超导电子技术及其应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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官伯然 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030257383

商品编码：29488993883

包装：平装

出版时间：2009-10-01

图书基本信息
图书名称	超导电子技术及其应用
作者	官伯然
定价	55.00元
出版社	科学出版社
ISBN	9787030257383
出版日期	2009-10-01
字数
页码
版次	1
装帧	平装
开本	16开
商品重量	0.4Kg

内容简介

本书系统介绍了超导电子技术基本原理和理论基础，深入阐述了超导电子技术应用的各个方面，并对常见超导器件及其与半导体器件的混合应用进行了介绍。全书共分十章，包括超导的基本特征、超导现象的宏观及微观解释、约瑟夫森效应、超导约瑟夫森结阵列振荡器、超导RSFQ数字电路的基本原理、超导RSFQ约瑟夫森结传输线、超导RSFQ逻辑电路体系、超导RSFQ CPU原理、超导微波器件、超导器件与半导体器件的混合应用。 本书可供从事超导电子技术领域研究的科研人员和研究生参考。

作者简介

目录

前言 章 超导的基本特征 1.1 超导的历史和现状 1.1.1 超导的历史 1.1.2 超导的研究现状 1.2 超导的基本电现象 1.2.1 超导体的发现及其临界温度 1.2.2 临界磁场与临界电流 1.2.3 迈斯纳效应 1.3 超导电性 参考文献 第二章 超导现象的宏观及微观解释 2.1 超导现象的宏观解释 2.1.1 二流体模型 2.1.2 伦敦方程 2.1.3 超导平板的磁场和电流分布 2.1.4 超导体磁性质的两种描述观点 2.2 超导现象的微观解释 2.2.1 BCS理论 2.2.2 高温超导体的部分微观理论 参考文献 第三章 约瑟夫森效应 3.1 单电子隧道效应 3.1.1 正常金属隧道效应 3.1.2 超导体和正常金属间隧道效应 3.1.3 超导体单电子隧道效应 3.2 约瑟夫森理论 3.2.1 约瑟夫森方程 3.2.2 直流约瑟夫森效应 3.2.3 交流约瑟夫森效应 3.2.4 约瑟夫森磁效应 3.3 约瑟夫森结的典型结构及其等效电路 3.3.1 约瑟夫森结的典型结构 3.3.2 斯图尔特-麦克坎伯模型 3.3.3 电阻分路模型 3.3.4 约瑟夫森隧道结和摆模拟 3.4 约瑟夫森结的起伏噪声 3.5 实用约瑟夫森结的特性 3.5.1 低临界温度超导约瑟夫森结 3.5.2 Nb结的I-V特性 3.5.3 高临界温度超导约瑟夫森结 参考文献 第四章 超导约瑟夫森结阵列振荡器 4.1 约瑟夫森结阵列振荡器的理论分析 4.1.1 引言 4.1.2 单约瑟夫森结振荡器 4.1.3 由微带线谐振腔和约瑟夫森结组成的振荡器 4.1.4 长约瑟夫森结类型的阵列振荡器 4.1.5 外部负载和一维阵列振荡器相位锁定关系 4.1.6 二维约瑟夫森结阵列振荡器 4.2 准光约瑟夫森结阵列振荡器 4.2.1 引言 4.2.2 准光约瑟夫森阵列振荡器结构 4.2.3 准光阵列振荡器的传输线模式 4.2.4 准光阵列振荡器的耦合电路和阻抗 