低于1K的溫度叫做低溫。獲得這樣低的溫度,除人們所熟知的,通過(guò)對(duì)4He液浴減壓可達(dá)zui低溫度約0.5K外，還有下列方法：利用3He液浴減壓zui低溫度可達(dá)到0.3K;利用硝酸鈰鎂(CMN)等順磁鹽行熱去磁,可達(dá)到幾毫開(kāi)溫區(qū);利用3He-4He稀釋致冷機(jī)可達(dá)1.5mK，利用坡密朗丘克冷卻和熱核去磁可達(dá)到更低的溫度。
3He低溫恒溫器
利用3He蒸發(fā)的低溫恒溫器是獲得1K以下溫度的zui簡(jiǎn)便的方法。3He的質(zhì)量小,零點(diǎn)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,因此在所有的溫度下它的蒸氣壓比4He都要。此外，因不存在3He膜,也就沒(méi)有沿著3He膜的傳熱或3He蒸發(fā)而產(chǎn)生的額外漏熱。所以在低溫端可以利用粗管道對(duì)3He液浴減壓,獲得比利用4He液浴減壓所能達(dá)到的更低的溫度。3He的正常沸點(diǎn)是3.19K，通過(guò)減壓可達(dá)稍低于0.3K的溫度。
順磁鹽熱去磁
順磁鹽熱去磁又稱磁冷卻。順磁鹽中含有鐵或稀土族元素，其3d或4f殼層沒(méi)有填滿因而具有磁矩。當(dāng)溫度于順磁鹽的磁有序
征溫度θ 時(shí)(見(jiàn)順磁性),各個(gè)離子間因相互作用較小，自由,順磁鹽
低溫
可看作是個(gè)混亂取向的偶子體系。當(dāng)達(dá)到溫度θ時(shí)，發(fā)生偶子的自發(fā)取向,系統(tǒng)的熵S減小。當(dāng)T>θ時(shí)，如果施加外磁場(chǎng)B=Bi,從體系的溫-熵圖(圖1)可看出,外磁場(chǎng)引起的偶子擇優(yōu)取向,使體系的熵減少。因此, 如果在減壓4He或3He液浴中將順磁鹽預(yù)冷到某溫度Ti,然后在與液氦浴保持熱接觸的條件下施加外磁場(chǎng)行等溫磁化，體系在這過(guò)程中釋放出來(lái)的磁化熱為液氦浴所吸收，熵下降。再使鹽與周?chē)h(huán)境熱,并將磁場(chǎng)降至B=Bi或零。這樣就可以獲得顯著的降溫效果,得到T=Ti或T=T0的溫度。熱去磁所能達(dá)到的zui終溫度取決于外磁場(chǎng)強(qiáng)度和順磁鹽的磁有序化征溫度。W.F.吉奧克于1933年成了順磁鹽熱去磁實(shí)驗(yàn)，獲得了千分之幾開(kāi)的低溫。
稀釋致冷機(jī)
1956年H.倫敦zui提出稀釋致冷機(jī)的原理，1965年*臺(tái)稀釋致冷機(jī)誕生
低溫
，它是利用3He-4He混合液的性質(zhì)的致冷機(jī)。3He和4He的混合液在0.87K以上溫度時(shí)是互溶的溶液，在0.87K以下時(shí)發(fā)生相分離，即分成含3He較多的濃相和含3He較少的稀相兩分，兩者間構(gòu)成界面，濃相浮于稀相之上。當(dāng)3He原子從濃相通過(guò)界面入稀相時(shí)，類似于普通液體通過(guò)液面蒸發(fā)成氣體，要吸熱致冷。入稀相的3He原子通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)重新回到濃相。稀釋致冷機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，致冷能力強(qiáng)，可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)作，可得穩(wěn)定的可調(diào)節(jié)的低溫，這是傳統(tǒng)的順磁鹽熱去磁法所*的，現(xiàn)已獲廣泛應(yīng)用。用此法得到的zui低溫度為1.5mK。
坡密朗丘克致冷
溫度在0.32K以下時(shí)，液態(tài)3He的熵比固態(tài)3He的熵要小，因而加
低溫
壓發(fā)生液-固相變時(shí)要吸熱，從而達(dá)到致冷效果。此法由I.Y.坡密朗丘克于1950年提出，1965年實(shí)驗(yàn)成。此法常在稀釋致冷機(jī)的基礎(chǔ)上使用，可達(dá)到的限低溫為1mK。1972年在此低溫附近發(fā)現(xiàn)了3He的新相(見(jiàn)液態(tài)氦)。
核熱去磁
原子核的自旋磁矩比電子自旋磁矩要小得多，故原子核磁矩間的相
低溫
互作用也比電子磁矩間的相互作用弱得多。直到mK溫度范圍，核磁矩仍然是混亂取向，因而可用核熱去磁法使核系統(tǒng)降溫。通常以稀釋致冷機(jī)預(yù)冷，用導(dǎo)磁體產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，使核自旋磁化，再熱去磁。此法由C.J.戈和N.庫(kù)爾蒂分別于1934年和1935年提出，1956年庫(kù)爾蒂成地使金屬銅的核自旋溫度冷卻到16μK。后來(lái)用二核熱去磁使核自旋溫度達(dá)到50nK(5×10-8K)的低溫，*次觀察到銅中核磁矩的自發(fā)反鐵磁排列。物質(zhì)內(nèi)的熱運(yùn)動(dòng)包括核自旋運(yùn)動(dòng)、晶格振動(dòng)和自由電子運(yùn)動(dòng)，3種運(yùn)動(dòng)對(duì)內(nèi)能都有貢獻(xiàn)，在較溫度時(shí)3種運(yùn)動(dòng)間的能量交換迅速，可處于熱平衡狀態(tài)，可用同溫度來(lái)描述。在低溫度下，三者間的能量交換較慢，不能很快建立熱平衡，故應(yīng)區(qū)分與不同運(yùn)動(dòng)相的溫度。與核自旋運(yùn)動(dòng)相的溫度稱為核自旋溫度。核熱去磁只能降低核自旋溫度。盡管核自旋溫度已降到50nK量，但晶格溫度可能仍為mK量。
