展目標有三項：一、建設國際先進的強磁場實驗條件，滿足我國多學科研究對於穩態強磁場實驗條件的基本需要；二、開展強磁場下物理、化學、生命科學、以及材料等多學科前沿探索；三、發展強磁場相關技術，並在強磁場條件下加強新技術發明創造。在未來五年內，強磁場科學中心主要致力於建設穩態強磁場實驗裝置大科學工程項目，建設比較完善的穩態強磁場實驗條件，建成一支精乾的強磁場科學技術研究隊伍。強磁場科學中心承擔的穩態強磁場實驗裝置項目是國家發改委批准立項的「十一五」國家重大科學基礎設施建設項目。
先進製造技術研究所（以下簡稱先進製造所）是中國科學院合肥物質科學研究院（以下簡稱合肥研究院）下屬的七個研究單位之一，坐落在風景秀麗的常州，學科方向為機器人與智能裝備。 2007年1月合肥研究院與常州市科教城共建的「常州機械電子工程研究所」成立，2010年1月10日合肥研究院和常州市政府簽署協議共建「中國科學院合肥物質科學研究院先進製造技術研究所」。先進製造所是以常州機械電子工程研究所為基礎，與原中國科學院合肥智能機械研究所智能車輛技術中心和常州現代設計與製造中心合並而成，並注冊為常州市事業法人「常州先進製造技術研究所」。
技術生物與農業工程研究所 是隸屬於合肥物質科學研究院的非法人獨立機構，前身系等離子體所離子束生物工程學研究室，現有中國科學院、安徽省重點實驗室，國家發酵技術工程中心，「安徽省院士工作站」。主要學科方向是：植物遺傳工程、輻照技術與輻照物理、微生物過程、輻射與環境毒理、材料與環境工程等。
中國科學院合肥物質科學研究院醫學物理與技術中心 是隸屬於中國科學院合肥物質科學研究院的非法人科研單元，於2010年5月成立，是一個以高端物理技術向醫學應用轉化研究為主的創新科研機構。
中心主要定位是：針對我國防控和診治重大疾病及常見多發病的實際需求，面向醫學物理技術前沿，以精確放療、質譜檢測、核磁成像、等離子體醫療、激光醫療、運動健康等先進醫學物理技術研究為先導，探索醫學物理新方法和新技術的診療機理，發展相關新型醫療技術，運用新技術提高臨床診療技術水平，培養專業人 。
人才戰略
人才隊伍：合肥物質科學研究院作為國家科學研究的骨幹力量，科技力量雄厚，先後擁有四名院士，現有職工2404餘名，科技人員約1700人，其中研究員297人，副研691人，有博士生導師85名，碩士導師161名，國家傑出青年基金獎獲得者2人，引進國外傑出人才以及科學院「百人計劃」入選者24人，客座研究員和訪問學者17人。在職人員中，在職職工60.7%具有研究生學歷，40.3%具有博士學位。設有博士後流動站3個，博士點6個，碩士點18個。已為國內外科研機構、高校和企業等輸送了1500多名具有碩士、博士學位的高科技人才。現有在學研究生1305人；設有等離子物理、凝聚態物理、光學、大氣科學、核科學與技術5個博士後流動站，在站博士後59人 。

Ⅲ 舉一些利用超導材料的例子

1962年，年僅20多歲的劍橋大學實驗物理研究生約瑟夫遜在著名科學家安德森指導下研究超導體能隙性質，他提出在超導結中，電子對可以通過氧化層形成無阻的超導電流，這個現象稱作直流約瑟夫遜效應。當外加直流電壓為V時，除直流超導電流之外，還存在交流電流，這個現象稱作交流約瑟夫遜效應。將超導體放在磁場中，磁場透入氧化層，這時超導結的最大超導電流隨外磁場大小作有規律的變化。約瑟夫遜的這一重要發現為超導體中電子對運動提供了證據，使對超導現象本質的認 識更加深入。約瑟夫森效應成為微弱電磁信號探測和其他電子學應用的基礎。

70年代超導列車成功地進行了載人可行性試驗。超導列車是在車上安裝強大的超導磁體，地上安放一系列金屬環狀線圈。當車輛行進時，車上的磁體在地上的線圈中感應起相反的磁極，使兩者的斥力將車子浮出地面。車輛在電機牽引下無摩擦地前進，時速可高達500千米。

1987年3月12日中國北京大學成功地用液氮進行超導磁懸浮實驗。

1987年日本鐵道綜合技術研究所的「MLU002」號磁懸浮實驗車開始試運行

1991年3月日本住友電氣工業公司展示了世界上第一個超導磁體。

1991年10月日本原子能研究所和東芝公司共同研製成核聚變堆用的新型超導線圈。該線圈電流密度達到每平方毫米40安培，為過去的3倍多，達到世界最高水準。該研究所把這個線圈大型化後提供給國際熱核聚變堆使用。這個新型磁體使用的超導材料是鈮和錫的化合物。

1992年1月27日第一艘由日本船舶和海洋基金會建造的超導船「大和」1號在日本神戶下水試航。超導船由船上的超導磁體產生強磁場，船兩側的正負電極使水中電流從船的一側向另一側流動，磁場和電流之間的洛化茲力驅動船舶高速前進。這種高速超導船直到目前尚未進入實用化階段，但實驗證明，這種船舶有可能引發船舶工業爆發一次革命，就像當年富爾頓發明輪船最後取代了帆船那樣。

1992年一個以巨型超導磁體為主的超導超級對撞機特大型設備，於美國得克薩斯州建成並投入使用，耗資超過82億美元。

1996年改進高溫超導電線的研究工作取得進展，製成了第一條地下輸電電纜。歐洲電纜巨頭皮雷利電纜公司、美國超導體公司和舊金山的電力研究所的工人，共同把6000米長的鉍、鍶、鈣、銅和氧製成的線纏繞到一根保持超導溫度的液氮的空管子上。

目前國內外的研究狀況及發展趨勢

強磁場實驗裝置是開展強磁場下物理實驗的最基本條件。建立20T以上的穩態強磁場裝置是復雜的涉及多學科和高難度的大型綜合性科學工程，其建設費用高，磁體裝置的運行費用也很高。正因為如此，目前國際上擁有20T以上的穩態磁體的強磁場實驗中心僅分布在主要的工業大國。世界上第一個強磁場實驗室於1960年建於美國的MIT。隨後，歐州的英國、荷蘭、法國和德國以及東歐和蘇聯相繼在70年代建立了強磁場實驗室。日本的強磁場實驗室建於80年代初。磁場水平由60年代的20T，提高到80年代的30T。90年代初，美國政府決定在Florida建立新的國家強磁場實驗室,日本在築波建立了新的強磁場實驗室,強場磁體技術有了長足的進步和發展，穩態磁場水平近期可望達到40-50T。

伴隨著強磁場實驗室的建立，強磁場下的物理研究也在不斷深入。量子霍爾效應的發現得到了1985年諾貝爾物理學獎。它是在20T穩態強磁場中研究金屬－氧化物－半導體場效應晶體管輸運過程時觀測到的。近年來，有關強磁場下物理工作的文章對每個強磁場實驗室來說平均每年都在上百篇，其中有很多重要的科學發現。目前的發展趨勢普遍是將凝聚態物理學領域中前沿的研究對象如高溫超導材料、納米材料、低維系統等同強磁場極端條件相結合加以研究。在Grenoble強磁場實驗室，半導體材料和半導體超晶格中的光電特性以及元激發及其互作用等是其主要的研究內容，而在美國、日本等強磁場實驗室，則側重在高溫超導材料、低維系統、強關聯電子系統、人造超晶格以及新材料等方面。同時，強磁場下的化學反應過程、生物效應等方面的研究也逐漸為人們所重視。