4.2.5 准光阵列振荡器偏置电路 4.2.6 准光阵列振荡器的相位锁定 4.2.7 准光阵列振荡器的功率测量 4.2.8 准光阵列振荡器的计算机仿真模型 4.3 准光约瑟夫森结阵列振荡器的仿真模拟 4.3.1 引言 4.3.2 数值仿真摄动技术 4.3.3 约瑟夫森结行阵列的仿真模拟 4.3.4 约瑟夫森结列阵列的仿真模拟 4.3.5 阵列振荡器参数综合优化实际理论 4.3.6 二维准光阵列振荡器的仿真模拟 参考文献 第五章 超导RSFQ数字电路的基本原理 5.1 超导环磁通量子化 5.2 超导量子干涉器 参考文献 第六章 超导RSFQ约瑟夫森结传输线 6.1 单约瑟夫森结的RSFQ现象 6.2 JTL理论分析 6.2.1 单一态干涉器电路JTL 6.2.2 JTL中电路优化问题 6.3 JTL工作方式 6.3.1 JTL的不变性传输 6.3.2 JTL的电流放大传输 6.3.3 JTL电压传输放大 6.3.4 电路的优化 6.4 JTL的参数特性 6.4.1 JTL参数对脉冲传输的影响 6.4.2 电感L的改变 6.4.3 偏置电流Ib的改变 6.4.4 临界电流Ic的改变 6.4.5 Rn的改变 6.4.6 小结 6.4.7 JTL电路应用举例 6.5 JTL中的推斥效应和碰撞现象 6.5.1 推斥效应 6.5.2 碰撞研究 参考文献 第七章 超导RSFQ逻辑电路体系 7.1 超导RSFQ分支器及缓冲器 7.1.1 超导RSFQ分支器 7.1.2 超导RSFQ缓冲器 7.1.3 超导RSFQ合路缓冲器 7.2 超导RSFQ触发器 7.2.1 RS触发器 7.2.2 T触发器 7.2.3 D触发器 7.3 超导RSFQ基本逻辑单元 7.3.1 超导RSFQ或门逻辑电路 7.3.2 超导RSFQ与门逻辑电路 7.3.3 超导RSFQ非门逻辑电路 7.3.4 DC／SFQ转换器 7.3.5 SFQ／DC转换器 7.3.6 DX单元和MX单元 7.3.7 算术加ADD单元 7.3.8 INC单元 参考文献 第八章 超导RSFQ CPU原理 8.1 RISC体系处理器 8.1.1 RISC计算机体系简介 8.1.2 具体的RISC处理器模型 8.2 超导RSFQ数字电路的Cadance仿真 8.3 超导RSFQ/RISC计算机系统设计及其仿真 8.3.1 超导RSFQ/RISC计算机概述 8.3.2 超导RSFQ/RISC计算机系统设计 8.3.3 各部件设计及仿真 8.3.4 控制电路及RSFQ／RISC计算机仿真 8.3.5 处理器总体仿真 参考文献 第九章 超导微波器件 9.1 超导体的表面阻抗特性 9.1.1 超导体的表面阻抗 9.1.2 超导薄膜的表面阻抗 9.2 超导微波谐振器 9.3 超导微波滤波器 9.4 超导微波天线 9.4.1 偶极子天线 9.4.2 小圆环天线 9.4.3 高温超导曲线型天线 9.4.4 高温超导微带天线 9.4.5 超方向性阵 9.4.6 毫米波天线阵 9.5 超导混频器 参考文献 第十章 超导器件与半导体器件的混合应用 10.1 基于半导体的低温电子学 10.1.1 半导体材料和器件的低温特性 10.1.2 低温下半导体材料和器件的噪声特性 10.1.3 低温半导体技术的应用 10.2 超导体与半导体混合应用 10.3 超导体与半导体混合应用前景 参考文献

