超導電子技術及其應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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官伯然 著

圖書標籤:

• 超導
• 電子技術
• 超導器件
• 低溫物理
• 應用物理
• 電路設計
• 微波技術
• 信號處理
• 材料科學
• 電子工程

店鋪： 智博天恒圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030257383

商品編碼：29488993883

包裝：平裝

齣版時間：2009-10-01

圖書基本信息
圖書名稱	超導電子技術及其應用
作者	官伯然
定價	55.00元
齣版社	科學齣版社
ISBN	9787030257383
齣版日期	2009-10-01
字數
頁碼
版次	1
裝幀	平裝
開本	16開
商品重量	0.4Kg

內容簡介

本書係統介紹瞭超導電子技術基本原理和理論基礎，深入闡述瞭超導電子技術應用的各個方麵，並對常見超導器件及其與半導體器件的混閤應用進行瞭介紹。全書共分十章，包括超導的基本特徵、超導現象的宏觀及微觀解釋、約瑟夫森效應、超導約瑟夫森結陣列振蕩器、超導RSFQ數字電路的基本原理、超導RSFQ約瑟夫森結傳輸綫、超導RSFQ邏輯電路體係、超導RSFQ CPU原理、超導微波器件、超導器件與半導體器件的混閤應用。 本書可供從事超導電子技術領域研究的科研人員和研究生參考。

作者簡介

目錄

前言 章 超導的基本特徵 1.1 超導的曆史和現狀 1.1.1 超導的曆史 1.1.2 超導的研究現狀 1.2 超導的基本電現象 1.2.1 超導體的發現及其臨界溫度 1.2.2 臨界磁場與臨界電流 1.2.3 邁斯納效應 1.3 超導電性 參考文獻 第二章 超導現象的宏觀及微觀解釋 2.1 超導現象的宏觀解釋 2.1.1 二流體模型 2.1.2 倫敦方程 2.1.3 超導平闆的磁場和電流分布 2.1.4 超導體磁性質的兩種描述觀點 2.2 超導現象的微觀解釋 2.2.1 BCS理論 2.2.2 高溫超導體的部分微觀理論 參考文獻 第三章 約瑟夫森效應 3.1 單電子隧道效應 3.1.1 正常金屬隧道效應 3.1.2 超導體和正常金屬間隧道效應 3.1.3 超導體單電子隧道效應 3.2 約瑟夫森理論 3.2.1 約瑟夫森方程 3.2.2 直流約瑟夫森效應 3.2.3 交流約瑟夫森效應 3.2.4 約瑟夫森磁效應 3.3 約瑟夫森結的典型結構及其等效電路 3.3.1 約瑟夫森結的典型結構 3.3.2 斯圖爾特-麥剋坎伯模型 3.3.3 電阻分路模型 3.3.4 約瑟夫森隧道結和擺模擬 3.4 約瑟夫森結的起伏噪聲 3.5 實用約瑟夫森結的特性 3.5.1 低臨界溫度超導約瑟夫森結 3.5.2 Nb結的I-V特性 3.5.3 高臨界溫度超導約瑟夫森結 參考文獻 第四章 超導約瑟夫森結陣列振蕩器 4.1 約瑟夫森結陣列振蕩器的理論分析 4.1.1 引言 4.1.2 單約瑟夫森結振蕩器 4.1.3 由微帶綫諧振腔和約瑟夫森結組成的振蕩器 4.1.4 長約瑟夫森結類型的陣列振蕩器 4.1.5 外部負載和一維陣列振蕩器相位鎖定關係 4.1.6 二維約瑟夫森結陣列振蕩器 4.2 準光約瑟夫森結陣列振蕩器 4.2.1 引言 4.2.2 準光約瑟夫森陣列振蕩器結構 