在中國雖有一些6T-12T的超導磁體分散在全國各地，但尚未形成一個全國性的強磁場實驗中心，我國在10T以上穩態強磁場下的系統的科學研究工作尚屬空白。為滿足國內強磁場研究工作的需要，早在1984年中國科學院數理學部就組織論證，決策在等離子體物理研究所建立以20T穩態強磁場裝置為主體的強磁場實驗室。該裝置於1992年建成並投入運行。與此同時，實驗室相繼建成了多個能滿足不同物理實驗、場強在15T左右的穩態強磁場裝置，配備了相應的輸運和磁化測量系統以及低溫系統。中國科學院院士、著名物理學家馮端先生在了解了合肥強磁場實驗室的情況後非常感慨地說：過去中國沒有強磁場條件，對有關強磁場下的物理工作連想都不敢想，現在有了強磁場條件我們應該好好的考慮考慮這方面的問題了。

超導科學研究

1.非常規超導體磁通動力學和超導機理

主要研究混合態區域的磁通線運動的機理，不可逆線性質、起因及其與磁場和溫度的關系，臨界電流密度與磁場和溫度的依賴關系及各向異性。超導機理研究側重於研究正常態在強磁場下的磁阻、霍爾效應、漲落效應、費米面的性質以及T<Tc時用強磁場破壞超導達到正常態時的輸運性質等。對有望表現出高溫超導電性的體系象有機超導體等以及在強電方面具有廣闊應用前景的低溫超導體等，也將開展其在強磁場下的性質研究。

2.強磁場下的低維凝聚態特性研究

低維性使得低維體系表現出三維體系所沒有的特性。低維不穩定性導致了多種有序相。強磁場是揭示低維凝聚態特性的有效手段。主要研究內容包括：有機鐵磁性的結構和來源；有機（包括富勒烯）超導體的機理和磁性；強磁場下二維電子氣中非線性元激發的特異屬性；低維磁性材料的相變和磁相互作用；有機導體在磁場中的輸運和載流子特性；磁場中的能帶結構和費米面特徵等。

3.強磁場下的半導體材料的光、電等特性

強磁場技術對半導體科學的發展愈益變得重要，因為在各種物理因素中，外磁場是唯一在保持晶體結構不變的情況下改變動量空間對稱性的物理因素，因而在半導體能帶結構研究以及元激發及其互作用研究中，磁場有著特別重要的作用。通過對強磁場下半導體材料的光、電等特性開展實驗研究，可進一步理解和把握半導體的光學、電學等物理性質，從而為製造具有各種功能的半導體器件並發展高科技作基礎性探索。

4.強磁場下極微細尺度中的物理問題

極微細尺度體系中出現許多常規材料不具備的新現象和奇異特性，這與這類材料的微結構特別是電子結構密切相關。強磁場為研究極微細尺度體系的電子態和輸運特性提供強有力的手段，不但能進一步揭示這類材料在常規條件下難以出現的奇異現象，而且為在更深層次下認識其物理特性提供豐富的科學信息。主要研究強磁場下極微細尺度金屬、半導體等的電子輸運、電子局域和關聯特性；量子尺寸效應、量子限域效應、小尺寸效應和表面、界面效應；以及極微細尺度氧化物、碳化物和氮化物的光學特性及能隙精細結構等。

5.強磁場化學

強磁場對化學反應電子自旋和核自旋的作用，可導致相應化學鍵的松馳，造成新鍵生成的有利條件，誘發一般條件下無法實現的物理化學變化，獲得原來無法制備的新材料和新化合物。強磁場化學是應用基礎性很強的新領域，有一系列理論課題和廣泛應用前景。近期可開展水和有機溶劑的磁化及機理研究以及強磁場誘發新化學反應研究等。

6.磁場下的生物學、生物－醫學研究等

磁體科學和技術

強磁場的價值在於對物理學知識有重要貢獻。八十年代的一個概念上的重要進展是量子霍爾效應和分數量子霍耳效應的發現。這是在強磁場下研究二維電子氣的輸運現象時發現的（獲85年諾貝爾獎）。量子霍爾效應和分數量子霍爾效應的發現激起物理學家探索其起源的熱情，並在建立電阻的自然基準，精確測定基本物理常數e，h和精細結構常數(＝e2/h(0c等應用方面，已顯示巨大意義。高溫超導電性機理的最終揭示在很大程度上也將依賴於人們在強磁場下對高溫超導體性能的探索。

熟悉物理學史的人都清楚，由固體物理學演化為凝聚態物理學，其重要標志就在於其研究對象的日益擴大，從周期結構延伸到非周期結構，從三維晶體拓寬到低維和高維，乃至分數維體系。這些新對象展示了大量新的特性和物理現象，物理機理與傳統的也大不相同。這些新對象的產生以及對新效應、新現象的解釋使得凝聚態物理學得以不斷的豐富和發展。在此過程中，極端條件一直起著至關重要的作用，因為極端條件往往使得某些因素突出出來而同時抑制其它因素，從而使原本很復雜的過程變得較為簡單，有利於直接了解物理本質。

相對於其它極端條件，強磁場有其自身的特色。強磁場的作用是改變一個系統的物理狀態，即改變角動量（自旋）和帶電粒子的軌道運動，因此，也就改變了物理系統的狀態。正是在這點上，強磁場不同於物理學的其他一些比較昂貴的手段，如中子源和同步加速器，它們沒有改變所研究系統的物理狀態。磁場可以產生新的物理環境，並導致新的特性，而這種新的物理環境和新的物理特性在沒有磁場時是不存在的。低溫也能導致新的物理狀態，如超導電性和相變，但強磁場極不同於低溫，它比低溫更有效，這是因為磁場使帶電的和磁性粒子的遠動和能量量子化，並破壞時間反演對稱性，使它們具有更獨特的性質。

強磁場可以在保持晶體結構不變的情況下改變動量空間的對稱性，這對固體的能帶結構以及元激發及其互作用等研究是非常重要的。固體復雜的費米面結構正是利用強磁場使得電子和空穴在特定方向上的自由運動從而導致磁化和磁阻的振盪這一原理而得以證實的。固體中的費米面結構及特徵研究一直是凝聚態物理學領域中的前沿課題。當今凝聚態物理基礎研究的許多重大熱點都離不開強磁場這一極端條件，甚至很多是以強磁場下的研究作為基礎。如波色凝聚只發生在動量空間，要在實空間中觀察到此現象必需在非均勻的強磁場中才得以可能。又如高溫超導的機理問題、量子霍爾效應研究、納米材料和介觀物體中的物理問題、巨磁阻效應的物理起因、有機鐵磁性的結構和來源、有機（包括富勒烯〕超導體的機理和磁性、低維磁性材料的相變和磁相互作用、固體中的能帶結構和費米面特徵以及元激發及其互作用研究等等，強磁場下的研究工作將有助於對這些問題的正確認識和揭示，從而促進凝聚態物理學的進一步發展和完善。

