lavtemperaturfysikk

I temperaturområdet fra 4 K til 1 μK (mikrokelvin, 10⁻⁶ K) opptrer mange former for mikroskopisk orden. For eksempel oppstår superledning i en del materialer. Helium er et superfluid under 2,18 K, og kan da strømme uten motstand. Tradisjonelt er grensen for lavtemperaturfysikk knyttet til væskedannelse av flytende helium ved 4,2 K ved normalt trykk, som først ble studert av Heike Kamerlingh Onnes og brukt til å kjøle ned og undersøke stoffer ved slike lave temperaturer.

Lavtemperaturfysikk dreier seg også om oppgaver innen termometri og varmeoverføring. Blant praktiske anvendelser av resultater fra denne delen av fysikken kan nevnes: superledere, ultrarask elektronikk for datamaskiner og instrumenter med liten støy og stor nøyaktighet, for eksempel SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Devices).

Studiet av elektrisk ledning i tynne filmer og i mikroskopiske tynne og lange strenger, der fenomenene har todimensjonal og endimensjonal karakter, har bidratt til utviklingen av svært små elektromagnetiske kretser i mikrometerskala.

Av andre fenomener som studeres i lavtemperaturfysikk, kan nevnes kvantekrystaller, magnetisme ved lave temperaturer, spinn-polarisert hydrogen og deuterium, magnetiske superledere, kvante-Hall-effekten, akustisk mikroskopi og faseoverganger.

En vanlig teknikk for å oppnå lave temperaturer er å bruke ekspansjonskammere fylt med helium. På den måten får man dannet flytende helium med temperatur 4,2 K. Videre avkjøling oppnås ved adiabatisk fordampning. Man kan da få temperaturer ned til 0,8 K for ⁴He og 0,2 K for ³He. Ytterligere avkjøling får man ved å lage en lukket krets der ³He tar varme fra ⁴He. Da kan man komme ned til 2 μK. Adiabatisk kompresjon av ³He kan gi temperaturer ned til 1 μK. Med adiabatisk demagnetisering av for eksempel kobber har man kommet helt ned til temperaturer på mikrokelvin.

• kelvin
• Heike Kamerlingh Onnes
• superfluid
• superleder