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強磁場是支撐物理、化學(xué)、材料等領(lǐng)域前沿基礎(chǔ)研究的重要實驗條件，能夠影響物質(zhì)的電子態(tài)和量子化，進而探測特殊體系的奇異性質(zhì)，且磁場強度越高，科學(xué)發(fā)現(xiàn)機遇越大?！吨袊茖W(xué)報》記者從華中科技大學(xué)獲悉，校國家脈沖強磁場科學(xué)中心韓小濤教授團隊在平頂脈沖強磁場核磁共振譜儀技術(shù)方面取得重要進展，相關(guān)成果近日以兩篇論文的形式，在線刊發(fā)在國際期刊《IEEE儀器與測量匯刊》上。

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“場路耦合-線性反饋”平頂脈沖強磁場。受訪者供圖

目前，國際上非破壞性脈沖磁體可實現(xiàn)的最高磁場已達100特斯拉（T），但由于其固有的時變性與暫態(tài)性，難以開展核磁共振（NMR）、比熱、I-V曲線等磁場需穩(wěn)定持續(xù)一定時長條件的高精度測量實驗，亟需發(fā)展新的強磁場技術(shù)。平頂脈沖磁場是一種特殊的時變磁場，兼具磁場強度高和穩(wěn)定度高的雙重優(yōu)點，使得以前只能在穩(wěn)態(tài)強磁場下的科學(xué)測試成為可能，也為強磁場科學(xué)研究提供了一種新的磁場環(huán)境。

以NMR為例，其在凝聚態(tài)物理、生命科學(xué)以及醫(yī)學(xué)成像等諸多領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，是解析微觀結(jié)構(gòu)的主要手段之一。脈沖強磁場核磁共振測量（PMF-NMR）技術(shù)具有脈沖強磁場物性調(diào)控能力和核磁共振原子級微觀探測能力，有望為發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、提出新原理和合成新材料帶來新的機遇，但現(xiàn)有PMF-NMR都是在變化磁場下開展的測量，存在場頻精確同步共振困難、信號譜線畸變嚴重、商用NMR譜儀難以滿足高頻寬帶應(yīng)用需求等問題，難以有效開展相應(yīng)科學(xué)研究。

在此背景下，韓小濤團隊依托脈沖強磁場實驗裝置，進一步發(fā)展了平頂脈沖強磁場技術(shù)，在國際上率先提出平頂脈沖強磁場核磁共振譜儀方案（FTPMF-NMR），發(fā)明了“場路耦合-線性反饋”磁場波形調(diào)控方法，解決了脈沖強磁場非線性時變高穩(wěn)定度波形調(diào)控難題，成功實現(xiàn)了峰值45.199T、平頂持續(xù)時間8ms、平頂區(qū)間磁場波動±5mT（穩(wěn)定度約110ppm）的高穩(wěn)定度平頂脈沖磁場；團隊自主研制了NMR譜儀射頻鏈路關(guān)鍵器件與分層控制交互程序，實現(xiàn)收/發(fā)頻率1GHz、實時帶寬20MHz、雙端隔離度100dB的高頻寬帶模塊化NMR譜儀。

團隊在此基礎(chǔ)上搭建了相應(yīng)科學(xué)實驗平臺，并在40T平頂磁場下實現(xiàn)了93Nb核的NMR信號測量，為超強脈沖磁場下的NMR科學(xué)測量奠定了堅實基礎(chǔ)。FTPMF-NMR技術(shù)將為強磁場下前沿科學(xué)研究提供新的測試手段，支撐高溫超導(dǎo)機理、重費米子材料的量子臨界點、量子自旋系統(tǒng)的基態(tài)和相變等前沿基礎(chǔ)研究，對于解決相關(guān)領(lǐng)域重大科學(xué)問題具有重要意義。

近年來，依托脈沖強磁場實驗裝置，韓小濤團隊積極致力于平頂脈沖強磁場調(diào)控技術(shù)及其相關(guān)實驗測試系統(tǒng)研究，實現(xiàn)了23.370T/100ms/64ppm、45.199T/8ms/110ppm等平頂脈沖強磁場，并搭建了平頂脈沖強磁場下的NMR、I-V曲線等物性測量系統(tǒng)，為相關(guān)前沿基礎(chǔ)科學(xué)研究提供獨特實驗平臺。

相關(guān)文章鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10105297

https://ieeexplore.ieee.org/document/10103557

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