帶電粒子象電子、離子等以及某些極性分子的運動在磁場特別是在強磁場中會產生根本性變化。因此，研究強磁場對化學反應過程、表面催化過程、材料特別是磁性材料的生成過程、生物效應以及液晶的生成過程等的影響，有可能取得新的發現，產生交叉學科的新課題。強磁場應用於材料科學為新的功能材料的開發另闢新徑，這方面的工作在國外備受重視，在國內也開始有所要求。高溫超導體也正是因為在未來的強電領域中蘊藏著不可估量的應用前景才引起科技界乃至各國政府的高度重視。因此，強磁場下的物理、化學等研究，無論是從基礎研究的角度還是從應用角度考慮都具有非常重要的科學和技術上的意義，通過這一研究，不僅有助於將當代的基礎性研究向更深層次開拓，而且還會對國民經濟的發展起著重要的推動作用。

近期的研究課題

1.強磁場下低維系統的輸運性質和Shubnikov-deHaas效應（國家自然科學基金項目）

層狀鈣鈦結構La-M-Mn-O(M=Ca,Sr,Ba)體系是1994年剛觀察到巨大的巨磁阻效應的單位體系，其形成機制尚不清楚，並且到目前為止僅限於電阻的磁場關系和溫度關系研究，其他輸運性質的測量尚未見報道。我們將著重強磁場（直到20T）下Hall效應及其磁場關系和溫度關系的研究，這是探索導電和巨磁阻效應的機制和電子結構的一個重要方法。另一方面，這一測量可以為觀測量子振盪現象，如deHass-vanAlphen效應和Shubnikov-deHaas效應的條件，即h(>kBT和(c(>>1所必須的磁場強度作出判斷。為開展這類材料費米性質研究奠定基礎。

有機導體和超導體，由於小的電子有效質量和高的遷移率，10－20T強磁場可以滿足觀察量子振盪現象的必要條件。我們將利用磁阻測量中的Shubnikov-deHaas效應，研究有機導體和有機超導體的費米面性質作為主要目標，並研究其它輸運性質。

以上研究中微弱信號的檢測是這一研究中的關鍵技術之一，我們已經建立，有待進一步提高。高的樣品質量是這研究的另一重要問題。否則，量子振盪會因為量子軌道受到碰撞而模糊不清。我們擬利用高質量的單晶或外延薄膜滿足這一要求。

本項目的特色與創新之處：

1.利用20T強磁場和溫度這一極端條件，以研究低維體系的電子能帶結構，乃至費米面為目的的輸運性質研究，在國內尚屬首次；

2.層狀鈣鈦礦結構導體La-M-Mn-O(M=Ca,Sr,Ba)的輸運性質是凝聚態物理中的前沿課題。有關強磁場下電子能帶結構和Hall效應的研究尚未見報道。

3.在強磁場和低溫條件下，存在著新的科學機遇，可望新現象和新效應的發現。

2.高溫超導體磁通動力學及高溫超導機理的探索（院九五重點基金項目）

高溫超導機理雖進行了大量的理論和實驗研究，但至今仍然是一個未被解決的問題，對其正常態性質特別是低溫下的正常態性質系統的了解將有助於對這一問題的正確揭示。由於高Tc材料的Tc太高，人們無法研究其低溫下但仍處於正常態時的行為，同時由於上臨界場又非常高，大大超過目前實驗室所能達到的最大穩態場，因此以往那種用外加磁場迫使超導樣品進入正常態的方法失去了意義。因此，選擇Tc低但又能反映高溫超導特徵的合適體系對這一問題的研究尤為重要，這樣就可以利用實驗室所能達到的穩態強磁場條件，通過強磁場迫使超導樣品進入正常態以開展其低溫下的正常態特性研究，從而為正確揭示高溫超導電性的機理提供實驗依據。

高溫超導體進入混合態後的行為雖然顯示出和常規二類超導體相類似的行為，但存在眾多的實驗現象在常規理論的基礎上不能得以解釋。早在其發現後不久人們就注意到，在這類材料的H-T圖上，除了臨界場強Hc1與Hc2的曲線外，還多一條不可逆線Hirr(T)。進一步研究表明在Hc1與Hirr(T)之間的區域磁通點陣是不可移動的因而保持零電阻特徵，而在Hirr(T)與Hc2之間的區域磁通點陣是可移動的故有電阻出現，意味著高溫超導體的應用范圍將局限在一定的Hirr(T)值之下。因此，探討不可逆線的物理本質是否是內稟的以及哪些因素對其有影響，無論是物理的角度還是從這類材料今後的應用前景角度考慮都是非常有意義的。另外一個基本的但至今仍沒有定論的問題是不可逆線之上的磁通動力學行為，常規的針對第二類超導體所提出的一些基本圖象在Hirr(T)與Hc2之間的區域是否仍然成立，還有在這一區域的渦旋運動規律如何，特別是在高溫下但釘扎勢很弱的情況下的渦旋運動如何去描述等等，這些問題的澄清有待於實驗上的更深入地系統研究。

主要研究內容:

1.高溫超導電性的機理

選擇具有低Tc但又能反映高溫超導體特徵的La-Sr-Cu-O系統作為研究對象，外加強磁場迫使超導樣品進入正常態，開展很低溫度但仍處在正常態時的輸運性質，主要有三方面的研究內容，一是研究沿導電層的電阻率隨溫度的變化行為以探討電子散射機制；二是研究沿垂直於導電層方向的電阻率隨溫度的變化行為，探討相鄰導電層之間的其它層性質對系統整體的性能影響，並探討低溫時沿導電層的電阻率和沿垂直於導電層的電阻率之比是否仍然象高溫時那樣強烈地依賴於溫度；三是通過霍爾系數的測量，研究它隨溫度的變化行為以及這種變化是否可以基於費米液體理論得以解釋。最終期望為正確揭示高溫超導電性的機理提供實驗依據；四是，由於高溫超導體的未摻雜原型相是磁性絕緣體，通過摻雜引入了載流子，相應的磁性響應發生改變，在此過程中包含有豐富的物理相變內容，伴隨著相變的發生，載流子的濃度和類型、局域化行為、銅氧化物層上的電子散射機理以及層間的藕合機理等均會明顯改變，從而最終導致這類材料的整體性質的千變萬化，深入研究各種相變的特徵以及探討局域化行為是本研究的主要內容之一。

2.混合態磁通動力學行為及相關的物理現象

從實驗角度研究La-Sr-Cu-O高溫超導體磁場下的電阻轉變的展寬、臨界電流密度隨溫度的變化規律、I-V曲線等。通過磁阻和I-V以及臨界電流密度等的測量並結合磁化實驗，希望對不可逆線的物理本質以及影響其行為的因素有所了解；通過不同的電流和磁場幾何位型下的輸運性質的測量並與已有的模型作定量地比較性研究，以探討磁通運動的規律；對臨界電流密度作深入的系統實驗研究，探討磁通釘扎機理以及改善磁場下臨界電流密度的有效途徑。最終希望在這些研究的基礎上來間接地探討高溫超導體混合態時的磁通動力學行為。