编辑推荐

文摘

序言

宇宙的奇迹：超导现象及其前沿探索 一、 隐藏在物质深处的无阻碍之舞 想象一下，电流在导体内流动，却没有任何阻碍，如同在光滑无痕的轨道上疾驰的列车，能量损耗为零。这并非科幻小说中的遥远设想，而是科学家们苦苦追寻的“超导”奇迹。它是一种物质在特定低温条件下出现的令人惊叹的物理现象：电阻突然消失，且不产生任何焦耳热。一旦电流进入超导体，它将无限期地持续流动，除非外界条件发生改变。 超导性的发现，如同打开了物质世界的潘多拉魔盒，揭示了隐藏在原子尺度下的深刻奥秘。上世纪初，荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯在研究汞的电阻随温度变化时，意外地观察到在4.2开尔文（约-269摄氏度）的极低温下，汞的电阻骤然降至不可测量的零。这个具有划时代意义的发现，为我们理解物质的电磁属性提供了全新的视角。 但超导性的魔力不止于此。除了零电阻，超导体还展现出另一项令人瞩目的特性——“迈斯纳效应”。当超导体被置于外部磁场中，并且其温度低于临界温度，它会主动将外部磁场完全排出其内部。这意味着，磁力线仿佛绕过了超导体，使其成为一个完美的“磁屏蔽体”。这种排斥磁场的现象，使得超导体能够“悬浮”在磁铁上方，创造出一种反重力般的奇妙景象，这正是磁悬浮列车等应用的理论基础。 超导性的发生，并非偶然。它与物质的微观结构息息相关。在极低的温度下，构成超导体的电子不再像孤立的个体那样运动，而是会与晶格中的声子（原子振动）发生相互作用，形成一种被称为“库珀对”的特殊电子对。这些库珀对拥有更高的能量，并且能够以一种相干的方式集体运动，从而克服了常规导体中阻碍电子流动的散射和碰撞。这个理论解释，由巴丁、库珀和施里弗提出的BCS理论，为理解超导性提供了坚实的理论基石，并因此荣获诺贝尔物理学奖。 然而，超导性的研究并非止步于此。自然界中存在着不同种类的超导体。低温超导体，如铝、铅、铌等元素及其合金，需要在接近绝对零度的极低温度下才能展现超导性。而高温超导体的出现，则极大地拓展了超导研究的疆域。1986年，卡斯特和米勒等科学家发现了钇钡铜氧系陶瓷材料，在高达30开尔文以上的温度下就表现出超导性。这一发现，不仅刷新了人们对超导温度的认知，更意味着超导性可能在更易实现的温度范围内得到应用。尽管“高温”相对于绝对零度而言仍然非常低，但相较于低温超导体，它无疑是向实际应用迈进了一大步。 二、 从实验室走向世界的超导应用展望 超导现象的独特属性，赋予了其在众多领域颠覆性的应用潜力。科学家们正不懈努力，将实验室中的奇迹转化为改变我们生活、推动社会进步的强大力量。 1. 能源传输的革命：无损耗的输电网络 当前，电力传输过程中存在着显著的能量损耗，尤其是在长距离输电时，电阻造成的损耗占到相当大的比例。如果能够利用超导材料制造输电线缆，那么电能将实现几乎无损耗的传输，极大地提高能源利用效率，减少对化石燃料的依赖，降低碳排放，为可持续发展提供强有力的支撑。想象一下，来自偏远地区清洁能源发电站的电力，能够高效、安全地输送到千家万户，能源浪费将成为历史。 2. 交通运输的飞跃：磁悬浮列车的疾驰 磁悬浮技术，正是超导性在交通领域最引人注目的应用之一。利用超导体强大的抗磁性，列车可以悬浮在轨道上方，消除轮轨摩擦，实现高速、平稳、安静的运行。与传统铁路相比，磁悬浮列车不仅速度更快，而且对环境影响更小。中国上海磁悬浮列车已投入运营，其每小时431公里的最高运营速度，充分展现了超导技术的巨大潜力。未来，超导磁悬浮技术有望构建更快捷、更环保的全球交通网络。 3. 医疗诊断的精准利器：核磁共振成像（MRI） 核磁共振成像（MRI）是目前医学影像诊断中最重要、最安全的无创检查技术之一。其核心部件，强大而稳定的磁场，正是由低温超导线圈产生。