編輯推薦
超導體中的各種電磁現象和超導機製已為人們廣泛、深入而係統地研究,已有大量著作和教材對其進行詳細的論述和全麵的介紹。超導體中對超導研究具有重要意義的磁通釘紮機製也得到瞭人們相當大程度的關注和研究,但是,目前為止,國內外已有齣版物對其相關內容的介紹顯得比較零散和缺乏足夠的總體性和係統性,大都是用少量或部分的篇幅提及,泛泛地介紹超導體中與磁通釘紮有關的各種現象和機製,而《中外物理學精品書係:超導體中的磁通釘紮》則是第一部比較係統和全麵地集中闡述超導體中的同磁通釘紮相關的各種電磁現象和其內在機製的著作,因此本書堪稱超導物理中磁通釘紮研究的首部讀物。
內容簡介
《中外物理學精品書係:超導體中的磁通釘紮》主要介紹瞭超導體中的磁通釘紮機製、特性和由磁通釘紮所引起的各種電磁現象詳細的論述瞭同臨界電流密度相關的所有理論,也討論瞭由於磁通釘紮所引起的磁滯和交流損耗。書中討論瞭高溫超導體中磁通釘紮對渦流相位圖像的影響,描述瞭另外一些參數對不可逆場的影響,例如超導體的各嚮異性、晶粒大小、電場強度等。本書也解釋瞭接近理想狀態的超導材料中交流損耗的減少主要來自於二維釘紮中起主導作用的可逆磁通運動。本書還涉及到以下方麵:超導體中電流和磁場平行時同約瑟夫森效應相悖的現象;同臨界態模型相悖的釘紮勢中的可逆磁通運動現象;建立在臨界態模型上的磁通釘紮中的小的能量損耗現象等等。本書可供廣大涉及超導研究的科研人員參考,也可作為高等院校相關學科的選用教材。本書為中外物理學精品書係。
作者簡介
鬆下輝夫,九州工業大學教授。譯者:索紅莉,北京工業大學教授。
目錄
1緒論1.1 超導現象1.2 超導體的種類1.3 London 理論1.4 Ginzburg-Landau(G-L) 理論1.5 磁特性1.5.1磁通量子1.5.2下臨界場附近1.5.3上臨界場附近1.6錶麵超導電性1.7Josephson效應1.8臨界電流密度1.9磁通釘紮效應參考文獻
2超導體中基本電磁現象2.1電磁方程2.2磁通移動2.3磁滯損耗2.4臨界態模型和它的應用範圍2.5不可逆現象2.6抗磁效應2.7交流損耗參考文獻
3各種電磁現象3.1幾何效應3.1.1超導綫材中的交流損耗3.1.2超導橢圓體的橫截麵和薄帶材中交流電損耗3.1.3橫嚮磁場3.1.4鏇轉磁場3.2磁通動力現象3.3交流磁場的疊加3.3.1整流效應3.3.2可逆磁化3.3.3反常橫嚮磁場效應3.4磁通跳躍3.5錶麵不可逆性3.6直流磁化率3.7可逆的磁通移動3.8磁通蠕動參考文獻
4縱嚮磁場效應4.1縱嚮磁場效應概述4.2磁通切割模型4.3無力平衡態4.4磁通綫移動4.5臨界電流密度4.6普遍的臨界態模型4.7可逆態參考文獻
5臨界電流密度的測試方法5.1四引綫法5.2 直流磁化法5.3 Campbell法5.4其它的交流誘導法5.4.1三次諧波分析5.4.2交流磁化率的測定參考文獻
6磁通釘紮機製6.1元釘紮和求和問題6.2元釘紮力6.3凝聚能相互作用6.3.1非超導雜質的影響6.3.2晶界6.4彈性相互作用6.5磁相互作用6.6動能相互作用6.7釘紮特性的增強參考文獻
7磁通釘紮特性7.1磁通釘紮特性7.2磁通綫格子的彈性模量7.3求和問題7.3.1統計學理論7.3.2動力學理論7.3.3 Larkin-Ovchinnikov理論7.3.4相乾勢能近似理論7.4同試驗結果的對比7.4.1定性比較7.4.2定量比較7.4.3求和理論中存在的問題7.5飽和現象7.5.1飽和與不飽和問題7.5.2 Kramer模型7.5.3 Evetts等人的模型7.5.4模型和實驗結果的比較7.5.5雪崩式移動模型7.6峰值效應和相關現象7.7釘紮勢能參考文獻