3.強磁場下Bi－2201單晶的輸遠性質研究（國家超導攻關項目）

自從高溫超導體被發現以來，對它的超導態進行了大量的實驗及理論研究。人們發現它的超導態基本上是正常的，即除了相干長度較短及幾乎沒有同位素效應外高Tc材料在超導態上與超導體沒有什麼不同。但是，高溫超導體的正常態卻表現出很復雜的情況。盡管人們對高Tc材料的正常態有了許多了解，但仍然有許多問題尚未弄清楚。其中一個重要原因就是高Tc材料的Tc太高，人們很難研究它的低溫行為。而同時它的上臨界場又非常高，大約在100T以上。這么強的磁場大大超過目前實驗室能夠得到的最高穩態磁場。因此，以往那種加磁場迫使樣品進入正常態的方法失去了意義。另一方面，有些高Tc材料的重要的實驗現象必須得在較低的溫度下澄清。例如，高Tc材料的電阻率在低溫下正比於溫度的一次方。而不是溫度的五次方（電聲相互作用的結果）。

有人認為，這可能是由於高Tc材料的德拜溫度太低造成的。因為電阻率的T5行為僅在1/4德拜溫度以下出現。如果假定德拜溫度為100K，則T5行為應出現在25K以下。因此為了澄清這類疑難問題，也必須尋找一種Tc在10K以下的高Tc材料。熱電勢也有類似的情況。因此綜合上面的分析，不難看出，為了更好地研究高Tc材料的正常態性質，我們必須尋找一種高Tc材料，它的Tc是越低越好。

Bi－2201相對所有高Tc材料具有最低的Tc（單晶樣品大約在7K左右），而且它的結構相對簡單，僅有一層銅氧面。但是2201相具有復雜的相關系，超導的Bi－2201僅存在於相圖上一個很窄的范圍內。早期甚至有人認為它是不超導的。因此許多有關Bi-2201相的物理工作都在不超導的樣品上進行的。摻雜La可以使超導單晶相對容易獲得，我們的最新結果是Tc可以高達25K，目的就是研究它的正常態輸運性質。研究它的正常態電阻率是否起多大作用。研究它的霍爾系數是否有對溫度很強的溫度依賴性，而這種強的溫度依賴性能否用費米液體的觀點來解釋。研究它的熱電勢能否用傳統的理論來解釋，從而為高Tc的研究工作提供重要的實驗證據。

Ⅳ 什麼是脈沖強磁場它有什麼規律

磁現象是物質的基本現象之一。科學研究早已證實，當物質處在磁場中，其內內部結構可能發生改變容，磁場因而一直是研究物理等諸多學科的一種非常有用的工具。強磁場與極低溫、超高壓一樣，被列為現代科學實驗最重要的極端條件之一。它可分為穩態強磁場和脈沖強磁場兩大類，其對應的發生裝置又分為穩態強磁場裝置和脈沖強磁場裝置。 由於在極端磁場條件下，物質的結構會發生改變，利用這一技術，能為物理、材料、化學、生命與醫學等領域的科研提供平台，比如醫學上運用的核磁共振成像技術[2]。

Ⅳ 超導材料的應用

1962年，年僅20多歲的劍橋大學實驗物理研究生約瑟夫遜在著名科學家安德森指導下研究超導體能隙性質，他提出在超導結中，電子對可以通過氧化層形成無阻的超導電流，這個現象稱作直流約瑟夫遜效應。當外加直流電壓為V時，除直流超導電流之外，還存在交流電流，這個現象稱作交流約瑟夫遜效應。將超導體放在磁場中，磁場透入氧化層，這時超導結的最大超導電流隨外磁場大小作有規律的變化。約瑟夫遜的這一重要發現為超導體中電子對運動提供了證據，使對超導現象本質的認 識更加深入。約瑟夫森效應成為微弱電磁信號探測和其他電子學應用的基礎。

70年代超導列車成功地進行了載人可行性試驗。超導列車是在車上安裝強大的超導磁體，地上安放一系列金屬環狀線圈。當車輛行進時，車上的磁體在地上的線圈中感應起相反的磁極，使兩者的斥力將車子浮出地面。車輛在電機牽引下無摩擦地前進，時速可高達500千米。

1987年3月12日中國北京大學成功地用液氮進行超導磁懸浮實驗。

1987年日本鐵道綜合技術研究所的「MLU002」號磁懸浮實驗車開始試運行

1991年3月日本住友電氣工業公司展示了世界上第一個超導磁體。

1991年10月日本原子能研究所和東芝公司共同研製成核聚變堆用的新型超導線圈。該線圈電流密度達到每平方毫米40安培，為過去的3倍多，達到世界最高水準。該研究所把這個線圈大型化後提供給國際熱核聚變堆使用。這個新型磁體使用的超導材料是鈮和錫的化合物。

1992年1月27日第一艘由日本船舶和海洋基金會建造的超導船「大和」1號在日本神戶下水試航。超導船由船上的超導磁體產生強磁場，船兩側的正負電極使水中電流從船的一側向另一側流動，磁場和電流之間的洛化茲力驅動船舶高速前進。這種高速超導船直到目前尚未進入實用化階段，但實驗證明，這種船舶有可能引發船舶工業爆發一次革命，就像當年富爾頓發明輪船最後取代了帆船那樣。

1992年一個以巨型超導磁體為主的超導超級對撞機特大型設備，於美國得克薩斯州建成並投入使用，耗資超過82億美元。

1996年改進高溫超導電線的研究工作取得進展，製成了第一條地下輸電電纜。歐洲電纜巨頭皮雷利電纜公司、美國超導體公司和舊金山的電力研究所的工人，共同把6000米長的鉍、鍶、鈣、銅和氧製成的線纏繞到一根保持超導溫度的液氮的空管子上。

目前國內外的研究狀況及發展趨勢

強磁場實驗裝置是開展強磁場下物理實驗的最基本條件。建立20T以上的穩態強磁場裝置是復雜的涉及多學科和高難度的大型綜合性科學工程，其建設費用高，磁體裝置的運行費用也很高。正因為如此，目前國際上擁有20T以上的穩態磁體的強磁場實驗中心僅分布在主要的工業大國。世界上第一個強磁場實驗室於1960年建於美國的MIT。隨後，歐州的英國、荷蘭、法國和德國以及東歐和蘇聯相繼在70年代建立了強磁場實驗室。日本的強磁場實驗室建於80年代初。磁場水平由60年代的20T，提高到80年代的30T。90年代初，美國政府決定在Florida建立新的國家強磁場實驗室,日本在築波建立了新的強磁場實驗室,強場磁體技術有了長足的進步和發展，穩態磁場水平近期可望達到40-50T。

伴隨著強磁場實驗室的建立，強磁場下的物理研究也在不斷深入。量子霍爾效應的發現得到了1985年諾貝爾物理學獎。它是在20T穩態強磁場中研究金屬－氧化物－半導體場效應晶體管輸運過程時觀測到的。近年來，有關強磁場下物理工作的文章對每個強磁場實驗室來說平均每年都在上百篇，其中有很多重要的科學發現。目前的發展趨勢普遍是將凝聚態物理學領域中前沿的研究對象如高溫超導材料、納米材料、低維系統等同強磁場極端條件相結合加以研究。在Grenoble強磁場實驗室，半導體材料和半導體超晶格中的光電特性以及元激發及其互作用等是其主要的研究內容，而在美國、日本等強磁場實驗室，則側重在高溫超導材料、低維系統、強關聯電子系統、人造超晶格以及新材料等方面。同時，強磁場下的化學反應過程、生物效應等方面的研究也逐漸為人們所重視。

