低溫物理學

低溫物理學 （ Cryogenics ） ， 又稱低溫學 ， 是物理學的一個分支 ， 主要研究物質在低溫狀況下的物理性質的科學 ， 有時也包括低溫下獲得的生成物和它的測量技術 。 在低溫物理學中的低溫定義爲 -150 °C （ -238 °F ， 即123K ） 以下的溫度 。 19世紀 ， 英國物理學家法拉第在一次實驗中偶然液化了氯氣 ， 他由此認爲一切氣體在低溫高壓的情況下都可以被液化 。 到了1840年代 ， 法拉第本人已經成功液化了當時大多數的已知氣體 ， 只有氧氣 、 氮氣 、 氫氣 、 一氧化碳 、 二氧化氮及甲烷六種氣體無法液化 ， 而且創出當時的最低溫度 （ -110 °C, 163K ） 。 隨後 ， 低溫設備不斷被改良 ， 逐級降溫和定壓氣體膨脹方法開始廣泛應用 。 1898年英國物理學家杜瓦成功液化氫氣 ， 標誌著這六種氣體都能夠被液化 。 1895年 ， 英國化學家從礦石中分離出更難液化的氣體 — — 氦氣 。 直至1908年 ， 才成功被荷蘭萊頓大學的物理學家海克 · 卡末林 · 昂內斯液化 ， 同時令低溫記錄創下新低 （ -269 °C, 4K ） 。 之後 ， 昂內斯獲得1913年的諾貝爾物理學獎 。 1911年 ， 昂內斯意外發現以 （ -268.8 °C, 4.2 K ） 的液氦冷卻汞時 ， 電阻突然驟降到接近零歐姆 （ 0Ω ） ， 此現象即爲超導現象 。 隨後 ， 他又發現在低溫下鉛 、 錫也和汞一樣具有相似的超導特性 。 超導效應的發展前景可觀 ， 如果能使超導材料在室溫下應用 ， 將能大大提高輸電的效能 ， 延長材料使用的壽命 ， 降低熱損耗 。 近年 ， 物理學家正不斷尋找超導轉變溫度 （ Tc ） 更高的超導材料 。 目前 ， 高溫超導體已經成爲凝聚態物理學中最熱門的研究領域 。