4.2.3 準光陣列振蕩器的傳輸綫模式 4.2.4 準光陣列振蕩器的耦閤電路和阻抗 4.2.5 準光陣列振蕩器偏置電路 4.2.6 準光陣列振蕩器的相位鎖定 4.2.7 準光陣列振蕩器的功率測量 4.2.8 準光陣列振蕩器的計算機仿真模型 4.3 準光約瑟夫森結陣列振蕩器的仿真模擬 4.3.1 引言 4.3.2 數值仿真攝動技術 4.3.3 約瑟夫森結行陣列的仿真模擬 4.3.4 約瑟夫森結列陣列的仿真模擬 4.3.5 陣列振蕩器參數綜閤優化實際理論 4.3.6 二維準光陣列振蕩器的仿真模擬 參考文獻 第五章 超導RSFQ數字電路的基本原理 5.1 超導環磁通量子化 5.2 超導量子乾涉器 參考文獻 第六章 超導RSFQ約瑟夫森結傳輸綫 6.1 單約瑟夫森結的RSFQ現象 6.2 JTL理論分析 6.2.1 單一態乾涉器電路JTL 6.2.2 JTL中電路優化問題 6.3 JTL工作方式 6.3.1 JTL的不變性傳輸 6.3.2 JTL的電流放大傳輸 6.3.3 JTL電壓傳輸放大 6.3.4 電路的優化 6.4 JTL的參數特性 6.4.1 JTL參數對脈衝傳輸的影響 6.4.2 電感L的改變 6.4.3 偏置電流Ib的改變 6.4.4 臨界電流Ic的改變 6.4.5 Rn的改變 6.4.6 小結 6.4.7 JTL電路應用舉例 6.5 JTL中的推斥效應和碰撞現象 6.5.1 推斥效應 6.5.2 碰撞研究 參考文獻 第七章 超導RSFQ邏輯電路體係 7.1 超導RSFQ分支器及緩衝器 7.1.1 超導RSFQ分支器 7.1.2 超導RSFQ緩衝器 7.1.3 超導RSFQ閤路緩衝器 7.2 超導RSFQ觸發器 7.2.1 RS觸發器 7.2.2 T觸發器 7.2.3 D觸發器 7.3 超導RSFQ基本邏輯單元 7.3.1 超導RSFQ或門邏輯電路 7.3.2 超導RSFQ與門邏輯電路 7.3.3 超導RSFQ非門邏輯電路 7.3.4 DC／SFQ轉換器 7.3.5 SFQ／DC轉換器 7.3.6 DX單元和MX單元 7.3.7 算術加ADD單元 7.3.8 INC單元 參考文獻 第八章 超導RSFQ CPU原理 8.1 RISC體係處理器 8.1.1 RISC計算機體係簡介 8.1.2 具體的RISC處理器模型 8.2 超導RSFQ數字電路的Cadance仿真 8.3 超導RSFQ/RISC計算機係統設計及其仿真 8.3.1 超導RSFQ/RISC計算機概述 8.3.2 超導RSFQ/RISC計算機係統設計 8.3.3 各部件設計及仿真 8.3.4 控製電路及RSFQ／RISC計算機仿真 8.3.5 處理器總體仿真 參考文獻 第九章 超導微波器件 9.1 超導體的錶麵阻抗特性 9.1.1 超導體的錶麵阻抗 9.1.2 超導薄膜的錶麵阻抗 9.2 超導微波諧振器 9.3 超導微波濾波器 9.4 超導微波天綫 9.4.1 偶極子天綫 9.4.2 小圓環天綫 9.4.3 高溫超導麯綫型天綫 9.4.4 高溫超導微帶天綫 9.4.5 超方嚮性陣 9.4.6 毫米波天綫陣 9.5 超導混頻器 參考文獻 第十章 超導器件與半導體器件的混閤應用 10.1 基於半導體的低溫電子學 10.1.1 半導體材料和器件的低溫特性 10.1.2 低溫下半導體材料和器件的噪聲特性 10.1.3 低溫半導體技術的應用 10.2 超導體與半導體混閤應用 10.3 超導體與半導體混閤應用前景 參考文獻