8高溫超導體8.1超導體的各嚮異性8.2磁通綫的相圖8.2.1熔融轉變8.2.2渦鏇玻璃-液體轉變8.2.3有序-無序轉變8.2.4各種超導體中磁通綫的相圖8.2.5尺寸效應8.2.6其它理論假設8.3晶粒邊界的弱連接8.4電磁特性8.4.1各嚮異性8.4.2與維數相關的尺寸效應8.4.3磁通蠕動8.4.4 E-J麯綫8.4.5 Josephson等離子體8.5不可逆場8.5.1不可逆場的分析方法8.5.2釘紮勢阱的有效分布8.5.3磁通蠕動-漂移模型的比較8.5.4 G-L轉變關係8.6磁通釘紮特性8.6.1 Y-1238.6.2 Bi-22238.6.3Bi-2212參考文獻
9 MgB29.1超導特性9.2磁通釘紮特性9.2.1綫材與塊材9.2.2薄膜9.3未來提高的可能性參考文獻
A 附錄A.1平衡態理論A.2微小超導體的磁化特性A.3能量損耗的最小化A.4釘紮能的分割A.5磁通綫格子的彈性非局域理論的解釋A.6雪崩式磁通漂移模型A.7 Josephson穿透模型A.8橫嚮磁通束尺寸參考文獻習題答案索引
前言/序言
好的,以下是根據您的要求撰寫的一份圖書簡介,內容完全不涉及《中外物理學精品書係:超導體中的磁通釘紮》這本書本身,而是圍繞其他物理學領域展開的詳細介紹。 --- 凝聚態物理的宏偉圖景:從晶格振動到量子信息前沿 一部深入探討現代凝聚態物理核心概念、前沿進展與實驗技術的權威著作 本書旨在為物理學研究者、高年級本科生及研究生提供一個全麵而深入的視角,探索凝聚態物理學這一蓬勃發展領域的廣闊天地。它不僅僅是對現有知識的梳理,更是一次對物質界深層規律的探索之旅,涵蓋瞭從經典概念到最尖端量子現象的完整脈絡。全書結構嚴謹,邏輯清晰,力求在理論深度和實驗可操作性之間取得完美的平衡。 第一部分:晶體結構的基石與動力學(The Foundations of Crystal Structure and Dynamics) 本部分聚焦於固體物理學的基本構建模塊,為後續復雜現象的理解奠定堅實的基礎。 第一章:晶體結構的對稱性與電子態(Symmetry and Electronic States in Crystals) 我們從晶體的幾何結構入手,詳細闡述布拉維點陣、空間群理論及其在X射綫衍射中的應用。重點討論如何利用群論工具分析晶體對稱性對電子能帶結構的影響。內容深入到布洛赫定理的嚴格推導及其在半導體物理中的應用,包括能帶的形成、有效質量的概念,以及晶格周期性勢場下電子的運動行為。此外,還涵蓋瞭缺陷工程在改變材料本徵電學性質中的關鍵作用,如點缺陷、位錯和晶界對載流子輸運的影響。 第二章:晶格振動與聲子譜(Lattice Vibrations and Phonon Spectra) 晶格的集體激發——聲子,是理解熱學、電學和聲學耦閤現象的橋梁。本章從牛頓運動方程齣發,推導一維和三維晶格的色散關係,並詳細分析聲子分支(聲學支與光學支)。著重討論德拜模型(Debye Model)和布洛赫-格林塞內模型(Bloch-Grüneisen Model)在預測比熱容和熱導率方麵的優劣。更進一步,本書探討瞭聲子散射機製,特彆是聲子-電子散射、聲子-聲子散射(三聲子和四聲子過程),以及它們如何決定材料的熱輸運性能,例如在熱電材料中的應用。 第二部分:電子關聯與新興量子態(Electronic Correlations and Emerging Quantum States) 隨著對材料內部電子間復雜相互作用認識的加深,凝聚態物理正在進入強關聯電子係統的時代。 第三章:多體微擾理論與平均場近似(Many-Body Perturbation Theory and Mean-Field Approximations) 本章是對量子多體理論的係統性介紹。首先迴顧瞭二次量子化技術,隨後深入講解範·弗萊剋-科恩-薩帕特(VFC-S)近似、哈特裏-福剋(Hartree-Fock)方法,並重點分析其局限性。隨後,我們將引入更強大的工具——格林函數方法(Green's Function formalism),闡述其在描述激發態、相乾性和壽命方麵的優勢。特彆地,將詳細介紹朗道費米液體理論(Landau Fermi Liquid Theory)的完備框架及其對普通金屬的成功描述。 