在中國雖有一些6T-12T的超導磁體分散在全國各地，但尚未形成一個全國性的強磁場實驗中心，我國在10T以上穩態強磁場下的系統的科學研究工作尚屬空白。為滿足國內強磁場研究工作的需要，早在1984年中國科學院數理學部就組織論證，決策在等離子體物理研究所建立以20T穩態強磁場裝置為主體的強磁場實驗室。該裝置於1992年建成並投入運行。與此同時，實驗室相繼建成了多個能滿足不同物理實驗、場強在15T左右的穩態強磁場裝置，配備了相應的輸運和磁化測量系統以及低溫系統。中國科學院院士、著名物理學家馮端先生在了解了合肥強磁場實驗室的情況後非常感慨地說：過去中國沒有強磁場條件，對有關強磁場下的物理工作連想都不敢想，現在有了強磁場條件我們應該好好的考慮考慮這方面的問題了。

超導科學研究

1.非常規超導體磁通動力學和超導機理

主要研究混合態區域的磁通線運動的機理，不可逆線性質、起因及其與磁場和溫度的關系，臨界電流密度與磁場和溫度的依賴關系及各向異性。超導機理研究側重於研究正常態在強磁場下的磁阻、霍爾效應、漲落效應、費米面的性質以及T<Tc時用強磁場破壞超導達到正常態時的輸運性質等。對有望表現出高溫超導電性的體系象有機超導體等以及在強電方面具有廣闊應用前景的低溫超導體等，也將開展其在強磁場下的性質研究。

2.強磁場下的低維凝聚態特性研究

低維性使得低維體系表現出三維體系所沒有的特性。低維不穩定性導致了多種有序相。強磁場是揭示低維凝聚態特性的有效手段。主要研究內容包括：有機鐵磁性的結構和來源；有機（包括富勒烯）超導體的機理和磁性；強磁場下二維電子氣中非線性元激發的特異屬性；低維磁性材料的相變和磁相互作用；有機導體在磁場中的輸運和載流子特性；磁場中的能帶結構和費米面特徵等。

3.強磁場下的半導體材料的光、電等特性

強磁場技術對半導體科學的發展愈益變得重要，因為在各種物理因素中，外磁場是唯一在保持晶體結構不變的情況下改變動量空間對稱性的物理因素，因而在半導體能帶結構研究以及元激發及其互作用研究中，磁場有著特別重要的作用。通過對強磁場下半導體材料的光、電等特性開展實驗研究，可進一步理解和把握半導體的光學、電學等物理性質，從而為製造具有各種功能的半導體器件並發展高科技作基礎性探索。

4.強磁場下極微細尺度中的物理問題

極微細尺度體系中出現許多常規材料不具備的新現象和奇異特性，這與這類材料的微結構特別是電子結構密切相關。強磁場為研究極微細尺度體系的電子態和輸運特性提供強有力的手段，不但能進一步揭示這類材料在常規條件下難以出現的奇異現象，而且為在更深層次下認識其物理特性提供豐富的科學信息。主要研究強磁場下極微細尺度金屬、半導體等的電子輸運、電子局域和關聯特性；量子尺寸效應、量子限域效應、小尺寸效應和表面、界面效應；以及極微細尺度氧化物、碳化物和氮化物的光學特性及能隙精細結構等。

5.強磁場化學

強磁場對化學反應電子自旋和核自旋的作用，可導致相應化學鍵的松馳，造成新鍵生成的有利條件，誘發一般條件下無法實現的物理化學變化，獲得原來無法制備的新材料和新化合物。強磁場化學是應用基礎性很強的新領域，有一系列理論課題和廣泛應用前景。近期可開展水和有機溶劑的磁化及機理研究以及強磁場誘發新化學反應研究等。

6.磁場下的生物學、生物－醫學研究等

磁體科學和技術

強磁場的價值在於對物理學知識有重要貢獻。八十年代的一個概念上的重要進展是量子霍爾效應和分數量子霍耳效應的發現。這是在強磁場下研究二維電子氣的輸運現象時發現的（獲85年諾貝爾獎）。量子霍爾效應和分數量子霍爾效應的發現激起物理學家探索其起源的熱情，並在建立電阻的自然基準，精確測定基本物理常數e，h和精細結構常數(＝e2/h(0c等應用方面，已顯示巨大意義。高溫超導電性機理的最終揭示在很大程度上也將依賴於人們在強磁場下對高溫超導體性能的探索。

熟悉物理學史的人都清楚，由固體物理學演化為凝聚態物理學，其重要標志就在於其研究對象的日益擴大，從周期結構延伸到非周期結構，從三維晶體拓寬到低維和高維，乃至分數維體系。這些新對象展示了大量新的特性和物理現象，物理機理與傳統的也大不相同。這些新對象的產生以及對新效應、新現象的解釋使得凝聚態物理學得以不斷的豐富和發展。在此過程中，極端條件一直起著至關重要的作用，因為極端條件往往使得某些因素突出出來而同時抑制其它因素，從而使原本很復雜的過程變得較為簡單，有利於直接了解物理本質。

相對於其它極端條件，強磁場有其自身的特色。強磁場的作用是改變一個系統的物理狀態，即改變角動量（自旋）和帶電粒子的軌道運動，因此，也就改變了物理系統的狀態。正是在這點上，強磁場不同於物理學的其他一些比較昂貴的手段，如中子源和同步加速器，它們沒有改變所研究系統的物理狀態。磁場可以產生新的物理環境，並導致新的特性，而這種新的物理環境和新的物理特性在沒有磁場時是不存在的。低溫也能導致新的物理狀態，如超導電性和相變，但強磁場極不同於低溫，它比低溫更有效，這是因為磁場使帶電的和磁性粒子的遠動和能量量子化，並破壞時間反演對稱性，使它們具有更獨特的性質。

強磁場可以在保持晶體結構不變的情況下改變動量空間的對稱性，這對固體的能帶結構以及元激發及其互作用等研究是非常重要的。固體復雜的費米面結構正是利用強磁場使得電子和空穴在特定方向上的自由運動從而導致磁化和磁阻的振盪這一原理而得以證實的。固體中的費米面結構及特徵研究一直是凝聚態物理學領域中的前沿課題。當今凝聚態物理基礎研究的許多重大熱點都離不開強磁場這一極端條件，甚至很多是以強磁場下的研究作為基礎。如波色凝聚只發生在動量空間，要在實空間中觀察到此現象必需在非均勻的強磁場中才得以可能。又如高溫超導的機理問題、量子霍爾效應研究、納米材料和介觀物體中的物理問題、巨磁阻效應的物理起因、有機鐵磁性的結構和來源、有機（包括富勒烯〕超導體的機理和磁性、低維磁性材料的相變和磁相互作用、固體中的能帶結構和費米面特徵以及元激發及其互作用研究等等，強磁場下的研究工作將有助於對這些問題的正確認識和揭示，從而促進凝聚態物理學的進一步發展和完善。

