p Um novo ímã com metade do tamanho de um rolo de papel higiênico usurpou o título de "campo magnético mais forte do mundo" do titã de metal que o manteve por duas décadas no Laboratório Nacional de Alto Campo Magnético, sediado na Florida State University. p E seus fabricantes dizem que não vimos nada ainda:embalando um ímã de campo excepcionalmente alto em uma bobina, você pode embalar em uma bolsa, Cientistas e engenheiros do MagLab mostraram uma maneira de construir e usar eletroímãs mais fortes, menor e mais versátil do que nunca.

p Seu trabalho é descrito em um artigo publicado hoje na revista. Natureza .

p "Estamos realmente abrindo uma nova porta, "disse o engenheiro do MagLab Seungyong Hahn, o mentor do novo ímã e professor associado da Faculdade de Engenharia FAMU-FSU. "Essa tecnologia tem um potencial muito bom para mudar totalmente os horizontes das aplicações de alto campo devido à sua natureza compacta."

p Este novo ímã é um valente David para os Golias convencionais do MagLab, disse o Diretor Nacional do MagLab Greg Boebinger.

p "Este é realmente um marco de miniaturização que poderia potencialmente fazer pelos ímãs o que o silício fez pela eletrônica, ", disse ele." Esta tecnologia criativa pode levar a pequenos ímãs que fazem grandes trabalhos em lugares como detectores de partículas, reatores de fusão nuclear e ferramentas de diagnóstico em medicina. "

p Gary Ostrander, vice-presidente de pesquisa da Florida State University, disse que o novo registro é um tributo à engenhosidade do corpo docente e à natureza interdisciplinar da pesquisa no laboratório.

p "Nossos pesquisadores desenvolveram um feito notável aqui, "disse ele." Esta tecnologia realmente mostra como a força de nosso corpo docente combinada com os recursos do laboratório pode resultar em algo especial. "

p Novos materiais, design inovador

p O ímã em miniatura criado por Hahn e sua equipe gerou um campo magnético recorde mundial de 45,5 tesla. Um ímã de ressonância magnética de hospital típico tem cerca de 2 ou 3 teslas, e o mais forte, ímã de campo contínuo no mundo é o próprio instrumento híbrido de 45 tesla do MagLab, um gigante de 35 toneladas que mantém esse recorde desde 1999.

p O 45-T, como é chamado, ainda é o ímã de trabalho mais forte do mundo, permitindo pesquisas de física de ponta em materiais. Mas em um teste, o ímã de meio litro inventado por Hahn, inclinando a balança em 390 gramas (0,86 libras), ultrapassou brevemente o campo do campeão reinante em meio tesla, uma prova de conceito convincente.

p Como algo tão pequeno pode criar um campo tão grande? Usando uma promessa, novo condutor e um novo design de ímã.

p Tanto o ímã 45-T quanto o ímã de teste 45,5-T são construídos em parte com supercondutores, uma classe de condutores com propriedades especiais, incluindo a capacidade de transportar eletricidade com eficiência perfeita.

p Os supercondutores usados ​​no 45-T são ligas à base de nióbio, que existem há décadas. Mas no ímã de prova de princípio de 45,5 T, A equipe de Hahn usou um composto mais novo chamado REBCO (óxido de cobre de bário de terras raras) com muitas vantagens sobre os supercondutores convencionais.

p Notavelmente, REBCO pode transportar mais de duas vezes mais corrente do que uma seção do mesmo tamanho de supercondutor à base de nióbio. Esta densidade de corrente é crucial:Afinal, a eletricidade passando por um eletroímã gera seu campo, então quanto mais você pode enfiar, mais forte é o campo.

p Também crítico foi o produto REBCO específico usado - papel fino, fios em forma de fita fabricados pela SuperPower Inc.

p David Larbalestier, cientista-chefe de materiais do MagLab, que também é professor da Faculdade de Engenharia FAMU-FSU, viu a promessa do produto de embalar mais potência em um ímã de recorde mundial em potencial, e encorajou Hahn a tentar.

