凝聚態物理的方法與工具
低溫技術
/ kry-oh-JEN-iks /
熱其實只是原子在不停地顫動,東西越冷,這種顫動就越安靜。低溫技術正是把溫度降到真正深寒的本領——遠低於冬夜,甚至低於空氣本身的凝固點——同樣重要的是,還要把這個低溫穩穩地保持住,直到一次實驗所需的全程。
溫度是從絕對零度量起的,那是原子運動幾乎完全停止的點,所用的是開爾文溫標;室溫約為300開爾文,而低溫技術則要工作在幾開爾文乃至更低的區域。常用的途徑是把液化氣體當作冷卻劑:約77開爾文的液氮便宜又常見,而約4開爾文的液氦能達到冷得多的溫度。要達到這些溫度,需要層層隔熱、用真空夾層擋住熱量漏入,並精心設計,使每一根導線和支撐件都不至於變成一根把熱從溫暖世界引回來的「熱管」。
它之所以重要,是因為大多數最安靜、最奇異的量子行為——超導、超流、脆弱的有序態——只有當熱顫動被壓得足夠安靜、不至於把它淹沒時,才會浮現出來。誠實的提醒是:寒冷並非免費:液氦昂貴、且是有限的資源,每次實驗都在與持續不斷漏入的微弱熱流作鬥爭,而且越往低處走,每再下一步就越艱難。
實驗台前的物理學家把液氦倒進一個叫「杜瓦瓶」的真空夾層瓶裡,把樣品降到約4開爾文,以便追蹤它的電阻一路降向超導的出現。
杜瓦瓶裡的液氦:達到幾開爾文的日常主力工具。
絕對零度可以越來越逼近,卻永遠無法真正達到——它是一個極限,而不是一個終點。低溫技術始終是一場不斷靠近它的拉鋸,而絕不是宣稱已經抵達。
又稱
另見