Kỷ lục thế giới mới dành cho loại nam châm điện trở mạnh nhất, đạt đến từ trường ổn định 42,02 tesla (T), được thiết lập bởi Phòng thí nghiệm từ trường cao của Viện khoa học vật lý Hefei, Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc (CHMFL) vào tháng 9/2024.

Kỷ lục mới này vượt qua kỷ lục trước đó 41,4 tesla bởi một nam châm điện trở do Phòng thí nghiệm từ trường cao quốc gia Hoa Kỳ (NHML) ở Tallahassee, Florida, thiết lập năm 2017. Tuy nhiên, vẫn còn kém một chút so với nam châm lai mạnh nhất, độ mạnh 45,22 tesla, do cùng nhóm CHMFL thiết lập năm 2022.

Từ trường ổn định với độ mạnh kỷ lục 42,02 tesla, mạnh hơn từ trường Trái Đất hơn 800.000 lần. Để tạo ra từ trường mạnh như vậy, một nam châm điện trở kết nối với nguồn điện một chiều (DC) 32,3 megaWatt, tương đương với khoảng 43.300 mã lực.

Nam châm mạnh là công cụ quan trọng cho nghiên cứu khoa học, cung cấp khả năng nghiên cứu những gì xảy ra khi vật liệu chịu tác động của từ trường cao, cũng như trong nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau. Nam châm điện trở kỷ lục của Trung Quốc đặt nền tảng cho việc chế tạo nam châm có thể duy trì từ trường ngày càng mạnh hơn.

Các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm từ trường cao của Viện khoa học vật lý Hefei, Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc, đạt được bước đột phá này sau gần 4 năm nghiên cứu. Nhóm nghiên cứu cho biết, bước đột phá này đến từ việc cải tiến cấu trúc của nam châm và tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Nam châm là vật thể hoặc thiết bị tạo ra từ trường, chúng có 2 loại chính: nam châm vĩnh cửu và nam châm điện.

Nam châm vĩnh cửu được làm từ vật liệu sắt từ, như sắt, cobalt, niken và hợp kim của chúng, được từ hóa để tạo ra từ trường vĩnh cửu của chúng. Ví dụ phổ biến của nam châm vĩnh cửu là nam châm trang trí gắn tủ lạnh.

Nam châm điện tạo ra từ trường ổn định bằng cách cho dòng điện chạy qua một cuộn dây kim loại, sẽ sinh ra từ trường. Từ trường có thể được thay đổi bằng cách kiểm soát lượng dòng điện chạy qua các cuộn dây. Nam châm điện có ba loại chính: nam châm điện trở, nam châm siêu dẫn và nam châm lai (kết hợp 2 loại trước).

+ Nam châm điện trở, làm từ các kim loại thông dụng như đồng, nhôm. Chúng tương đối đơn giản nhưng cung cấp khả năng từ trường linh hoạt và nhanh chóng. Nam châm điện trở tạo ra nhiệt cùng với từ trường. Mấu chốt để chế tạo nam châm điện trở mạnh là tối đa hóa lượng điện mà nó có thể mang theo, trong khi giảm thiểu khả năng nó quá nóng và tan chảy.

+ Nam châm siêu dẫn, làm từ vật liệu siêu dẫn. Chúng hiệu quả hơn vì các electron có thể di chuyển qua vật liệu mà không có điện trở, nhưng chúng cần nhiệt độ cực thấp (gần độ không tuyệt đối, –273°C) để đạt điều đó. Điều này có nghĩa các electron di chuyển xung quanh mà không mất năng lượng nào cho nhiệt.

+ Nam châm lai, là nam châm kết hợp cả hai loại trên thành một thiết bị.

Nhược điểm lớn của nam châm điện trở là lượng điện năng chúng tiêu thụ. Chẳng hạn, nam châm điện trở tạo ra từ trường 42,02 tesla, tiêu thụ đến 32,3 megaWatt điện để tạo ra từ trường kỷ lục đó. Thách thức này đang thúc đẩy cuộc đua phát triển nam châm tạo ra từ trường mạnh nhưng sử dụng ít năng lượng hơn.