Adiabatická demagnetizace

Adiabatická demagnetizace je  metoda pro získání ultranízkých teplot pod 0,7  K.

Úvod

K dosažení nízkých teplot se obvykle používá zkapalněný plyn. Snížením tlaku nad volným povrchem kapaliny je možné získat teplotu pod normálním bodem varu této kapaliny. Například odčerpáním par dusíku lze dosáhnout poklesu teploty na teplotu trojného bodu dusíku (63 K), odčerpáním par vodíku (nad pevnou fází) lze dosáhnout teploty 10 K, přečerpáním výpary helia lze dosáhnout (za velmi dobrých experimentálních podmínek) teploty asi 0,7 K.

V roce 1926 Gyok a Debye nezávisle na sobě ukázali, že velikost magnetokalorického efektu by měla být velká v paramagnetických látkách při dostatečně nízkých teplotách a že tento efekt lze využít k získání nízkých teplot. Při prvních experimentech Gioky a McDougalla v roce 1933 bylo při demagnetizaci solí gadolinia dosaženo teploty 0,25 K [1] .

Metoda

Obecné informace

Metoda je založena na efektu uvolňování tepla z paramagnetických solí při jejich magnetizaci a následné absorpci tepla při jejich demagnetizaci. To umožňuje získat teploty až 0,001 K.

Existuje také metoda jaderné demagnetizace, kterou lze získat teploty až  K [2] .

Popis

Vzorek paramagnetické soli je zavěšen na závitech v trubici naplněné heliem pod mírným tlakem. Plynné helium zajišťuje kontakt s kapalnou héliovou lázní chlazenou odpařováním kapaliny za sníženého tlaku. Při provozu se v lázni udržuje co nejnižší tlak, obvykle odpovídající teplotě ~1 K. Vlivem tepelné vodivosti plynu se paramagnetická sůl ochladí na teplotu héliové lázně. Poté se magnetické pole zapne.

Během procesu magnetizace se sůl zahřívá. Orientace magnetických iontů podél magnetického pole snižuje entropii. Teplo ze soli se odvádí do héliové lázně a teplota soli opět dosáhne 1 K.

Dále je plyn, který obklopuje vzorek a je s ním v tepelném kontaktu, odčerpán a poté je magnetické pole vypnuto. V procesu adiabatické demagnetizace dochází vlivem energie mřížky k částečné obnově entropie a energie magnetických iontů a výrazně klesá teplota soli.

Pro získání velmi nízkých teplot jsou nejvhodnější soli s nízkou koncentrací paramagnetických iontů, tedy soli, ve kterých jsou sousední paramagnetické ionty od sebe odděleny nemagnetickými atomy. Interakce mezi magnetickými ionty se v tomto případě ukazuje jako velmi slabá. Například v kamenci draselného chromu je každý magnetický atom chrómu obklopen 47 nemagnetickými sousedy [3] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ W.F. Giauque & D.P. MacDougall. Dosažení teplot pod 1° absolutní demagnetizací Gd 2 (SO 4 ) 3 8H 2 O  (anglicky)  // Physical Review  : Journal. - APS , 1933. - 1. května ( sv. 43 , vyd. 9 ). — S. 768 . - doi : 10.1103/PhysRev.43.768 .
  2. ↑ Fyzika nízkých teplot, 1963 , s. 33-35.
  3. ↑ Kryogenní inženýrství Russel B. Scott

Literatura

  Přejděte na položku Wikidata  V bibliografických katalozích