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科学研究
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电气信息学院王为副研究员在国际上首次发现并证实“超导宏观磁量子耦合”现象

时间:2018-05-16  来源:电气信息学院   作者: 

近日,我校电气信息学院四川省“千人计划”专家王为副研究员在国际上首次发现并证实“超导宏观磁量子耦合”现象,揭示了一种新型无接触式超导直流电源“高温超导磁通泵”的物理起源。相关成果“Macroscopic Magnetic Coupling Effect: The Physical Origination of a High-Temperature Superconducting Flux Pump”发表在国际应用物理顶级刊物《Physical Review Applied》上。该期刊是美国物理学会(APS)旗下国际应用物理领域顶级刊物,中科院一区SCI期刊,2017年影响因子4.808。电气信息学院王为副研究员为论文第一作者和通讯作者,四川大学电气信息学院为该研究第一通讯单位,合作单位为英国剑桥大学。

    “高温超导磁通泵”是一种新型无接触式超导直流电源技术,其“通过交变磁场产生超导直流电压”的现象一直未能在国际超导电磁学界中得到合理解释,在国际上被认为是一种难以被经典理论解释的超导电磁学现象(根据经典电磁场理论“法拉第电磁感应定理”和经典第二类超导体电磁场模型“Bean模型”,交变磁场只应该产生交变的感应电压,而非直流感应电压)。

    为了解释上述现象,王为副研究员先后设计并搭建了两套新型设备,他在研究中发现行波外场下超导磁化电流不符合经典模型的预测,相关代表性成果分别于2014年、2017年发表在自然指数(Nature Index)收录期刊《Applied Physics Letters》(Appl.Phys.Lett. 104,032602(2014),Appl.Phys.Lett. 110,072601(2017))。

    在最新的研究中,王为通过分析高温超导薄膜内部的磁通运动,在国际上首次发现并证实了 “超导宏观磁量子耦合”现象:短波长下的磁极能够有效地耦合上百万个超导磁量子,形成磁量子簇,短波磁极吸引拖动磁量子簇在高温超导薄膜内部移动,最终进入到超导闭合回路内部,形成超导磁体的捕获磁场。该研究从微观角度揭示了一种新的超导磁通动力学行为,从宏观的角度揭示了一种新的宏观超导电磁学现象。

    这一研究成果在国际上首次完整地解释了“高温超导磁通泵”技术的物理起源,能够实现对超导磁体的无接触式直流充电,大幅提高高温超导磁体的效率,降低磁体整体能耗50%以上,能够被广泛应用于核磁共振MRI/NMR、大功率超导风力发电机、大功率船舶超导推动电机、热核聚变超导磁约束磁体、粒子加速器超导磁约束磁体、高速超导磁浮车等与超导磁体相关的应用领域。

    该项研究获得了国家自然科学基金青年基金(51607117)、四川省“千人计划”经费、四川大学优秀青年基金、四川大学引进人才科研启动经费的支持。王为副研究员2014年获英国剑桥大学电气工程博士学位,2015年至今在我校电气信息学院工作,是四川省“千人计划”专家,现为我校国家双创示范基地“超导与新能源中心”副主任。

    原文链接:https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.9.044022

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