低温物理學

所謂低温通常是指低於液氮温度（77K） ，而更多更重要的低温現象則發生在液氦温度（4.2K）以下。使空氣、氫氣和氦氣液化的技術，以及各種超低温技術的發展（見超低温技術），使人們獲得了極低温和超低温的實驗條件。在低温下物質的熱學、電學和磁學性質均會發生巨大改變。例如固體比熱容在某些温度下會突變；在足夠低的温度下，原則上所有順磁物質均可表現出鐵磁性或反鐵磁性(見磁介質)；金屬的導電性明顯提高，而半導體的導電性則大大降低。這些現象均與低温下的量子力學效應有關。

1908年H.卡末林 - 昂內斯首次實現了氦氣的液化。液態氦當温度低於入點後從HeⅠ相轉變為HeⅡ相，HeⅡ相具有超流動性，粘滯係數變為零，可無阻地通過毛細管，同時其熱導率大大增加，約為入點以上温度時的3×106倍。1911年昂內斯首次發現一些金屬在極低温度下呈現零電阻現象，稱為超導電性 。1933 年 W.邁斯納發現超導體具有完全抗磁性 ，體內磁場恆為零（見超導電性）。此外，在超導臨界温度處超導體的比熱容發生突變，超導態不存在温差電現象，等等。超流動性和超導體的這些奇異現象均與低温下的宏觀量子現象密切相關，並均來源於低温下發生的某種有序化轉變。對超流動性和超導電性的研究大大深化了人們對物質世界所循規律的認識 ，故一 直是低温物理學的研究重點 。對液態3He 和4He的性質的研究導致了新的致冷手段( 稀釋致冷機 )的出現。對超導體各種性質及其應用的研究形成了超導物理學這一分支學科。以約瑟夫森效應為基礎的超導器件的研究和應用形成了超導電子學這一新學科。1986年以後對高臨界温度超導材料的研究和探索為超導應用展現了廣闊前景。

物理學家不斷尋找臨界轉變温度更高的超導材料，高温超導紀錄不斷被刷新。目前，高温超導已經成為凝聚態物理學中最熱門的研究領域之一。