
【机】 adiabatic demagnetization
绝热去磁(Adiabatic Demagnetization)是一种利用磁热效应获得极低温的物理技术。其核心原理基于热力学和磁学性质,具体过程及解释如下:
$$ dS = 0 quad Rightarrow quad T propto frac{1}{B} $$ 其中 ( S ) 为熵,( T ) 为温度,( B ) 为磁场强度。
将顺磁盐(如硫酸钆)置于强磁场(通常1-3特斯拉)中,磁矩沿磁场方向有序排列,系统向环境放热,熵减小。
隔离系统并撤除磁场,磁矩恢复无序状态需消耗内能,导致温度骤降,可达毫开尔文(mK)量级。
Cryogenic Techniques: Adiabatic Demagnetization (链接为NIST官网公开文档)
Pobell, F. (2007). Matter and Methods at Low Temperatures. Springer. (Chapter 8)
Giauque, W. F. (1927). A Thermodynamic Treatment of Magnetic Cooling. Physical Review 链接为APS期刊存档页
此技术由德拜(1926)和吉奥克(1927)独立提出,现为极低温研究的基石方法之一。
绝热去磁是一种通过改变磁场和熵来实现超低温的技术,主要用于获得接近绝对零度的极低温环境(通常低于1K)。以下是综合多个来源的详细解释:
热力学基础
绝热去磁基于磁熵与温度的关系。当顺磁材料(如顺磁盐)在磁场中被磁化时,其内部磁矩有序排列,磁熵减小,同时释放热量(由液氦等介质吸收)。若在绝热条件下撤去磁场,磁矩恢复无序状态,磁熵增加,而系统总熵保持不变,因此晶格振动熵减少,导致温度下降。
公式表达
根据热力学关系,绝热去磁的温度变化可表示为:
$$
Delta T = frac{T}{C_H} cdot left( frac{partial M}{partial T} right)_H cdot Delta H
$$
其中,(C_H)为热容,(M)为磁化强度,(H)为磁场强度。
预冷与磁化
将顺磁盐(如硝酸镁铈CMN、铬钾钒CPA)置于液氦环境中预冷至约1K,施加强磁场(约(10 , text{A/m})),使磁矩有序排列并释放热量。
绝热去磁
抽离热交换介质(如低压氦气),在绝热条件下缓慢撤去磁场。磁矩无序化导致系统温度进一步降低,最低可达毫开尔文(mK)量级。
优势
局限性
应用领域
该技术由W.F.吉奥克和P.J.W.德拜于1926年独立提出,1933年吉奥克首次实验成功。
综合自、2、3、4、7、11等,涵盖原理、操作及历史背景。如需进一步了解公式推导或实验细节,可查阅原始文献或低温物理教材。
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