近日，大阪大學的一支研究團隊，通過對“激光 – 物質”相互作用的三維粒子模擬，成功證明了可通過微管“內爆”而產生兆特斯拉（MT）級別的磁場。SCI Tech Daily 指出，這項高精度 3D 超算模擬，揭示了研究人員預測中的微米級 MT 磁場的 3D 結構。而通過優化激光條件、再結合微米級的目標結構工程設計，這項研究還為後續實現奠定了理論基礎。
微管內爆插圖（來自：Masakatsu Murakami）
上圖展示了由激光產生的具有兆級電子伏特能量的熱電子和內壁表面的冷離子（向中心軸內爆）。
通過預先施加千特斯拉（KT）級別的均勻磁場，洛倫茲力會引起內爆離子和電子的拉莫爾陀螺運動（Larmor Gyromotion）。
而圍繞中心軸集體運動的帶電粒子，又可產生拍安培/平方厘米（peta-ampere/c㎡）級別的強自旋電流，最終在幾十納米的範圍內產生了兆級（MT）的磁場。
t~200 fs 觀察到的歸一化離子密度和磁場分量透視圖（3D EPOCH 模擬結果）
上圖展示在一個長寬高均為 14μm 的立方鋁塊中心，有一個半徑（R₀）為 5μm 的圓柱腔（軸與 z 軸重疊）。
平行於 z 軸的 B₀ 磁場（6 kT）在全域內均勻設置，四個目標面同時受到均勻的激光脈衝照射。
與地磁相比，MT 磁場的強度要高 1~100 億倍（0.3-0.5G），此前學界一直預計只能在中子星或黑洞等天體附近觀察到。
四種不同激光強度下，2D EPOCH 模擬得出的中心磁場時間演變。
在上述研究成果的基礎上，大阪大學團隊正在開展更多的雄心勃勃的 MT 級磁場實驗。
自 19 世紀以來，科學家么一直努力達成這樣的目標，但此前最高也僅能達成千特斯拉（kT）級別的磁場。
不過 2020 年的時候，來自大阪大學的村上正勝（Masakatsu Murakami）提出了基於“微管內爆”（Microtube Implosion）的新方案，以產生 MT 級別的超高磁場。
磁場 / 總電流矢量 / 電子密度的 2D 圖案快照初始值
據悉，使用超強 / 超短激光脈衝照射微米大小的空心圓柱體，會產生速度接近光速的熱電子，而後者又會沿中心軸形成對稱內爆。
由於洛倫茲力，平行於中心軸的千特斯拉（kT）磁場會使離子與電子的軌跡，在目標軸附近沿着相反的方向彎曲。
對應縮放目標參數（來自：高功率激光科學與工程 | PDF）
在這項最新研究中，團隊成員之一的 Didar Shokov 使用了大阪大學網絡媒體中心的 OCTOPUS 超級計算機開展了廣泛的 3D 模擬。
結果他們發現了一個明顯的標度定律，將 MTI 產生的磁場性能和施加的激光強度、能量和目標尺寸等外部參數都關聯到了一起。