强磁场下的科学问题

强磁场下的科学问题

在传统科学日臻完善的今天, 继续利用常规实验条件取得新的突破越来越困难, 而极端实验条件为发现新现象, 揭示新规律, 并为多学科的交叉研究提供了更多的机遇. 强磁场正是一种重要的极端实验条件, 处在其中的物质结构及其转变过程都可能发生变化, 这为物理、化学、材料和生物等学科的研究提供了新的途径, 开辟了新的空间.
首先, 强磁场在发现新现象和认识新现象方面具有重要作用. 强磁场可以非常有效地诱导原子核外电子的自旋、轨道有序, 并改变电子能态和原子、分子间的相互作用, 使之出现全新的物质状态, 呈现多种多样新的物理、化学现象和效应. 例如: 在强磁场条件下发现的量子霍尔效应和分数量子霍尔效应(这两种新现象的发现者分别获得1985年和1998年的诺贝尔物理学奖). 强磁场还可以抑制一些因素, 突显另外一些效应, 从而使原来很复杂, 甚至混乱的过程变得较为简单, 易于直接了解其物理实质. 其次, 强磁场在探索和制备新材料方面可以发挥不可替代的作用. 材料是现代物质文明的基础, 它支撑着其他新技术的发展, 已成为经济发展的重要支柱之一. 新材料的研制往往依赖于极端技术条件, 如强磁场、极低温、极高温、超高压、超高真空等, 其中, 强磁场技术在新材料研制中的重要作用正在显现. 另外, 强磁场在开发新器件和催化新技术方面也有重要应用. 强磁场霍尔效应和磁光效应是研究多层或低维半导体材料中电学输运性质的强大工具, 它可以更好地得到半导体内载流子的信息, 在此基础上开发出新型半导体器件和功能元件. 此外, 强磁场还可催化出新的重大应用技术: 例如, 强磁场作用下的电磁冶金技术、化学反应合成以及脑功能成像技术等. 因此, 强磁场被国际上称之为21世纪科学、工程和技术, 强磁场作用下的物理学、化学、生物学、材料科学、磁共振技术等研究也已经成为新的学科方向.
依托强磁场条件开展的科学研究工作非常活跃, 自1913年以来, 与强磁场相关的成果共获得诺贝尔奖19项, 近20年有8项. 研究工作涉及物理学、化学