Физика низких температур - Свойства веществ при низких температурах

Применение Низкие температуры сыграло решающую роль в изучении конденсированного состояния. Особенно много новых и принципиальных фактов и закономерностей было открыто при изучении свойств различных веществ при гелиевых температурах. Это привело к развитию специального раздела физики -- физики Низкие температуры. При понижении температуры в свойствах веществ начинают проявляться особенности, связанные с наличием взаимодействий, которые при обычных температурах подавляются сильным тепловым движением атомов. Новые закономерности, обнаруженные при Низкие температуры, могут быть последовательно объяснены только на основе Квантовой механики. В частности, принцип неопределенности квантовой механики и вытекающее из него существование нулевых колебаний при абсолютном нуле температуры объясняют тот факт, что гелий остается в жидком состоянии вплоть до 0 К (см. Квантовая жидкость). Наиболее ярко квантовые закономерности проявляются при Низкие температуры в явлениях Сверхтекучести и Сверхпроводимости. Изучение этих явлений составляет важную часть физики Низкие температуры С 60-х гг. 20 в. открыт ряд интересных эффектов, в которых особое значение имеет пространственная когерентность волновых функций на макроскопических расстояниях (сверхпроводящее туннелирование, Джозефсона эффект). Большое значение имеет изучение свойств жидкого 3He, который представляет собой пример нейтральной квантовой ферми-жидкости. Как теперь выяснено, при температурах около 3 МК и давлении около 34 Бар3He претерпевает фазовое превращение, сопровождающееся значительным уменьшением вязкости (переходит в сверхтекучее состояние).

Развитие физики Низкие температуры в значительной степени способствовало созданию квантовой теории Твердого тела, в частности общей теоретической схемы, согласно которой состояние вещества при Низкие температуры может рассматриваться как суперпозиция идеально упорядоченного состояния, соответствующего 0 К, и газа элементарных возбуждений -- Квазичастиц. Введение различных типов квазичастиц (Фононы, Дырки, Магноны и др.) позволяет описать многообразие свойств веществ при Низкие температуры Термодинамические свойства газа элементарных возбуждений определяют наблюдаемые макроскопические равновесные свойства вещества. В свою очередь, методы статистической физики позволяют предсказать свойства газа возбуждений из характера связи энергии и импульса квазичастиц (закона дисперсии). Изучение теплоемкости, теплопроводности и др. тепловых и кинетических свойств твердых тел при Низкие температуры дает возможность установить закон дисперсии для фононов и др. квазичастиц. Температурная зависимость намагниченности феррои антиферромагнетиков объясняется в рамках закона дисперсии магнонов (Спиновых волн). Изучение закона дисперсии электронов в металлах составляет еще один важный раздел физики Низкие температуры Ослабление тепловых колебаний решетки при гелиевых температурах и применение чистых веществ позволили выяснить особенности поведения электронов в металлах (см. Гальваномагнитные явления, Де Хааза -- ван Альфена эффект, Циклотронный резонанс). Применение Низкие температуры играет большую роль при изучении различных видов Магнитного резонанса.

Охлаждение до сверхнизких температур применяется в Ядерной физике для создания мишеней и источников с поляризованными ядрами при изучении анизотропии рассеяния элементарных частиц. Такие источники позволили, в частности, поставить решающие эксперименты по проблеме несохранения Четности. Низкие температуры применяются при изучении полупроводников, оптических свойств молекулярных кристаллов и во многих др. случаях.

Похожие статьи




Физика низких температур - Свойства веществ при низких температурах

Предыдущая | Следующая