超导磁体能够产生远超传统电磁体所需的极高磁场强度，并能长时间稳定运行，为医生提供清晰、高分辨率的身体内部图像，辅助诊断癌症、脑部疾病、心血管疾病等多种疑难杂症，挽救无数生命。 4. 粒子加速器的强大引擎：探索宇宙的奥秘 粒子加速器是研究微观粒子世界和宇宙起源的关键设备。在粒子加速器中，需要利用强大的电磁场来加速和约束高能粒子束。超导磁体以其高磁场强度和低能耗的优势，成为制造新一代大型强子对撞机等尖端科学仪器的理想选择。例如，欧洲核子研究中心（CERN）的“大型强子对撞机”（LHC）就大量使用了超导技术，为我们揭示物质最基本的构成粒子和相互作用提供了前所未有的能力。 5. 科学研究的探索者：高灵敏度传感器与计算的加速 超导材料的独特量子效应，催生了一系列高灵敏度传感器，如超导量子干涉仪（SQUID）。SQUID是目前世界上最灵敏的磁场传感器，能够探测到极其微弱的磁场变化，在生物磁学、地球物理勘探、材料科学研究等领域有着广泛的应用。此外，超导电子学的发展，为构建超导量子计算机提供了可能。一旦超导量子计算机得以实现，其强大的并行计算能力将彻底改变信息处理和科学计算的面貌，为解决目前人类面临的复杂科学问题带来突破。 三、 挑战与未来：通往超导应用之路 尽管超导技术展现出无限光明的前景，但其大规模商业化应用仍然面临着诸多挑战。 首先，临界温度的提升是关键。目前许多高性能的超导材料仍然需要在极低的温度下工作，这就需要昂贵的制冷设备，限制了其应用范围。科学家们正努力寻找在更高温度下（甚至室温）就能实现超导的材料，这是超导研究领域最令人期待的目标之一。 其次，材料的制备与加工也是一大难题。许多超导材料的制备工艺复杂，成本高昂，且材料本身可能易碎，难以加工成所需的形状，如长距离的线缆。如何实现大规模、低成本、高质量的超导材料生产，是推动应用的关键。 再者，系统的稳定性与可靠性也需要不断提升。超导器件对环境条件非常敏感，需要精确的控制系统来维持其工作状态。如何设计出稳定可靠的超导系统，并使其能够应对各种复杂的应用环境，是需要解决的重要课题。 尽管挑战重重，但全球科学家们对超导研究的热情从未减退。随着新材料的不断涌现，理论研究的深入，以及工程技术的进步，我们有理由相信，超导的奇迹将逐渐从实验室走向世界，为人类社会带来更加光明和高效的未来。超导电子技术，这条充满探索与创新的道路，正带领我们走向一个更加令人惊叹的科学与技术新时代。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事方式非常独特，它似乎并不满足于仅仅罗列技术细节，而是试图构建一种更具故事性和人文色彩的叙述。在谈到超导电子技术的历史发展时，作者并没有像流水账一样陈述事实，而是通过讲述关键人物的贡献、遇到的挑战以及最终突破的激动人心的瞬间，让历史变得鲜活起来。我特别喜欢其中关于“BCS理论”的介绍，它不仅仅是陈述了一个理论模型，而是通过还原当时科学家们是如何一步步探索和构建这个理论的，让我感受到了科学探索的艰辛与伟大。此外，书中在讨论一些潜在的应用时，也充满了人文关怀的视角。比如，在谈论超导磁共振成像在医疗领域的应用时，它不仅强调了技术上的优势，还描绘了这项技术如何能够帮助医生更早、更准确地诊断疾病，为患者带来福音。这种将技术与人联系起来的叙事，让我觉得这本书不仅仅是在讲“技术”，更是在讲“技术如何为人类服务”，这种情怀让我深受触动。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直让人脑洞大开！刚拿到手的时候，就被它沉甸甸的分量和封面上那深邃的蓝色吸引了，感觉里面蕴藏着无尽的知识宝藏。我平时对物理领域不算特别深入，但对那些听起来就充满未来感的概念总是充满了好奇。超导电子技术？听起来就像科幻小说里的玩意儿，但这本书的序言写得非常生动，它没有一开始就抛出复杂的公式和理论，而是从一个宏大的视角，描绘了这项技术如何可能改变我们生活的方方面面，从交通运输到能源传输，再到医疗设备。