9.0 Введение в парамагнитное охлаждение

В 1922 году Г. Камерлинг-Оннес достиг температуры 0,83 К путем откачки ванны с жидким 4Не громадной батареей насосов. Полагая, что не существует элемента с более низкой точкой кипения, чем гелий, он предсказал, что эта температура может остаться минимальной температурой, достижимой в лаборатории, если кто-нибудь не откроет совершенно новую технологию охлаждения, которая не будет зависеть от скрытой теплоты парообразования. (Конечно, он не знал, что существует более легкий изотоп 3Не, который сместит этот нижний предел почти в три раза). В 1926 г. такая принципиально новая технология охлаждения была предложена. П. Дебай и В. Джиок независимо друг от друга предположили, что более низкие температуры могут быть получены с использованием энтропии магнитного беспорядка электронных магнитных моментов парамагнитных солей, а метод позднее был назван адиабатическим размагничиванием парамагнитных солей. Не прошло и семи лет, как в 1933 г. это предложение было реализовано, когда В. Джиок и Д. Макдуглас (Беркли) получили 0,53 К, а немного позднее В. де Гааз, Е. Вирсма и Г. Крамере (Лейден) достигли температуры 0,27 К. В сущности, это был первый важный низкотемпературный эксперимент с конца 19 столетия, в котором Лейденский университет оказался не первым по достигнутым успехам (ссылки на эту раннюю работу см. в [9.1-3]).

Адиабатическое размагничивание парамагнитных солей было первым методом охлаждения до температур существенно ниже 1 К. Сегодня этот метод можно использовать в экспериментах при 2 мК < Т < 1 К. За последние 15 лет он не часто использовался, потому что был заменен рефрижератором растворения 3Не4Не, который имеет существенное достоинство, будучи методом непрерывного охлаждения. Рассмотрим адиабатическое размагничивание парамагнитных солей и по историческим причинам, и потому что это — основа для понимания гораздо более важного в настоящее время ядерного адиабатического размагничивания, которое будет обсуждаться в гл. 10.