帶電粒子象電子、離子等以及某些極性分子的運動在磁場特別是在強磁場中會產生根本性變化。因此，研究強磁場對化學反應過程、表面催化過程、材料特別是磁性材料的生成過程、生物效應以及液晶的生成過程等的影響，有可能取得新的發現，產生交叉學科的新課題。強磁場應用於材料科學為新的功能材料的開發另闢新徑，這方面的工作在國外備受重視，在國內也開始有所要求。高溫超導體也正是因為在未來的強電領域中蘊藏著不可估量的應用前景才引起科技界乃至各國政府的高度重視。因此，強磁場下的物理、化學等研究，無論是從基礎研究的角度還是從應用角度考慮都具有非常重要的科學和技術上的意義，通過這一研究，不僅有助於將當代的基礎性研究向更深層次開拓，而且還會對國民經濟的發展起著重要的推動作用。

近期的研究課題

1.強磁場下低維系統的輸運性質和Shubnikov-deHaas效應（國家自然科學基金項目）

層狀鈣鈦結構La-M-Mn-O(M=Ca,Sr,Ba)體系是1994年剛觀察到巨大的巨磁阻效應的單位體系，其形成機制尚不清楚，並且到目前為止僅限於電阻的磁場關系和溫度關系研究，其他輸運性質的測量尚未見報道。我們將著重強磁場（直到20T）下Hall效應及其磁場關系和溫度關系的研究，這是探索導電和巨磁阻效應的機制和電子結構的一個重要方法。另一方面，這一測量可以為觀測量子振盪現象，如deHass-vanAlphen效應和Shubnikov-deHaas效應的條件，即h(>kBT和(c(>>1所必須的磁場強度作出判斷。為開展這類材料費米性質研究奠定基礎。

有機導體和超導體，由於小的電子有效質量和高的遷移率，10－20T強磁場可以滿足觀察量子振盪現象的必要條件。我們將利用磁阻測量中的Shubnikov-deHaas效應，研究有機導體和有機超導體的費米面性質作為主要目標，並研究其它輸運性質。

以上研究中微弱信號的檢測是這一研究中的關鍵技術之一，我們已經建立，有待進一步提高。高的樣品質量是這研究的另一重要問題。否則，量子振盪會因為量子軌道受到碰撞而模糊不清。我們擬利用高質量的單晶或外延薄膜滿足這一要求。

本項目的特色與創新之處：

1.利用20T強磁場和溫度這一極端條件，以研究低維體系的電子能帶結構，乃至費米面為目的的輸運性質研究，在國內尚屬首次；

2.層狀鈣鈦礦結構導體La-M-Mn-O(M=Ca,Sr,Ba)的輸運性質是凝聚態物理中的前沿課題。有關強磁場下電子能帶結構和Hall效應的研究尚未見報道。

3.在強磁場和低溫條件下，存在著新的科學機遇，可望新現象和新效應的發現。

2.高溫超導體磁通動力學及高溫超導機理的探索（院九五重點基金項目）

高溫超導機理雖進行了大量的理論和實驗研究，但至今仍然是一個未被解決的問題，對其正常態性質特別是低溫下的正常態性質系統的了解將有助於對這一問題的正確揭示。由於高Tc材料的Tc太高，人們無法研究其低溫下但仍處於正常態時的行為，同時由於上臨界場又非常高，大大超過目前實驗室所能達到的最大穩態場，因此以往那種用外加磁場迫使超導樣品進入正常態的方法失去了意義。因此，選擇Tc低但又能反映高溫超導特徵的合適體系對這一問題的研究尤為重要，這樣就可以利用實驗室所能達到的穩態強磁場條件，通過強磁場迫使超導樣品進入正常態以開展其低溫下的正常態特性研究，從而為正確揭示高溫超導電性的機理提供實驗依據。

高溫超導體進入混合態後的行為雖然顯示出和常規二類超導體相類似的行為，但存在眾多的實驗現象在常規理論的基礎上不能得以解釋。早在其發現後不久人們就注意到，在這類材料的H-T圖上，除了臨界場強Hc1與Hc2的曲線外，還多一條不可逆線Hirr(T)。進一步研究表明在Hc1與Hirr(T)之間的區域磁通點陣是不可移動的因而保持零電阻特徵，而在Hirr(T)與Hc2之間的區域磁通點陣是可移動的故有電阻出現，意味著高溫超導體的應用范圍將局限在一定的Hirr(T)值之下。因此，探討不可逆線的物理本質是否是內稟的以及哪些因素對其有影響，無論是物理的角度還是從這類材料今後的應用前景角度考慮都是非常有意義的。另外一個基本的但至今仍沒有定論的問題是不可逆線之上的磁通動力學行為，常規的針對第二類超導體所提出的一些基本圖象在Hirr(T)與Hc2之間的區域是否仍然成立，還有在這一區域的渦旋運動規律如何，特別是在高溫下但釘扎勢很弱的情況下的渦旋運動如何去描述等等，這些問題的澄清有待於實驗上的更深入地系統研究。

主要研究內容:

1.高溫超導電性的機理

選擇具有低Tc但又能反映高溫超導體特徵的La-Sr-Cu-O系統作為研究對象，外加強磁場迫使超導樣品進入正常態，開展很低溫度但仍處在正常態時的輸運性質，主要有三方面的研究內容，一是研究沿導電層的電阻率隨溫度的變化行為以探討電子散射機制；二是研究沿垂直於導電層方向的電阻率隨溫度的變化行為，探討相鄰導電層之間的其它層性質對系統整體的性能影響，並探討低溫時沿導電層的電阻率和沿垂直於導電層的電阻率之比是否仍然象高溫時那樣強烈地依賴於溫度；三是通過霍爾系數的測量，研究它隨溫度的變化行為以及這種變化是否可以基於費米液體理論得以解釋。最終期望為正確揭示高溫超導電性的機理提供實驗依據；四是，由於高溫超導體的未摻雜原型相是磁性絕緣體，通過摻雜引入了載流子，相應的磁性響應發生改變，在此過程中包含有豐富的物理相變內容，伴隨著相變的發生，載流子的濃度和類型、局域化行為、銅氧化物層上的電子散射機理以及層間的藕合機理等均會明顯改變，從而最終導致這類材料的整體性質的千變萬化，深入研究各種相變的特徵以及探討局域化行為是本研究的主要內容之一。

2.混合態磁通動力學行為及相關的物理現象

從實驗角度研究La-Sr-Cu-O高溫超導體磁場下的電阻轉變的展寬、臨界電流密度隨溫度的變化規律、I-V曲線等。通過磁阻和I-V以及臨界電流密度等的測量並結合磁化實驗，希望對不可逆線的物理本質以及影響其行為的因素有所了解；通過不同的電流和磁場幾何位型下的輸運性質的測量並與已有的模型作定量地比較性研究，以探討磁通運動的規律；對臨界電流密度作深入的系統實驗研究，探討磁通釘扎機理以及改善磁場下臨界電流密度的有效途徑。最終希望在這些研究的基礎上來間接地探討高溫超導體混合態時的磁通動力學行為。