它用一种非常引人入胜的方式，勾勒出了一个更加高效、更加绿色的未来图景。书中举的例子也很有意思，比如它提到，如果这项技术真的成熟，我们或许可以在城市里看到不需要摩擦的磁悬浮列车，能源损耗几乎为零的输电网络，甚至能够实现更强大、更便携的医疗成像设备。读到这里，我脑海里已经开始描绘各种激动人心的场景了，感觉这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一次对未来科技的一次深度“畅想”。虽然我还没有深入研读其中的技术细节，但光是这份前瞻性和启发性，就已经让我对这本书充满了期待。它似乎能让你看到一个正在萌芽的、充满无限可能的新世界。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，这本书的排版和插图是我读过的技术类书籍中最为出色的之一。每一页都精心设计，文字清晰易读，关键的公式和图表都得到了重点突出，并且配有高质量的示意图，这对于理解抽象的物理概念来说至关重要。我尤其欣赏书中那些详细的图示，它们将复杂的电路结构和物理过程直观地展现出来，极大地降低了我的理解难度。很多时候，一个清晰的图示就能抵过我反复阅读好几页的文字。而且，作者在解释一些关键原理时，并没有一味地依赖文字描述，而是巧妙地运用了类比和形象化的语言，让原本枯燥的理论变得生动有趣。例如，在解释超导体的零电阻特性时，它用“电子在超导体里就像在一条畅通无阻的高速公路上奔跑，几乎不会遇到任何阻碍”来比喻，这让我一下子就抓住了核心要点。这本书的装帧也非常精美，纸张的触感很好，拿在手里就觉得是一件有价值的物品。这种对细节的关注，无疑提升了整体的阅读体验，让我觉得这次的投入物超所值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构设计确实令人赞叹，它不像我之前读过的很多技术书籍那样，上来就堆砌晦涩难懂的概念。作者非常巧妙地将理论知识与实际应用场景有机地结合起来，让读者在学习理论的同时，能够立刻感受到这些理论的价值和意义。我特别喜欢其中关于超导材料的介绍，它不仅解释了不同超导材料的特性，还详细阐述了它们在不同应用场景下的优势和局限性。例如，在介绍铜氧化物超导体时，作者花了大量篇幅分析了它们在高温超导领域的突破性进展，以及由此带来的对电子设备性能提升的巨大潜力。书中还穿插了一些历史性的回顾，讲述了超导现象的发现过程以及科学家们为之付出的不懈努力，这让整个阅读过程更加生动有趣，也更容易让人理解这项技术背后的人文关怀和科学精神。更让我感到惊喜的是，书中对于一些前沿应用的探讨，比如超导量子计算机的原理和发展现状，虽然我目前还无法完全消化其中的复杂性，但它无疑为我打开了一扇通往未来计算领域的大门。这本书就像一位循循善诱的老师，它不会让你感到畏惧，而是用一种温和而坚定的方式，引导你一步步地走进超导电子技术的世界。

评分☆☆☆☆☆

这本书在内容深度和广度上都做得相当不错，它既有对基础理论的扎实讲解，又对当前和未来的应用进行了广泛的探讨，整体的知识体系搭建得非常完整。我发现，即使是对于一些相对复杂的概念，作者也能够通过循序渐进的方式来引导读者理解，不会让初学者感到望而却步。比如，在讲解超导电子器件的制备工艺时，它不仅介绍了基本的流程，还深入分析了不同工艺对器件性能的影响，以及一些创新性的制备方法。让我印象深刻的是，书中关于超导传感器在科学研究中的应用的部分，它详细介绍了超导量子干涉仪（SQUID）等设备如何帮助科学家探测极微弱的磁场，从而在天体物理、地质勘探等领域取得突破。这本书让我意识到，原来超导技术不仅仅存在于实验室，它已经悄无声息地渗透到了各个科研领域，并发挥着至关重要的作用。它就像一座知识的宝库，总能发现一些意想不到的闪光点，让我对这个领域有了更深层次的认识。