Demagnetizare adiabatică

Demagnetizarea adiabatică este o  metodă de obținere a temperaturilor ultra-scăzute sub 0,7  K.

Introducere

Pentru a obține temperaturi scăzute, de obicei se utilizează gaz lichefiat. Prin reducerea presiunii deasupra suprafeței libere a unui lichid, se poate obține o temperatură sub punctul normal de fierbere al acestui lichid. De exemplu, prin pomparea vaporilor de azot , se poate realiza o scădere a temperaturii până la temperatura punctului triplu de azot (63 K), prin pomparea vaporilor de hidrogen (peste faza solidă) se poate atinge o temperatură de 10 K, prin pompare. Din vapori de heliu se poate atinge (în condiții experimentale foarte bune) o temperatură de aproximativ 0,7K.

În 1926, Gyok și Debye au arătat în mod independent că magnitudinea efectului magnetocaloric ar trebui să fie mare în substanțele paramagnetice la temperaturi suficient de scăzute și că acest efect poate fi folosit pentru a obține temperaturi scăzute. În primele experimente ale lui Gioka și McDougall din 1933, s-a atins o temperatură de 0,25 K în timpul demagnetizării sărurilor de gadoliniu [1] .

Metoda

Informații generale

Metoda se bazează pe efectul degajării de căldură din sărurile paramagnetice în timpul magnetizării lor și pe absorbția ulterioară a căldurii în timpul demagnetizării lor. Acest lucru face posibilă obținerea unor temperaturi de până la 0,001 K.

Există și o metodă de demagnetizare nucleară, care poate fi folosită pentru a obține temperaturi de până la  K [2] .

Descriere

O probă de sare paramagnetică este suspendată din fire într-un tub umplut cu heliu gaz sub o presiune ușoară. Heliul gazos asigură contactul cu o baie de heliu lichid răcită prin evaporarea lichidului sub presiune redusă. În timpul funcționării, în baie se menține cea mai mică presiune posibilă, corespunzătoare de obicei unei temperaturi de ~1 K. Datorită conductivității termice a gazului, sarea paramagnetică este răcită la temperatura băii de heliu. Apoi câmpul magnetic este pornit.

În timpul procesului de magnetizare, sarea se încălzește. Orientarea ionilor magnetici de-a lungul câmpului magnetic reduce entropia. Căldura de la sare este îndepărtată în baia de heliu, iar temperatura sării devine din nou 1 K.

Apoi, gazul care înconjoară proba și care este în contact termic cu aceasta este pompat, apoi câmpul magnetic este oprit. În procesul de demagnetizare adiabatică, entropia și energia ionilor magnetici sunt parțial restaurate datorită energiei rețelei, iar temperatura sării scade considerabil.

Pentru a obține temperaturi foarte scăzute, cele mai potrivite sunt sărurile cu o concentrație scăzută de ioni paramagnetici, adică sărurile în care ionii paramagnetici învecinați sunt separați unul de celălalt prin atomi nemagnetici. Interacțiunea dintre ionii magnetici în acest caz se dovedește a fi foarte slabă. De exemplu, în alaunul de crom potasiu, fiecare atom de crom magnetic este înconjurat de 47 de vecini nemagnetici [3] .

Vezi și

Note

  1. ↑ W.F. Giauque și D.P. MacDougall. Atingerea temperaturilor sub 1° absolut prin demagnetizarea Gd 2 (SO 4 ) 3 8H 2 O  (engleză)  // Physical Review  : Journal. - APS , 1933. - 1 mai ( vol. 43 , iss. 9 ). — P. 768 . - doi : 10.1103/PhysRev.43.768 .
  2. ↑ Fizica temperaturilor scăzute, 1963 , p. 33-35.
  3. ↑ Ingineria criogenului de Russel B. Scott

Literatură

  Accesați articolul Wikidata  În cataloagele bibliografice