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超低温下的磁性现象

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第一部分超低温磁性现象的定义和历史 2

第二部分超导体在超低温下的磁性性质 4

第三部分反铁磁性材料在超低温下的行为 6

第四部分磁致冷效应原理及应用 8

第五部分巨磁电阻效应在超低温下的影响 11

第六部分超低温下的量子磁性现象 13

第七部分磁场对超低温系统的影响 16

第八部分超低温磁性现象在先进技术中的应用 20

第一部分超低温磁性现象的定义和历史

关键词

关键要点

主题名称：超低温磁性现象的定义

1.超低温磁性现象是指在接近绝对零度(-273.15°C)的极低温度下，磁性材料表现出的独特特性。

2.超低温条件下，材料的热激发减弱，磁自旋之间的相互作用得到增强，导致磁性转变和奇异磁性行为。

3.超低温磁性现象为研究量子材料、磁性拓扑绝缘体等新兴领域提供了重要基础。

主题名称：超低温磁性现象的历史

超低温磁性现象的定义

在接近绝对零度（-273.15摄氏度）的极低温度下，材料展现出的独特磁性行为即为超低温磁现象。这种现象主要表现为材料的磁化率发生显著变化，以及出现一些奇异的磁性态。

超低温磁性现象的历史

超低温磁性现象最早是由荷兰物理学家翁内斯在1911年发现的。他在研究汞的电导率时，发现其在温度接近绝对零度时呈现出超导性。随后，他又进一步研究了其他金属的超导性，并发现了超低温磁现象。

20世纪前半叶，随着液氦制冷技术的成熟和低温物理的快速发展，超低温磁性现象的研究取得了长足的进展。1933年，德布罗意首次提出了用量子力学解释超低温磁性的理论。1957年，库珀提出了库珀对理论，为超导性现象提供了微观的解释。

20世纪后半叶，超低温磁性现象的研究重点转向了新型超导材料和量子材料的探索。1986年，穆勒和贝德诺尔兹发现了铜氧化物高温超导体，将超导体的临界温度提高到了前所未有的水平。2008年，安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫发现了石墨烯，并揭示了其独特的二维电子体系所呈现出的超低温磁性现象。

超低温磁现象的分类

超低温磁现象可以分为以下几类：

*超导性：材料在超低温下完全失去电阻的性质。

*反铁磁性：材料中相邻原子或分子磁矩大小相等，方向相反。

*铁磁性：材料中相邻原子或分子磁矩大小相等，方向相同。

*顺磁性：材料在外磁场作用下磁矩与外磁场方向相同的性质。

*抗磁性：材料在外磁场作用下磁矩与外磁场方向相反的性质。

超低温磁现象的应用

超低温磁现象在许多领域有着重要的应用价值，包括：

*超导磁体：利用超导材料制成的磁体，具有高磁场强度和低能耗的特点，广泛应用于磁共振成像、粒子加速器和核聚变装置等领域。

*量子计算：利用超低温磁性材料制成的量子比特，具有高相干性和可控性，为实现量子计算提供了基础。

*自旋电子学：利用自旋电子操控技术，实现新的信息存储、处理和传输方式，具有极高的集成度和低能耗。

*医学成像：利用超低温磁共振成像技术，可以获得人体组织更清晰、更精确的图像，在疾病诊断和治疗中发挥着重要作用。

*能源储存和转换：利用超低温磁性材料制成的磁性制冷器，具有高效率和低能耗的特点，为实现可持续能源利用提供了新的途径。

第二部分超导体在超低温下的磁性性质

关键词

关键要点

主题名称：超导体的迈斯纳效应

1.超导体在临界温度以下会排斥外磁场，使内部磁场强度为零，称为迈斯纳效应。

2.该效应表明超导体具有完美的抗磁性，磁通量无法穿透超导体。

3.迈斯纳效应为理解超导电性提供了关键见解，揭示了超导态的非局部性特征。

主题名称：超导体的磁感应穿透深度

超低温下的超导体磁性性质

超导体的定义

超导体是一种在冷却至临界温度以下时，电阻率突然降至零的材料。这种性质使超导体能够无损耗地传输电流。

迈斯纳效应

迈斯纳效应是超导体在超低温下表现出的最重要的磁性性质。当超导体被冷却至临界温度以下时，它会排斥所有外部磁场，形成一个无磁场的内部体积。这种排斥现象称为迈斯纳效应。

迈斯纳效应是超导体完全抗磁性的结果。当外部磁场施加到超导体上时，它会产生感应电流，该电流会在超导体内部产生一个与外部磁场相反方向的磁场。这导致了外部磁场的完全排斥。

临界磁场

超导体的迈斯纳效应只能维持到一定水平的外部磁场，称为临界磁场（Hc）。临界磁场的值取决于超导体的类型、温度和其他因素。当外部磁场超过临界磁场时，超导体将失去其超导性并恢复正常的导电性。

类型I超导体

类型I超导体是那些在临界磁场（Hc）以下表现出完美的抗磁性的超导体。它们具有夏普的相变，从超导态转变为正常态。当外部磁场超过临界磁场时，整个超导体