2017年中正式推出低温

　低于1K的温度叫做低温。获得这样低的温度,除人们所熟知的,通过对4He液浴减压可达zui低温度约0.5K外，还有下列方法：利用3He液浴减压zui低温度可达到0.3K;利用硝酸铈镁(CMN)等顺磁盐行热去磁,可达到几毫开温区;利用3He-4He稀释致冷机可达1.5mK，利用坡密朗丘克冷却和热核去磁可达到更低的温度。

　　3He低温恒温器

　　利用3He蒸发的低温恒温器是获得1K以下温度的zui简便的方法。3He的质量小,零点运动强烈,因此在所有的温度下它的蒸气压比4He都要。此外，因不存在3He膜,也就没有沿着3He膜的传热或3He蒸发而产生的额外漏热。所以在低温端可以利用粗管道对3He液浴减压,获得比利用4He液浴减压所能达到的更低的温度。3He的正常沸点是3.19K，通过减压可达稍低于0.3K的温度。

　　顺磁盐热去磁

　　顺磁盐热去磁又称磁冷却。顺磁盐中含有铁或稀土族元素，其3d或4f壳层没有填满因而具有磁矩。当温度于顺磁盐的磁有序

　　征温度θ 时(见顺磁性),各个离子间因相互作用较小，自由,顺磁盐

　　低温

　　可看作是个混乱取向的偶子体系。当达到温度θ时，发生偶子的自发取向,系统的熵S减小。当T>θ时，如果施加外磁场B=Bi,从体系的温-熵图(图1)可看出,外磁场引起的偶子择优取向,使体系的熵减少。因此, 如果在减压4He或3He液浴中将顺磁盐预冷到某温度Ti,然后在与液氦浴保持热接触的条件下施加外磁场行等温磁化，体系在这过程中释放出来的磁化热为液氦浴所吸收，熵下降。再使盐与周围环境热,并将磁场降至B=Bi或零。这样就可以获得显著的降温效果,得到T=Ti或T=T0的温度。热去磁所能达到的zui终温度取决于外磁场强度和顺磁盐的磁有序化征温度。W.F.吉奥克于1933年成了顺磁盐热去磁实验，获得了千分之几开的低温。

　　稀释致冷机

　　1956年H.伦敦zui提出稀释致冷机的原理，1965年*台稀释致冷机诞生

　　低温

　　，它是利用3He-4He混合液的性质的致冷机。3He和4He的混合液在0.87K以上温度时是互溶的溶液，在0.87K以下时发生相分离，即分成含3He较多的浓相和含3He较少的稀相两分，两者间构成界面，浓相浮于稀相之上。当3He原子从浓相通过界面入稀相时，类似于普通液体通过液面蒸发成气体，要吸热致冷。入稀相的3He原子通过循环系统重新回到浓相。稀释致冷机结构简单可靠，致冷能力强，可长时间连续作，可得稳定的可调节的低温，这是传统的顺磁盐热去磁法所*的，现已获广泛应用。用此法得到的zui低温度为1.5mK。

　　坡密朗丘克致冷

　　温度在0.32K以下时，液态3He的熵比固态3He的熵要小，因而加

　　低温

　　压发生液-固相变时要吸热，从而达到致冷效果。此法由I.Y.坡密朗丘克于1950年提出，1965年实验成。此法常在稀释致冷机的基础上使用，可达到的限低温为1mK。1972年在此低温附近发现了3He的新相(见液态氦)。

　　核热去磁

　　原子核的自旋磁矩比电子自旋磁矩要小得多，故原子核磁矩间的相

　　低温

　　互作用也比电子磁矩间的相互作用弱得多。直到mK温度范围，核磁矩仍然是混乱取向，因而可用核热去磁法使核系统降温。通常以稀释致冷机预冷，用导磁体产生强磁场，使核自旋磁化，再热去磁。此法由C.J.戈和N.库尔蒂分别于1934年和1935年提出，1956年库尔蒂成地使金属铜的核自旋温度冷却到16μK。后来用二核热去磁使核自旋温度达到50nK(5×10-8K)的低温，*次观察到铜中核磁矩的自发反铁磁排列。物质内的热运动包括核自旋运动、晶格振动和自由电子运动，3种运动对内能都有贡献，在较温度时3种运动间的能量交换迅速，可处于热平衡状态，可用同温度来描述。在低温度下，三者间的能量交换较慢，不能很快建立热平衡，故应区分与不同运动相的温度。与核自旋运动相的温度称为核自旋温度。核热去磁只能降低核自旋温度。尽管核自旋温度已降到50nK量，但晶格温度可能仍为mK量。