Adiabatisk afmagnetisering

Adiabatisk afmagnetisering er en  metode til at opnå ultralave temperaturer under 0,7  K.

Introduktion

For at opnå lave temperaturer anvendes normalt flydende gas. Ved at reducere trykket over den frie overflade af en væske, er det muligt at opnå en temperatur under denne væskes normale kogepunkt. Eksempelvis kan man ved at pumpe nitrogendamp ud opnå et temperaturfald til temperaturen på nitrogen-trippelpunktet (63 K), ved at pumpe brintdamp ud ( over den faste fase) kan man opnå en temperatur på 10 K, ved at pumpe ud af heliumdamp kan man opnå (under meget gode eksperimentelle forhold) en temperatur på omkring 0, 7K.

I 1926 viste Gyok og Debye uafhængigt af hinanden, at størrelsen af ​​den magnetokaloriske effekt skulle være stor i paramagnetiske stoffer ved tilstrækkeligt lave temperaturer, og at denne effekt kan bruges til at opnå lave temperaturer. I de første eksperimenter af Gioka og McDougall i 1933 blev en temperatur på 0,25 K nået under afmagnetiseringen af ​​gadoliniumsalte [1] .

Metode

Generel information

Metoden er baseret på effekten af ​​varmeafgivelse fra paramagnetiske salte under deres magnetisering og efterfølgende varmeabsorption under deres afmagnetisering. Dette gør det muligt at opnå temperaturer ned til 0,001 K.

Der findes også en metode til nuklear afmagnetisering, som kan bruges til at opnå temperaturer op til  K [2] .

Beskrivelse

En paramagnetisk saltprøve er suspenderet fra tråde i et rør fyldt med heliumgas under let tryk. Heliumgassen giver kontakt med et flydende heliumbad afkølet ved fordampning af væsken under reduceret tryk. Under drift holdes det lavest mulige tryk i badet, normalt svarende til en temperatur på ~1 K. På grund af gassens varmeledningsevne afkøles det paramagnetiske salt til heliumbadets temperatur. Derefter tændes magnetfeltet.

Under magnetiseringsprocessen opvarmes saltet. Orienteringen af ​​magnetiske ioner langs magnetfeltet reducerer entropien. Varmen fra saltet føres til heliumbadet, og saltets temperatur bliver igen 1 K.

Dernæst pumpes gassen, der omgiver prøven og er i termisk kontakt med den, ud, og derefter slukkes magnetfeltet. I processen med adiabatisk afmagnetisering genoprettes entropien og energien af ​​magnetiske ioner delvist på grund af gitterets energi, og saltets temperatur falder markant.

For at opnå meget lave temperaturer er salte med en lav koncentration af paramagnetiske ioner mest egnede, det vil sige salte, hvor naboparamagnetiske ioner er adskilt fra hinanden af ​​ikke-magnetiske atomer. Interaktionen mellem magnetiske ioner viser sig i dette tilfælde at være meget svag. For eksempel i kaliumchromalun er hvert magnetisk chromatom omgivet af 47 ikke-magnetiske naboer [3] .

Se også

• Opløsningskøleskabet  er en anordning til at opnå lave temperaturer.
• Pomeranchuk-  effekten er en effekt, der bruges til at opnå lave temperaturer.
• kryogenik

Noter

1. ↑ W.F. Giauque & D.P. MacDougall. Opnåelse af temperaturer under 1° absolut ved afmagnetisering af Gd 2 (SO 4 ) 3 8H 2 O  (engelsk)  // Physical Review  : Journal. - APS , 1933. - 1. maj ( bd. 43 , udg. 9 ). — S. 768 . - doi : 10.1103/PhysRev.43.768 .
2. ↑ Fysik af lave temperaturer, 1963 , s. 33-35.
3. ↑ Kryogenteknik af Russel B. Scott

Litteratur

• Mendelson K. Fizika lave temperaturer. - M. : IL, 1963. - 277 s.

I bibliografiske kataloger	NDL : 00561252