佛羅里達州立大學（Florida State University）的國家強磁場實驗室（National High Magnetic Field Laboratory, MagLab），發明了一種約衛生紙捲大小的微型磁鐵，創下超導磁鐵（superconducting magnet）最強磁場的紀錄。這代表更強、更小的電磁鐵將帶來比以往更多樣性的應用。這項研究被刊登在《自然》期刊（Nature）。
最強磁場
微型磁鐵的主導者，佛羅里達農工大學（FAMU-FSU）聯合工程學院的副教授，同時也是 MagLab 的工程師，韓松陽博士（Seungyong Hahn）表示：｢我們確實開啟了一扇新的門，由於其緊湊的特性，該技術具有完全改變強磁場應用的巨大潛力。」
韓博士與團隊創造的微型磁鐵磁場強度高達 45.5 T（Tesla，磁場強度單位），前一個衛冕者的磁場強度是 45 T，也是由 MagLab 製造，但卻是一個重達 35 噸的龐然大物，而一般醫院 MRI 的磁場強度為 2 ~ 3 T。45 T 的磁鐵仍然是世界上可運作磁鐵中最強大的， 因為韓博士發明的磁鐵僅在測試中短暫超越，但也已經足以作為概念的實證。
新的材料與設計
這兩種磁鐵都是由超導體構成，45 T 磁鐵使用的超導體是鈮基合金（niobium-based alloys），45.5 T 磁鐵使用的超導體則是一種名為稀土鋇銅氧化物（rare earth barium copper oxide, REBCO）的新化合物。
REBCO 可容許的電流是相同尺寸鈮基超導體的兩倍以上，因此電流密度較高，自然能產生較強的電場。MagLab 首席材料科學家，大衛·拉伯雷斯帝教授（David Larbalestier）看到該產品有潛力將更多的能量送進磁鐵，並鼓勵韓博士一試。
另一項關鍵因素是這種磁鐵沒有絕緣。目前的電磁鐵在導電層之間含有一層絕緣層，讓電流導向最有效率的路徑，但也增加了重量和體積。
韓博士創新的磁鐵沒有絕緣，除了讓外表變得光滑，這種設計還可以保護磁鐵免於失去超導性的故障。當導體損壞或有缺陷阻擋電流通過特定路徑時，可能會讓材料升溫，並因為電阻重現而讓整個磁鐵過熱。若沒有絕緣，電流就能沿著不同路徑行進，而避免這種情形發生。
另一方面，超導線材會加入一些銅來幫助散熱，但無絕緣線圈的厚度僅有0.043 mm，可以大幅減少銅的需求。
困難與展望
REBCO 被做成帶狀，並且因為生產限制，需經進一步切割降低寬度，但也因此切割面容易在磁場中受力而破裂。拉伯雷斯帝教授表示，他們透過選購有單側未經切割的 REBCO 帶，並將未經切割的面定位在遠離磁體中心的位置，藉此控制損壞。
拉伯雷斯帝教授表示：「REBCO 的根本問題在於它是一種不能完美製造的單絲導體。因此，任何長度的導體都含有各種缺陷，這些缺陷對未來任何磁鐵的影響尚不清楚，但我們仍然喜歡這些挑戰。」
MagLab 主任葛瑞格．波賓格（Greg Boebinger）表示：｢這確實是一個小型化的里程碑，它對磁鐵的影響可能會像矽對電路帶來的影響一樣。這種創新技術可能使小型磁鐵在粒子偵測器、核融合反應爐和醫學診斷工具等地方大顯身手。」
參考資料：
- Hahn, S., Kim, K., Kim, K., Hu, X., Painter, T., Dixon, I., . . . Larbalestier, D. C. (2019). 45.5-tesla direct-current magnetic field generated with a high-temperature superconducting magnet. Nature,570(7762), 496-499. doi:10.1038/s41586-019-1293-1
- Coyne, K. (2019, June 13). National MagLab creates world-record magnetic field with small, compact coil. Retrieved June 30, 2019.