第四章:相變、有序態與拓撲(Phase Transitions, Ordered States, and Topology) 本部分聚焦於物質如何通過相變形成新的有序態。詳細分析瞭平均場理論(如伊辛模型、布拉維-皮埃爾模型)在描述臨界現象和重整化群(Renormalization Group, RG)方法的應用。讀者將學習如何利用RG方法處理長波長、低能激發下的臨界行為,以及其在確定普適性類(Universality Classes)中的核心地位。隨後,本書將引齣一個革命性的概念:拓撲材料。深入探討布洛赫電子的拓撲不變量(如陳數、紮根數),分析拓撲絕緣體和拓撲半金屬的邊緣態和無能隙錶麵態的魯棒性,及其在低能耗電子器件中的潛在應用。 第三部分:磁性、超導與量子現象的交織(Magnetism, Superconductivity, and the Interplay of Quantum Phenomena) 本部分將凝聚態物理的各個核心領域匯集起來,展示它們之間復雜的相互作用與統一性。 第五章:磁性物理的微觀起源與宏觀錶現(Microscopic Origins and Macroscopic Manifestations of Magnetism) 本書從海森堡交換相互作用和德魯德模型齣發,探討鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性等經典磁有序現象的微觀機製。重點分析居裏-外斯定律、朗之萬函數以及磁疇壁動力學。隨後,我們將過渡到更前沿的磁性領域,如斯皮金屬(Spin Ice)、磁斯卡米子(Skyrmions)的拓撲特性及其驅動機製,以及自鏇電子學中自鏇軌道耦閤(SOC)對磁性結構的影響。 第六章:超導電性:BCS理論與非傳統機理(Superconductivity: BCS Theory and Unconventional Mechanisms) 超導電性作為宏觀量子現象的典範,需要最精密的理論工具來描述。本章詳盡闡述瞭BCS理論的建立過程,包括庫珀對的形成、能隙的意義以及超導體的基本性質(邁斯納效應、倫敦方程)。隨後,本書批判性地探討瞭高溫超導(如銅氧化物)和鐵基超導體中電子配對機製的復雜性,特彆是$d$-波對稱性和配對函數結構。我們還會介紹非傳統超導體的實驗探針,如穆斯堡爾譜、μ子自鏇鏇轉($mu$SR)以及掃描隧道顯微鏡(STM)如何揭示配對態的細節。 第七章:低維係統與量子限域效應(Low-Dimensional Systems and Quantum Confinement Effects) 在納米尺度下,量子效應占據主導地位。本章探討瞭量子阱(Quantum Wells)、量子綫(Quantum Wires)和量子點(Quantum Dots)的能級量子化現象。重點分析瞭激子(Exciton)在低維結構中的增強束縛能及其光學性質。此外,本書還將擴展到二維材料,如石墨烯和過渡金屬硫族化閤物(TMDs),討論它們的狄拉剋錐結構、拉什巴效應以及層間耦閤對電荷輸運的深刻影響。 第八章:前沿交叉與未來展望(Frontier Intersections and Future Directions) 最後一部分展望瞭凝聚態物理與其他物理學分支的交叉領域。包括: 量子計算中的物理基礎: 探討如何利用固態係統(如量子點、氮空位中心)實現量子比特,以及量子退火和量子糾錯的物理限製。 強光與物質的相互作用: 介紹超快光譜技術(如太赫茲、飛秒激光)如何用於實時探測晶格振動、電子弛豫和相變動力學。 復雜係統中的無序與漲落: 討論無序對能帶結構的影響,如安德森局域化(Anderson Localization),以及如何利用濛特卡洛方法模擬復雜多體係統的漲落行為。 本書以嚴謹的數學推導和豐富的物理圖像貫穿始終,力求培養讀者獨立分析和解決復雜物理問題的能力。所涵蓋的內容旨在提供一個堅實的知識框架,使讀者能夠自信地步入凝聚態物理研究的最前沿陣地。