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超导物理(第3版)(“十一五”国家重点图书)

超导物理
超导物理(第3版)(“十一五”国家重点图书)
作者:张裕恒(编著)

图书详细信息:
ISBN:978-7-312-02177-0
定价:55.00元
版本:3
装帧:平装
出版年月:200901
丛书名称:中国科学技术大学精品教材

图书简介:

  本书着重于超导电性的基本原理、概念。对超导宏观理论作了详细的阐述、讨论和比较;对超导微观理论建立的实验基础、形成超导的机制、物理图像也作了系统介绍;对超导隧道效应的各种重要实验现象、理论处理给出了仔细的描述。高温超导体的发现迄今已二十多年,虽然高温超导电性机制尚不清楚,但大量的实验结果已肯定了许多与常规超导体不同的现象,本书中也给出了介绍。本书可供大学低温、超导专业学生,研究生作为教材,也可供从事超导研究的科学工作者参考。

前言:

  自从1911年Onnes首先发现Hg在4.2K附近电阻突然消失以来,开拓了一个新的超导物理领域。直到20世纪50年代,超导只是作为探索自然界存在的现象和规律在研究,1957年BCS理论的建立揭示了漫长时期不清楚的超导起因。1954年Matthias发现新型的A-15型超导化合物Nb3Sn,1961年Kunzler将Nb3Sn制成高场磁体,开辟了超导在强电中的应用,特别是1962年Josephson效应的出现,将超导应用推广到一个崭新的领域。到70年代超导在电力工业和微弱信号检测应用方面的进展显示了它无比的优越性,例如用超导线材成功地获得了17.5T高磁场,从而在电能输送、磁流体发电、超导磁悬浮列车等方面的研究、试制不断推进;用Josephson效应做出的超导量子干涉器(简称SQUID)可分辨10-15 T磁场,它立即应用到国防、探矿、地震预报、生物磁学等方面,交流Josephson器件用到射电天文、电压基准监视等领域,显示出其他器件与之不可比拟的性能。但由于超导临界温度低,必须使用液氦,大大地限制了它的优越性。从70年代起人们注意力转向寻找高临界温度Tc(液氮温区)超导体,在周期表上排列、组合成各种二元、三元合金或化合物,但一直进展不大,人们又去找四元化合物,仍无成效,1973年找到的最高Tc是23.2K的Nb3Ge薄膜,此后到1985年这个记录一直不变。
  1986年4月Bednorz和Müller开创了超导新纪元,他们发现了La-Ba-Cu氧化物超导体,其Tc超过30K,随后朱经武等和赵忠贤等得到Tc高于90K的Y-Ba-Cu氧化物超导体,使超导体在液氮温区的应用变为现实。
  高温超导的出现已历经二十多年,虽然目前高温超导电性机制尚不清楚,甚至载流子是s波还是d波仍在争论之中,但大量实验结果已肯定它有许多与常规超导体不同的现象,例如高温超导体磁通动力学的新现象、新规律比常规超导体丰富得多;由于高温超导体的κ很大,常规超导薄膜中GL方程求解的近似前提已失效,以致超导薄膜临界磁场与厚度关系已不适用于高温超导体;高温超导体结构对Tc的敏感度亦是常规超导体所不具有的。高温超导薄膜Josephson器件的二十多年发展,迄今无论是在原理上还是在制备技术上都已获得了很大成功,产生了广阔的应用前景,故十分有必要充实Josephson效应的内容和二十多年来高温超导发展已被肯定的新现象、新规律,因此本人重写《超导物理》,并在此感谢阮可青老师的帮助。
  本书着重于超导基础知识、基本原理、概念和物理模型,以使读者对超导有系统、深入地了解。对于其实际应用方面的问题,如jc与显微结构的关系,磁通跳跃、退化和稳定,超导磁体,交流损耗等方面内容请读吴杭生、管惟炎、李宏成著《超导电性》;关于超导电子学应用方面内容请读章立源、张金龙、崔广霁著《超导物理》,崔广霁、孟小凡译《Josephson效应的物理和应用》,或其他外国专著。
  本书主要参考书为: D.Shoenberg, Superconductivity;F.London, Superfluids; D.Saint-James,E.J.Thomas,G.Sarma, TypeSuperconductivity; E.A.Lynton, Superconductivity; L.Sotymax, Superconductive Tunneling and Application; A.Barone,G.Paterno, Physics and Applications of the Josephson Effect及姚希贤1979年11月在西安的“超导隧道效应基本原理与应用”讲稿。
  著者水平有限,难免有误,请读者批评指正。

作者于中国科学技术大学
2008.4

目录:

总序

序言

第1章 超导电性的表征
1.1 零电阻态的发现
1.2 零电阻态遇到的困难
1.3 Meissner效应
1.4 超导电性: ρ=0, B=0
1.5 超导态的实验观测
1.6 超导体特殊磁性的描述

第2章 超导体的热力学性质
2.1 超导相变热力学
2.2 超导相变的力学效应
2.3 热导
2.4 温差电效应

第3章 London 理论
3.1 在超导体中的电磁基本规律
3.2 零电阻的结果
3.3 London 方程
3.4 London 方程的应用
3.5 穿透深度的测量
3.6 热力学理论得出的Hc(T),λT)关系和Δc
3.7 London 理论之成功与不足

