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低溫物理學(xué)（物理學(xué)分支）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-20

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低溫物理學(xué)

物理學(xué)分支

低溫物理學(xué)是研究在低溫下(包括極低溫)物質(zhì)物理性質(zhì)的物理學(xué)的一門(mén)分支學(xué)科。低溫物理學(xué)研究的對(duì)象主要是凝聚態(tài)物質(zhì)，包括正常氣體在低溫下凝聚的液體和固體，還包括凝聚態(tài)物質(zhì)與周?chē)h(huán)境和媒質(zhì)的作用，如氣態(tài)環(huán)境，電磁場(chǎng),壓力，接觸物質(zhì)等的作用等。物質(zhì)的低溫物性，包括在低溫下物質(zhì)的力、熱、電、磁、光等性質(zhì)，以及相變，相平衡，相的穩(wěn)定性，臨界現(xiàn)象等。

基本信息

所屬學(xué)科

物理學(xué)的一門(mén)分支學(xué)科

相關(guān)知識(shí)

所謂低溫通常是指低于液氮溫度（77K），而更多更重要的低溫現(xiàn)象則發(fā)生在液氦溫度（4.2K）以下。使空氣、氫氣和氦氣液化的技術(shù)，以及各種超低溫技術(shù)的發(fā)展（見(jiàn)超低溫技術(shù)），使人們獲得了極低溫和超低溫的實(shí)驗(yàn)條件。在低溫下物質(zhì)的熱學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)均會(huì)發(fā)生巨大改變。例如固體比熱容在某些溫度下會(huì)突變；在足夠低的溫度下，原則上所有順磁物質(zhì)均可表現(xiàn)出鐵磁性或反鐵磁性(見(jiàn)磁介質(zhì))；金屬的導(dǎo)電性明顯提高，而半導(dǎo)體的導(dǎo)電性則大大降低。這些現(xiàn)象均與低溫下的量子力學(xué)效應(yīng)有關(guān)。

學(xué)科歷史與現(xiàn)狀

1908年H.卡末林 - 昂內(nèi)斯首次實(shí)現(xiàn)了氦氣的液化。液態(tài)氦當(dāng)溫度低于入點(diǎn)后從HeⅠ相轉(zhuǎn)變?yōu)镠eⅡ相，HeⅡ相具有超流動(dòng)性，粘滯系數(shù)變?yōu)榱?，可無(wú)阻地通過(guò)毛細(xì)管，同時(shí)其熱導(dǎo)率大大增加，約為入點(diǎn)以上溫度時(shí)的3×106倍。1911年昂內(nèi)斯首次發(fā)現(xiàn)一些金屬在極低溫度下呈現(xiàn)零電阻現(xiàn)象，稱(chēng)為超導(dǎo)電性。1933 年 W.邁斯納發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體具有完全抗磁性，體內(nèi)磁場(chǎng)恒為零（見(jiàn)超導(dǎo)電性）。此外，在超導(dǎo)臨界溫度處超導(dǎo)體的比熱容發(fā)生突變，超導(dǎo)態(tài)不存在溫差電現(xiàn)象，等等。超流動(dòng)性和超導(dǎo)體的這些奇異現(xiàn)象均與低溫下的宏觀(guān)量子現(xiàn)象密切相關(guān)，并均來(lái)源于低溫下發(fā)生的某種有序化轉(zhuǎn)變。對(duì)超流動(dòng)性和超導(dǎo)電性的研究大大深化了人們對(duì)物質(zhì)世界所循規(guī)律的認(rèn)識(shí)，故一直是低溫物理學(xué)的研究重點(diǎn)。對(duì)液態(tài)3He 和4He的性質(zhì)的研究導(dǎo)致了新的致冷手段( 稀釋致冷機(jī) )的出現(xiàn)。對(duì)超導(dǎo)體各種性質(zhì)及其應(yīng)用的研究形成了超導(dǎo)物理學(xué)這一分支學(xué)科。以約瑟夫森效應(yīng)為基礎(chǔ)的超導(dǎo)器件的研究和應(yīng)用形成了超導(dǎo)電子學(xué)這一新學(xué)科。1986年以后對(duì)高臨界溫度超導(dǎo)材料的研究和探索為超導(dǎo)應(yīng)用展現(xiàn)了廣闊前景。

物理學(xué)家不斷尋找臨界轉(zhuǎn)變溫度更高的超導(dǎo)材料，高溫超導(dǎo)紀(jì)錄不斷被刷新。目前，高溫超導(dǎo)已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理學(xué)中最熱門(mén)的研究領(lǐng)域之一。

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