Désaimantation adiabatique
Réfrigération aux températures inférieures à 1 K

2.1 Principes physiques

La réfrigération peut être approchée en termes de processus de réduction d'entropie. L'entropie est une fonction monotone de la température et d'autres paramètres variables. Notons par exemple X un tel paramètre. On constate sur la courbe ci-après (figure 12) que l'on peut imaginer une succession de processus qui va permettre d'abaisser la température. On remarque sur cette courbe que, en accord avec le troisième principe de la thermodynamique, l'entropie tend vers zéro lorsque la température tend vers le zéro absolu, ce qui illustre la difficulté à produire des très basses températures.

Cette approche prend tout son sens pour la réfrigération magnétique où le paramètre X est le champ magnétique. Considérons un sel paramagnétique, composé qui contient des ions possédant un moment magnétique lié à leur spin (remplissage incomplet des dernières couches électroniques). Bien au-dessus de sa température de Néel, les interactions magnétiques entre les ions sont beaucoup plus faibles que les fluctuations thermiques, et l'absence d'ordre conduit à une absence d'aimantation spontanée. On comprend d'emblée le sens de la température de Néel : à l'approche de cette température, les interactions magnétiques prennent le pas sur l'agitation thermique, les dipôles s'ordonnent et le matériau ne peut plus être utilisé pour les besoins de la réfrigération subkelvin.

En revanche, au-dessus de T_Néel   , l'application d'un champ magnétique extérieur va ordonner les moments et par conséquent réduire l'entropie magnétique. Si le sel est isolé thermiquement, son entropie globale doit rester constante et nous avons ainsi un transfert entre l'entropie magnétique, qui diminue, et l'entropie thermique, qui forcément s'accroît. En d'autres termes, le sel s'échauffe (effet magnétocalorique). Si le sel est couplé thermiquement à une source froide, cette chaleur est évacuée à température constante. Si ensuite, on isole thermiquement le sel et que l'on diminue le champ magnétique, on obtient l'effet inverse : les dipôles reprennent des orientations aléatoires sous l'effet de l'agitation thermique, l'entropie magnétique augmente et de facto l'entropie thermique diminue. On obtient ainsi un abaissement de la température....