第4章 Pippard理论
4.1 相干(相关)长度
4.2 反常趋肤效应
4.3 Pippard非局域关系
4.4 Pippard理论之成功与不足

第5章 GinzburgLandau(GL)理论
5.1 自由能和GL方程
5.2 在磁场中GL方程的解
5.3 特征长度λT, Ha),ξT)和GL参量κ
5.4 两类超导体
5.5 GL理论的适用范围

第6章 中间态与界面能
6.1 在均匀磁场中超导椭球的磁性
6.2 超导环的磁性
6.3 Landau的中间态分层模型
6.4 中间态的实验观察
6.5 中间态热力学
6.6 界面能
6.7 横向磁场中超导线电阻的恢复
6.8 中间态的磁矩
6.9 过冷

第7章 混合态理想的第Ⅱ类超导体
7.1 第Ⅱ类超导体的磁性上、下临界磁场Hc1和Hc2
7.2 第Ⅱ类超导体的热力学性质
7.3 Meissner态与理想第Ⅱ类超导体的载流能力
7.4 Hc1孤立磁通涡旋线
7.5 混合态结构磁通涡旋线
7.6 Hc2
7.7 接近Hc2的磁通涡旋线结构Abrikosov理论
7.8 在Hc1<HaHc2中间区的磁化曲线和HaT)相图
7.9 涡旋线结构的实验观测
7.10 的特殊情况
7.11 表面超导电性

第8章 实用超导体
8.1 磁通俘获和不可逆磁化
8.2 作用在涡旋线上的力
8.3 钉扎力和钉扎中心
8.4 Bean模型和临界态(T=0K)
8.5 KimAnderson模型
8.6 一般情况的磁化曲线
8.7 有限温度下的磁通蠕动临界态

第9章 小尺寸超导体
9.1 小样品中的磁场分布
9.2 超导薄膜的磁矩
9.3 超导薄膜的临界磁场
9.4 临界厚度dc
9.5 超导薄膜临界磁场的非局域效应
9.6 超导薄膜临界磁场的非线性非局域效应
9.7 GL理论对超导薄膜的适用性
9.8 垂直磁场中超导薄膜的电阻转变

第10章 超导体的输运性质
10.1 超导体中流过的电流分布于表面
10.2 从正常导体到超导体的输运电流
10.3 临界电流Ic
10.4 超导薄膜的临界电流
10.5 第Ⅱ类超导体的临界电流

第11章 宏观量子化
11.1 类磁通量守恒
11.2 宏观量子化
11.3 实验测量

第12章 Bardeen-Cooper-Schrieffer(BCS)理论
12.1 晶格结构在超导相变前后不变
12.2 能隙
12.3 电声子相互作用
12.4 Cooper 对
12.5 BCS 基态能隙方程
12.6 BCS Tc  公式
12.7 临界磁场和比热容
12.8 BCS 非局域非线性关系
12.9 BCS 理论的局限性

第13章 正常电子隧道
13.1 正常金属隧道
13.2 超导体和正常导体之间的隧道
13.3 超导体之间的隧道
13.4 唯象理论
13.5 Adkins 模型
13.6 非理想的行为
13.7 双粒子隧道
13.8 光子参与的隧道
13.9 正常电子隧道效应的应用

第14章 超导电子隧道
14.1 Josephson方程
14.2 弱连接超导体
14.3 Josephson结的超导参数
14.4 超导电子隧道与正常电子隧道

第15章 d.c.Josephson效应
15.1 小结中超导宏观量子衍射现象
15.2 非均匀电流密度的Josephson 效应
15.3 小尺寸结中的自场效应
15.4 涨落对Josephson 效应的影响
15.5 大结中的自场效应
15.6 结的弱超导体行为
15.7 论大结中理论与实验结果

第16章 a.c.Josephson 效应
16.1 a.c.Josephson 效应
16.2 微波辐照下超导结的IV曲线——微波感应台阶效应
16.3 低Q结自激谐振的IV曲线——自测效应
16.4 高Q结自激谐振的IV曲线

第17章 Josephson效应的等效电路
17.1 Josephson效应的等效电路
17.2 恒压源模型下的IV曲线
17.3 在恒流源下RSJ模型的解析解
17.4 在恒流源下对SM模型的分析
17.5 RSJ模型下超导弱连接的电压-磁场关系

第18章 超导量子干涉
18.1 双结超导量子干涉
18.2 恒流源的IVVHa关系
18.3 双结量子干涉的实验结果
18.4 单结超导环
18.5 单结超导环Josephson 电流在一个磁通量子φ0内的多次振荡
18.6 单结超导环量子干涉的实验结果

第19章 超导隧道效应的应用
19.1 直流和射频超灵敏探测器
19.2 高频超灵敏电磁探测器

第20章 高温超导体的电子相图及超导态电子配对的对称性
20.1 电子相图
20.2 赝能隙
20.3 d波配对

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