低溫物理學

所謂低溫通常是指低於液氮溫度（77K） ，而更多更重要的低溫現象則發生在液氦溫度（4.2K）以下。使空氣、氫氣和氦氣液化的技術，以及各種超低溫技術的發展（見超低溫技術），使人們獲得了極低溫和超低溫的實驗條件。在低溫下物質的熱學、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溫度下會突變；在足夠低的溫度下，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。這些現象均與低溫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。液態氦當溫度低於入點后從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，約為入點以上溫度時的3×106倍。1911年昂內斯首次發現一些金屬在極低溫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，在超導臨界溫度處超導體的比熱容發生突變，超導態不存在溫差電現象，等等。超流動性和超導體的這些奇異現象均與低溫下的宏觀量子現象密切相關，並均來源於低溫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 直是低溫物理學的研究重點。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年以後對高臨界溫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溫度更高的超導材料，高溫超導紀錄不斷被刷新。目前，高溫超導已經成為凝聚態物理學中最熱門的研究領域之一。