3.強磁場下Bi－2201單晶的輸遠性質研究（國家超導攻關項目）

自從高溫超導體被發現以來，對它的超導態進行了大量的實驗及理論研究。人們發現它的超導態基本上是正常的，即除了相干長度較短及幾乎沒有同位素效應外高Tc材料在超導態上與超導體沒有什麼不同。但是，高溫超導體的正常態卻表現出很復雜的情況。盡管人們對高Tc材料的正常態有了許多了解，但仍然有許多問題尚未弄清楚。其中一個重要原因就是高Tc材料的Tc太高，人們很難研究它的低溫行為。而同時它的上臨界場又非常高，大約在100T以上。這么強的磁場大大超過目前實驗室能夠得到的最高穩態磁場。因此，以往那種加磁場迫使樣品進入正常態的方法失去了意義。另一方面，有些高Tc材料的重要的實驗現象必須得在較低的溫度下澄清。例如，高Tc材料的電阻率在低溫下正比於溫度的一次方。而不是溫度的五次方（電聲相互作用的結果）。

有人認為，這可能是由於高Tc材料的德拜溫度太低造成的。因為電阻率的T5行為僅在1/4德拜溫度以下出現。如果假定德拜溫度為100K，則T5行為應出現在25K以下。因此為了澄清這類疑難問題，也必須尋找一種Tc在10K以下的高Tc材料。熱電勢也有類似的情況。因此綜合上面的分析，不難看出，為了更好地研究高Tc材料的正常態性質，我們必須尋找一種高Tc材料，它的Tc是越低越好。

Bi－2201相對所有高Tc材料具有最低的Tc（單晶樣品大約在7K左右），而且它的結構相對簡單，僅有一層銅氧面。但是2201相具有復雜的相關系，超導的Bi－2201僅存在於相圖上一個很窄的范圍內。早期甚至有人認為它是不超導的。因此許多有關Bi-2201相的物理工作都在不超導的樣品上進行的。摻雜La可以使超導單晶相對容易獲得，我們的最新結果是Tc可以高達25K，目的就是研究它的正常態輸運性質。研究它的正常態電阻率是否起多大作用。研究它的霍爾系數是否有對溫度很強的溫度依賴性，而這種強的溫度依賴性能否用費米液體的觀點來解釋。研究它的熱電勢能否用傳統的理論來解釋，從而為高Tc的研究工作提供重要的實驗證據。

Ⅵ 中國找到了「人造太陽」高性能穩態運行模式，有何意義

據中科院離子體物理研究所網站7月1日消息，在托卡馬克核聚變實驗裝置中，高約束等離子體的邊界區域會周期性地爆發出一種稱為邊界局域模（ELM）的不穩定性。大幅度ELM類似太陽耀斑爆發，造成等離子體能量和粒子的瞬間釋放，噴射出強大的熱脈沖，侵蝕裝置的內壁，甚至導致材料的熔化，並產生大量雜質粒子污染聚變堆芯部等離子體，使得聚變堆難以長時間穩態運行。在未來聚變堆上，需要將ELM帶來的瞬態熱負荷降低至少20倍，這是國際磁約束聚變界，特別是國際熱核聚變實驗堆ITER面臨的一個嚴峻挑戰，探索無ELM或具有小幅度ELM的高約束運行模式及其物理機制是磁約束聚變研究的一個重大科學前沿問題。

EAST接下來的目標是在更高的注入功率下，在ITER基本運行模式的時間尺度上實現高約束等離子體穩態運行。高功率注入條件下的ELM瞬態熱負荷問題成為阻礙這一科學目標實現的主要障礙，Grassy ELM高性能穩態運行模式的獲得及其形成機理上的突破為EAST實現更高功率更長時間尺度上的運行提供了有效的解決方案，進而為ITER和CFETR高性能Grassy ELM穩態運行模式的發展奠定了物理基礎。

EAST團隊取得的這一研究成果得益於等離子體所長期以來秉承的大科學團隊精神以及與國內外開展的良好合作。相關研究工作得到了國家科技部、發改委、中科院、國家基金委等項目的資助，以及安徽省、合肥市、合肥綜合性國家科學中心等相關部門的大力支持。