p O outro ingrediente principal não era algo que eles colocassem, mas sim algo que eles deixaram de fora:isolamento.

p Os eletroímãs de hoje contêm isolamento entre as camadas condutoras, que direciona a corrente ao longo do caminho mais eficiente. Mas também adiciona peso e volume.

p A inovação da Hahn:Um ímã supercondutor sem isolamento. Além de render um instrumento mais elegante, este design protege o ímã de um mau funcionamento conhecido como têmpera. As têmpera podem ocorrer quando danos ou imperfeições no condutor bloqueiam a corrente de seu caminho designado, fazendo com que o material aqueça e perca suas propriedades supercondutoras. Mas se não houver isolamento, essa corrente simplesmente segue um caminho diferente, evitando uma têmpera.

p "O fato de as espiras da bobina não serem isoladas umas das outras significa que elas podem compartilhar a corrente de forma muito fácil e eficaz para contornar qualquer um desses obstáculos, "explicou Larbalestier, autor correspondente no artigo da Nature.

p Há outro aspecto de emagrecimento do projeto de Hahn que se relaciona aos resfriadores:os fios e fitas supercondutores devem incorporar um pouco de cobre para ajudar a dissipar o calor dos pontos quentes em potencial. Sua bobina "sem isolamento", apresentando fitas com apenas 0,043 mm de espessura, requer muito menos cobre do que os ímãs convencionais.

p Com a orientação do engenheiro veterano do MagLab Iain Dixon, a equipe construiu três protótipos cada vez mais poderosos em rápida sucessão que ficaram conhecidos como a série Little Big Coil (LBC). Pelo caminho, eles refinaram, resolveu problemas e usou supercondutores cada vez melhores.

p A busca por respostas levou a equipe à vanguarda da tecnologia - literalmente.

p Devido a restrições de produção, As fitas REBCO são fabricadas em uma largura específica -12 mm, ou cerca de meia polegada. Para atender aos requisitos do LBC, Contudo, essas fitas tiveram que ser cortadas no sentido do comprimento em 4 mm de largura.

p Isso é difícil de fazer, mesmo com o maior cuidado, porque REBCO é bastante frágil. Como resultado, os lados da fita que foram cortados eram vulneráveis ​​a rachaduras sob o estresse mecânico de altos campos magnéticos.

p "Isso foi descoberto lindamente nesses experimentos, "Larbalestier disse." Encontramos uma maneira de controlar esses danos, que é insistir em que compremos material que tenha uma borda sem fenda, e orientamos a borda sem fenda para longe do centro do ímã. E nessas circunstâncias, até agora não estamos vendo danos. "

p O próximo passo? Mais pesquisas e resolução de problemas. O projeto LBC de Hahn está atualmente sendo considerado para uso em um imã supercondutor do futuro com potencial para quebrar recordes, que agora está em pesquisa e desenvolvimento financiado pela National Science Foundation.

p "O problema fundamental do REBCO é que ele é um condutor de filamento único que não pode ser feito com perfeição, "Larbalestier disse." Portanto, qualquer comprimento de condutor contém uma variedade de defeitos cujo impacto em qualquer ímã futuro ainda não é bem compreendido. Mas gostamos desse tipo de desafio. "

p Mesmo com esses desafios, os cientistas ainda estão entusiasmados com o progresso feito.

p "Quando a NSF lançou o Laboratório Nacional de Alto Campo Magnético, décadas atrás, revolucionou o uso de ímãs poderosos para pesquisa, "disse Linda Sapochak, diretor da Divisão de Pesquisa de Materiais da NSF. "Ao anunciar seu novo ímã de quebra de recorde mundial, o MagLab mostrou que continua a impulsionar a vanguarda deste campo, e os avanços que se seguirão. "

p Leonard Spinu, o gerente de programa da NSF que supervisiona o financiamento do MagLab, ecoou os comentários de Sapochak.

p "Esta descoberta irá acelerar o esforço do MagLab apoiado pela NSF para desenvolver energia eficiente, ímãs de alto campo, que quando realizada pode democratizar o acesso nacional a esta tecnologia, " ele disse.