基本介紹
- 中文名：絕熱去磁
- 外文名：adiabatic demagnetization
- 特徵：使順磁性物質降溫到接近絕對零度
- 提出年代：1926年
- 提出者：德拜
物理圖像,技術原理,典型實例,
物理圖像
通常是先用液態氦將一些具有順磁性的鹽類物質如硝酸鈰鎂、鉻鉀礬等含有磁性離子的鹽類，在強磁場下使其降到1K或2K。此時原子磁矩的因子（μB/kT）將比1大，譬如達到2或3，故原子磁矩將大部分沿磁場方向整齊排列，物質的磁化接近飽和。隨後再使這些物質與外界絕熱（如撤除液氦低溫源，抽掉物質周圍的氣體等），並除去外加磁場，鹽類順磁物質的溫度就會跟著有顯著的下降。套用這種原子磁矩的絕熱去磁法，實驗室里能從1K的樣品產生10－3K數量級的極低溫。具體的數值受順磁鹽自發磁有序溫度的限制。對硝酸鈰鎂，能得到的最低溫度為1.5mK。而套用原子核磁矩的絕熱去磁降溫，能從10－3K溫度的樣品產生10－6K數量級的超低溫。
除去磁場的方式是至關重要的，如將外磁場突然除去，則由於晶格上原子的熱振動，原子磁矩對齊排列將逐漸轉變為無規則的隨機分布。但在無外磁場作用下原子磁矩取向從有序向無序的轉變，外界無需對系統做功（原子磁矩自身之間的相互作用相對較弱，可忽略），故系統的熱運動動能基本不變，溫度也不變。倘若原子磁矩因熱運動而掉轉方向時，仍有一點外磁場存在，情況則不同。此時，原子磁矩與外界磁場之間的相互作用勢能（等於－μ·B）將增加。絕熱情況下勢能的增加只能通過原子系統振動動能的減少加以實現，故順磁物質鹽類的溫度會降低。這就是絕熱去磁冷卻法的基本物理圖像。
技術原理
為了能夠獲得更低的，如10－6K數量級的溫度，必須要利用自發磁有序溫度更低的核磁矩系統，對順磁物質鹽類的核磁矩施行絕熱去磁。由於原子核的磁矩太小，即使在1—2K的溫度時，因子（μB/kT）的數值仍然只有10－3K的數量級。因此在此溫區內用核磁矩的絕熱去磁法不會產生明顯的降溫效應。一般是先用稀釋致冷機，用原子磁矩的絕熱去磁把順磁鹽類物質的溫度降到10－3K，此時（μB/kT）的數值已經接近1，大多數核磁矩將沿著外磁場的方向排列，可套用絕熱去磁法使樣品的溫度進一步降低，達到10－6K數量級的超低溫。PrNi5合金和金屬銅是常用的核絕熱去磁材料，利用PrNi5作第一級，銅作第二級，銅的溫度可降到10－6K。由於不可避免的耦合作用，這樣的超低溫大約只能維持30—90秒，隨後很快地回到原來的狀態。
退去磁場時，保持順磁物質與外界絕熱至關重要。因為絕熱過程體系熵不能發生變化，即與磁矩排列有序程度相關的因子μB/kT為常數，B減小時，溫度T才會相應地下降。此外，在極低溫時，固體材料的熱容極小，很少的漏熱即會使溫度上升很多，在順磁鹽絕熱去磁中，漏熱要減小到約0.1μW。對於核絕熱去磁，最大的漏熱約為lnW。
