低温物理与技术-第2章低温液体.pptVIP

* * * * * * * * * 超流氦膜流 2.5 正常液体3He的性质 3He 的蒸发潜热很小，表明它的冷却能力较弱，因此必须很仔细地尽可能降低液氦杜瓦的漏热。 4He和 3He 的蒸发潜热L随温度的变化 2.2K 以上的热导率比不锈钢（铜）差1 (4) 个量级。2.2K 以下的热导率比铜大4 个量级。 Thermal conductivities of gaseous and liquid helium T0.1K T0.03K 3He的相图 bcc 朗道（Lev Davidovich Landau, 1908-1968）因对凝聚态物质的开创性研究，特别是创立了液氦的超流动性理论，获得了1962年度诺贝尔物理学奖。 朗道在物质凝聚态方面进行过许多继往开来的基础性研究工作，有人甚至认为，从固体物理学到凝聚态物理学的过渡是从朗道的工作开始的。1941年，朗道创立了液体氦的超流动性理论。他用数学方法解释了温度处于2.17K的液氦为什么会失去粘滞性而无磨擦地流动，为什么其热传导率比铜在室温下的热传导率还要大800倍的问题。他还预言，在超流氦中声音将以两种不同的速度传播：一种是大家熟悉的压力波；另一种就是所谓的“第二声”，即温度波。1944年，佩歇科夫实验证实了他的这一预言。 Lev Davidovich Landau 二流体模型的成功在于预言了He-II中存在熵波或称第二声波．这首先是由Tisza在1938年根据不太满意的二流体模型得到的，然后Landau在1941年独立地预言了第二声的存在，并由 Peshkov于1944年从实验上得到了证实． 从二流体模型的运动方程，我们可以期望得到一个和普通液体一祥的密度波，即第一声波．另外还可导出在超流4He中传播的熵波． 第二声波 温度波 常流里温度的传播不是波动形式的. 超流里温度以波的形式传播 朗道从理论上解释了这种现象，他认为当温度在绝对温度2.17K时，4He原子发生玻色爱因斯坦凝聚，成为超流体，而像3He这样的费米子即使在最低能量下也不能发生凝聚，所以不可能发生超流动现象。金属的超导理论（BCS理论）的提出使得人们认为在极低温度下3He也可能会形成超流体。但是人们一直未能在实验上发现3He的超流动性。20世纪70年代，戴维·李领导的康奈尔低温小组首次发现了3He的超流动性，不久，其它的研究小组也证实了他们的发现。超流是量子力学效应的宏观体现. 通常将量子力学起主要作用的流体称为量子流体. 1996年诺贝尔物理学奖---发现氦-3中的超流动性 1996年诺贝尔物理学奖授予美国纽约州伊萨卡 （Ithaca)康奈尔大学的戴维 .李（David Lee1931--), 美国加利福尼亚州斯坦福大学的奥谢罗夫（Douglas D.Osheroff,1945--)和R.C.里查森（Richard C Richardson1937-- ),以表彰他们发现了 氦-3中的超流动性。 2003年诺贝尔物理学奖——超导和超流体理论研究领域的卓越贡献 2003年度诺贝尔物理奖授予拥有俄罗斯和美国双重国籍的科学家阿列克谢?阿布里科索夫、俄罗斯科学家维塔利?金茨堡以及拥有英国和美国双重国籍的科学家安东尼?莱格特,以表彰他们由于在超导和超流体理论研究领域所作出的开创性贡献。 金茨堡 莱格特 阿布里科索夫 0.1K以下LHe-3的性质 2.6 Landau费米液体理论 理想费米气体的性质 T=0 K时: 理想费米气体的性质(T0K) 理想费米气体的性质(T0K) 理想费米气体的输运性质(T0K) 理想费米气体的性质(T0K) 液体He-3的性质与理想气体的性质比较,定性上是符合的,但是定量上不符.所以液体He-3在0.1K以下的理论必须在理想费米气体的框架下构筑出来. Landau完成了此理论,称Landau Fermi液体理论,此理论在凝聚态物理中起了非常重要的作用,直至现在. Landau的Fermi液体理论 理论结果 * 氦气制冷的氢液化系统 氦（Helium）为稀有气体的一种。在自然界，存在着 3He和4He两种同位素。4He的原子核有两个质子和两个中子，称为玻色子；而3He只有一个中子，称为费米子。 氦的应用主要是作为保护气体、气冷式核反应堆的工作流体和超低温冷冻剂。 2.3正常液体4He的性质 量子流体——液氦 氦（Helium) 氦是由原子量为4.003的4He和3.016的3He两种稳定同位素 氦在空气中的含量仅5.24ppm，氦生产主要从天然气中提取。氦中3He的含量约占1／107～1／106。通常指的是4He 氦气无色、无味，化学性质极其稳定。临界温度很低，是自然界中最难液化的气体；4He的标准沸点是