Ⅶ 超導體的超導磁體

超導材料最誘人的應用是發電、輸電和儲能。
由於超導材料在超導狀態下具有零電阻和完全的抗磁性，因此只需消耗極少的電能，就可以獲得10萬高斯以上的穩態強磁場。而用常規導體做磁體，要產生這么大的磁場，需要消耗3.5兆瓦的電能及大量的冷卻水，投資巨大。
超導磁體可用於製作交流超導發電機、磁流體發電機和超導輸電線路等。 高溫超導材料的用途非常廣闊，大致可分為三類：大電流應用（強電應用）、電子學應用（弱電應用）和抗磁性應用。大電流應用即前述的超導發電、輸電和儲能；電子學應用包括超導計算機、超導天線、超導微波器件等；抗磁性主要應用於磁懸浮列車和熱核聚變反應堆等。
超導磁懸浮列車利用超導材料的抗磁性，將超導材料放在一塊永久磁體的上方，由於磁體的磁力線不能穿過超導體，磁體和超導體之間會產生排斥力，使超導體懸浮在磁體上方。利用這種磁懸浮效應可以製作高速超導磁懸浮列車。超導磁體計算機
高速計算機要求集成電路晶元上的元件和連接線密集排列，但密集排列的電路在工作時會發生大量的熱，而散熱是超大規模集成電路面臨的難題。超導計算機中的超大規模集成電路，其元件間的互連線用接近零電阻和超微發熱的超導器件來製作，不存在散熱問題，同時計算機的運算速度大大提高。此外，科學家正研究用半導體和超導體來製造晶體管，甚至完全用超導體來製作晶體管。 科學家新近創造（發現）出一種新的物質形態，並預言它將幫助人類做出下一代超導體，以用於發電和提高火車的工作效率等多種用途。
這種新的物質形態稱作「費米子凝聚態 」，是已知的第六種物質形態。前五種物質形態分別為氣體、固體、液體、等離子體和1995年剛剛發明（發現）的玻色一愛因斯坦冷凝體。
費米子和玻色子的重大差異，體現在「自旋」這一量子力學特性上。費米子是像電子一樣的粒子，有半整數自旋（如1/2，3/2，5/2等）；而玻色子是像光子一樣的粒子，有整數自旋（如0，1，2等）。這種自旋差異使費米子和玻色子有完全不同的特性。沒有任何兩個費米子能有同樣的量子態：它們沒有相同的特性，也不能在同一時間處於同一地點；而玻色子卻能夠具有相同的特性。因此，1995年物理學家將一定數量銣和鈉原子冷卻成玻色子時，大部分原子變成了同樣的低溫量子態，實際上成為單一巨大的整體原子：玻色一愛因斯坦凝聚態。但像鉀一40或鋰一6這樣的費米子，即使在很低的溫度下，每種粒子必定也有稍微不同的特性。
2003年，物理學家找到了一個克服以上障礙的方法。他們將費米子成對轉變成玻色子，兩個半整數自旋組成一個整數自旋，費米子對就起到了玻色子的作用，所有氣體突然冷凝至玻色一愛因斯坦凝聚態。奧地利英斯布瑞克大學的科學家將鋰一6原子冷卻，同時施加穩定磁場，促使費米子結合在一起；美國科羅拉多「實驗室天體物理學聯合研究所」採用的技術略有不同，他們將鉀一40原子冷卻後施加磁場，通過磁場變化讓每個原子強烈吸引附近的原子，誘發它們形成成對原子，然後凝聚成玻色一愛因斯坦凝聚態。
1962年，年僅20多歲的劍橋大學實驗物理研究生約瑟夫遜在著名科學家安德森指導下研究超導體能隙性質，他提出在超導結中，電子對可以通過氧化層形成無阻的超導電流，這個現象稱作直流約瑟夫森效應。當外加直流電壓為V時，除直流超導電流之外，還存在交流電流，這個現象稱作交流約瑟夫森效應。將超導體放在磁場中，磁場透入氧化層，這時超導結的最大超導電流隨外磁場大小作有規律的變化。約瑟夫遜的這一重要發現為超導體中電子對運動提供了證據，使對超導現象本質的認 識更加深入。約瑟夫森效應成為微弱電磁信號探測和其他電子學應用的基礎。 70年代超導列車成功地進行了載人可行性試驗。超導列車是在車上安裝強大的超導磁體，地上安放一系列金屬環狀線圈。當車輛行進時，車上的磁體在地上的線圈中感應起相反的磁極，使兩者的斥力將車子浮出地面。車輛在電機牽引下無摩擦地前進，時速可高達500千米。 1987年3月12日中國北京大學成功地用液氮進行超導磁懸浮實驗。1987年日本鐵道綜合技術研究所的「MLU002」號磁懸浮實驗車開始試運行 1991年3月日本住友電氣工業公司展示了世界上第一個超導磁體。 1991年10月日本原子能研究所和東芝公司共同研製成核聚變堆用的新型超導線圈。該線圈電流密度達到每平方毫米40安培，為過去的3倍多，達到世界最高水準。該研究所把這個線圈大型化後提供給國際熱核聚變堆使用。這個新型磁體使用的超導材料是鈮和錫的化合物。 1992年1月27日第一艘由日本船舶和海洋基金會建造的超導船「大和」1號在日本神戶下水試航。超導船由船上的超導磁體產生強磁場，船兩側的正負電極使水中電流從船的一側向另一側流動，磁場和電流之間的洛倫茲力驅動船舶高速前進。這種高速超導船直到目前尚未進入實用化階段，但實驗證明，這種船舶有可能引發船舶工業爆發一次革命，就像當年富爾頓發明輪船最後取代了帆船那樣。 1992年一個以巨型超導磁體為主的超導超級對撞機特大型設備，於美國得克薩斯州建成並投入使用，耗資超過82億美元。 1996年改進高溫超導電線的研究工作取得進展，製成了第一條地下輸電電纜。歐洲電纜巨頭皮雷利電纜公司、美國超導體公司和舊金山的電力研究所的工人，共同把6000米長的鉍、鍶、鈣、銅和氧製成的線纏繞到一根保持超導溫度的液氮的空管子上。目前國內外的研究狀況及發展趨勢強磁場實驗裝置是開展強磁場下物理實驗的最基本條件。建立20T以上的穩態強磁場裝置是復雜的涉及多學科和高難度的大型綜合性科學工程，其建設費用高，磁體裝置的運行費用也很高。正因為如此，國際上擁有20T以上的穩態磁體的強磁場實驗中心僅分布在主要的工業大國。世界上第一個強磁場實驗室於1960年建於美國的MIT。隨後，歐洲的英國、荷蘭、法國和德國以及東歐和蘇聯相繼在70年代建立了強磁場實驗室。日本的強磁場實驗室建於80年代初。磁場水平由60年代的20T，提高到80年代的30T。90年代初，美國政府決定在福羅里達州建立新的國家強磁場實驗室,日本在築波建立了新的強磁場實驗室,強場磁體技術有了長足的進步和發展，穩態磁場水平可望達到40-50T。伴隨著強磁場實驗室的建立，強磁場下的物理研究也在不斷深入。量子霍爾效應的發現得到了1985年諾貝爾物理學獎。它是在20T穩態強磁場中研究金屬－氧化物－半導體場效應晶體管輸運過程時觀測到的。21世界以來，有關強磁場下物理工作的文章對每個強磁場實驗室來說平均每年都在上百篇，其中有很多重要的科學發現。發展趨勢普遍是將凝聚態物理學領域中前沿的研究對象如高溫超導材料、納米材料、低維系統等同強磁場極端條件相結合加以研究。在Grenoble強磁場實驗室，半導體材料和半導體超晶格中的光電特性以及元激發及其互作用等是其主要的研究內容，而在美國、日本等強磁場實驗室，則側重在高溫超導材料、低維系統、強關聯電子系統、人造超晶格以及新材料等方面。同時，強磁場下的化學反應過程、生物效應等方面的研究也逐漸為人們所重視。在中國雖有一些6T-12T的超導磁體分散在全國各地，但尚未形成一個全國性的強磁場實驗中心，我國在10T以上穩態強磁場下的系統的科學研究工作尚屬空白。為滿足國內強磁場研究工作的需要，早在1984年中國科學院數理學部就組織論證，決策在等離子體物理研究所建立以20T穩態強磁場裝置為主體的強磁場實驗室。該裝置於1992年建成並投入運行。與此同時，實驗室相繼建成了多個能滿足不同物理實驗、場強在15T左右的穩態強磁場裝置，配備了相應的輸運和磁化測量系統以及低溫系統。中國科學院院士、著名物理學家馮端先生在了解了合肥強磁場實驗室的情況後非常感慨地說：過去中國沒有強磁場條件，對有關強磁場下的物理工作連想都不敢想，1992年來有了強磁場條件我們應該好好的考慮考慮這方面的問題了。

Ⅷ 中國科學院強磁場科學中心海歸博士取得了什麼成就

「回國後，舞台更大，更有歸屬感。」走進中國科學院強磁場科學中心研究員張欣的辦公室時，她正埋頭工作。

張欣2012年7月從哈佛大學醫學院回國，從事磁場生物學方面的研究。她和同事的最新研究發現，磁場可以改變腫瘤細胞中一種蛋白質的排列，抑制腫瘤細胞的生長，「相關發現已發表在國際學術期刊上」。

中國科學院強磁場科學中心，成立於2008年4月30日，是中國科學院下屬的一個非法人科研單位，掛靠在中國科學院合肥物質科學研究院。中心是國家為發展我國強磁場科學事業，借建設穩態強磁場實驗裝置大科學工程的機會而設立的研究機構。未來將依託該中心建設國家強磁場科學中心，屆時我國將與美、法、荷、日並列成為世界五大穩態強磁場科學中心之一。

Ⅸ 磁場強度多少的磁場可稱為強磁場

強磁場一般叫做超強磁場，2T以上就叫做超強磁場
希望下面的文字對你有幫助

強磁版場權實驗裝置是開展強磁場下物理實驗的最基本條件。建立20T以上的穩態強磁場裝置是復雜的涉及多學科和高難度的大型綜合性科學工程，其建設費用高，磁體裝置的運行費用也很高。正因為如此，目前國際上擁有20T以上的穩態磁體的強磁場實驗中心僅分布在主要的工業大國。世界上第一個強磁場實驗室於1960年建於美國的MIT。隨後，歐州的英國、荷蘭、法國和德國以及東歐和蘇聯相繼在70年代建立了強磁場實驗室。日本的強磁場實驗室建於80年代初。磁場水平由60年代的20T，提高到80年代的30T。90年代初，美國政府決定在Florida建立新的國家強磁場實驗室,日本在築波建立了新的強磁場實驗室,強場磁體技術有了長足的進步和發展，穩態磁場水平近期可望達到40-50T。