Per la prima volta, i ricercatori hanno creato un magnete superconduttore in miniatura che eguaglia la forza di alcuni dei magneti industriali più potenti del mondo. Questo risultato rappresenta un significativo passo avanti nella tecnologia dei magneti, potenzialmente democratizzando l’accesso ad applicazioni magnetiche ad alto campo precedentemente limitate da dimensioni e costi.
La sfida dei forti campi magnetici
I magneti potenti sono fondamentali per diversi campi, tra cui l’imaging medico (MRI), la ricerca sulla fisica delle particelle e l’energia di fusione sperimentale. I magneti più potenti si basano tradizionalmente sui superconduttori, materiali che conducono l’elettricità praticamente senza resistenza. Tuttavia, questi superconduttori spesso richiedono infrastrutture massicce: le versioni più piccole competono ancora con le dimensioni di un piccolo veicolo, mentre i più grandi sono paragonabili a edifici a più piani.
Il nuovo magnete in miniatura
Un team dell’ETH di Zurigo, guidato da Alexander Barnes, ha sviluppato un magnete superconduttore di soli 3,1 millimetri di diametro che compete con questi sistemi più grandi in termini di forza. La svolta è arrivata avvolgendo un nastro ultrasottile di REBCO, un superconduttore ceramico, e raffreddandolo a temperature estremamente basse. Attraverso un approccio iterativo “fail fast” che ha coinvolto oltre 150 prototipi, il team ha finalizzato un progetto utilizzando due o quattro bobine REBCO a forma di frittella.
Metriche delle prestazioni
I magneti risultanti generano campi da 38 a 42 Tesla, superando di gran lunga la forza dei tipici magneti da frigorifero (meno di 0,01 Tesla). Per contestualizzare, l’attuale record mondiale per i campi magnetici stabili è di circa 45 Tesla, ma richiede apparecchiature multi-tonnellata e fino a 30 megawatt di potenza. Il magnete di Barnes funziona con meno di 1 watt.
Implicazioni e applicazioni future
L’obiettivo immediato è integrare questa tecnologia nella spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR). NMR è una tecnica utilizzata per determinare la struttura delle molecole, ma la sua accessibilità è limitata dalle dimensioni e dal costo degli attuali sistemi magnetici. Rendendo i magneti ad alto campo più piccoli e più accessibili, questa innovazione potrebbe aprire l’analisi chimica avanzata a una gamma più ampia di ricercatori.
Prospettiva dell’esperto
Mark Ainslie del King’s College di Londra ne conferma l’importanza: “La produzione di campi superiori a 40 Tesla richiede tradizionalmente strutture molto grandi e costose… ottenere intensità di campo simili in un dispositivo così compatto è significativo”.
Tuttavia è necessario un ulteriore affinamento. Rimangono dubbi sull’uniformità del campo magnetico e sul controllo preciso del comportamento elettromagnetico prima di un’adozione diffusa. Tuttavia, questo sviluppo suggerisce che i magneti ad alto campo potrebbero presto diventare più accessibili ai laboratori di varie discipline.
Questo progresso promette di rimodellare il modo in cui affrontiamo le applicazioni magnetiche ad alto campo, rendendo disponibili strumenti potenti a una gamma più ampia di utenti scientifici e industriali.