編輯推薦

文摘

序言

宇宙的奇跡：超導現象及其前沿探索 一、 隱藏在物質深處的無阻礙之舞 想象一下，電流在導體內流動，卻沒有任何阻礙，如同在光滑無痕的軌道上疾馳的列車，能量損耗為零。這並非科幻小說中的遙遠設想，而是科學傢們苦苦追尋的“超導”奇跡。它是一種物質在特定低溫條件下齣現的令人驚嘆的物理現象：電阻突然消失，且不産生任何焦耳熱。一旦電流進入超導體，它將無限期地持續流動，除非外界條件發生改變。 超導性的發現，如同打開瞭物質世界的潘多拉魔盒，揭示瞭隱藏在原子尺度下的深刻奧秘。上世紀初，荷蘭物理學傢海剋·卡末林·昂內斯在研究汞的電阻隨溫度變化時，意外地觀察到在4.2開爾文（約-269攝氏度）的極低溫下，汞的電阻驟然降至不可測量的零。這個具有劃時代意義的發現，為我們理解物質的電磁屬性提供瞭全新的視角。 但超導性的魔力不止於此。除瞭零電阻，超導體還展現齣另一項令人矚目的特性——“邁斯納效應”。當超導體被置於外部磁場中，並且其溫度低於臨界溫度，它會主動將外部磁場完全排齣其內部。這意味著，磁力綫仿佛繞過瞭超導體，使其成為一個完美的“磁屏蔽體”。這種排斥磁場的現象，使得超導體能夠“懸浮”在磁鐵上方，創造齣一種反重力般的奇妙景象，這正是磁懸浮列車等應用的理論基礎。 超導性的發生，並非偶然。它與物質的微觀結構息息相關。在極低的溫度下，構成超導體的電子不再像孤立的個體那樣運動，而是會與晶格中的聲子（原子振動）發生相互作用，形成一種被稱為“庫珀對”的特殊電子對。這些庫珀對擁有更高的能量，並且能夠以一種相乾的方式集體運動，從而剋服瞭常規導體中阻礙電子流動的散射和碰撞。這個理論解釋，由巴丁、庫珀和施裏弗提齣的BCS理論，為理解超導性提供瞭堅實的理論基石，並因此榮獲諾貝爾物理學奬。 然而，超導性的研究並非止步於此。自然界中存在著不同種類的超導體。低溫超導體，如鋁、鉛、鈮等元素及其閤金，需要在接近絕對零度的極低溫度下纔能展現超導性。而高溫超導體的齣現，則極大地拓展瞭超導研究的疆域。1986年，卡斯特和米勒等科學傢發現瞭釔鋇銅氧係陶瓷材料，在高達30開爾文以上的溫度下就錶現齣超導性。這一發現，不僅刷新瞭人們對超導溫度的認知，更意味著超導性可能在更易實現的溫度範圍內得到應用。盡管“高溫”相對於絕對零度而言仍然非常低，但相較於低溫超導體，它無疑是嚮實際應用邁進瞭一大步。 二、 從實驗室走嚮世界的超導應用展望 超導現象的獨特屬性，賦予瞭其在眾多領域顛覆性的應用潛力。科學傢們正不懈努力，將實驗室中的奇跡轉化為改變我們生活、推動社會進步的強大力量。 1. 能源傳輸的革命：無損耗的輸電網絡 當前，電力傳輸過程中存在著顯著的能量損耗，尤其是在長距離輸電時，電阻造成的損耗占到相當大的比例。如果能夠利用超導材料製造輸電綫纜，那麼電能將實現幾乎無損耗的傳輸，極大地提高能源利用效率，減少對化石燃料的依賴，降低碳排放，為可持續發展提供強有力的支撐。想象一下，來自偏遠地區清潔能源發電站的電力，能夠高效、安全地輸送到韆傢萬戶，能源浪費將成為曆史。 2. 交通運輸的飛躍：磁懸浮列車的疾馳 磁懸浮技術，正是超導性在交通領域最引人注目的應用之一。利用超導體強大的抗磁性，列車可以懸浮在軌道上方，消除輪軌摩擦，實現高速、平穩、安靜的運行。與傳統鐵路相比，磁懸浮列車不僅速度更快，而且對環境影響更小。中國上海磁懸浮列車已投入運營，其每小時431公裏的最高運營速度，充分展現瞭超導技術的巨大潛力。未來，超導磁懸浮技術有望構建更快捷、更環保的全球交通網絡。 3. 醫療診斷的精準利器：核磁共振成像（MRI） 核磁共振成像（MRI）是目前醫學影像診斷中最重要、最安全的無創檢查技術之一。其核心部件，強大而穩定的磁場，正是由低溫超導綫圈産生。超導磁體能夠産生遠超傳統電磁體所需的極高磁場強度，並能長時間穩定運行，為醫生提供清晰、高分辨率的身體內部圖像，輔助診斷癌癥、腦部疾病、心血管疾病等多種疑難雜癥，挽救無數生命。 4. 粒子加速器的強大引擎：探索宇宙的奧秘 粒子加速器是研究微觀粒子世界和宇宙起源的關鍵設備。在粒子加速器中，需要利用強大的電磁場來加速和約束高能粒子束。超導磁體以其高磁場強度和低能耗的優勢，成為製造新一代大型強子對撞機等尖端科學儀器的理想選擇。例如，歐洲核子研究中心（CERN）的“大型強子對撞機”（LHC）就大量使用瞭超導技術，為我們揭示物質最基本的構成粒子和相互作用提供瞭前所未有的能力。 5. 科學研究的探索者：高靈敏度傳感器與計算的加速 超導材料的獨特量子效應，催生瞭一係列高靈敏度傳感器，如超導量子乾涉儀（SQUID）。SQUID是目前世界上最靈敏的磁場傳感器，能夠探測到極其微弱的磁場變化，在生物磁學、地球物理勘探、材料科學研究等領域有著廣泛的應用。此外，超導電子學的發展，為構建超導量子計算機提供瞭可能。一旦超導量子計算機得以實現，其強大的並行計算能力將徹底改變信息處理和科學計算的麵貌，為解決目前人類麵臨的復雜科學問題帶來突破。 三、 挑戰與未來：通往超導應用之路 盡管超導技術展現齣無限光明的前景，但其大規模商業化應用仍然麵臨著諸多挑戰。 首先，臨界溫度的提升是關鍵。目前許多高性能的超導材料仍然需要在極低的溫度下工作，這就需要昂貴的製冷設備，限製瞭其應用範圍。科學傢們正努力尋找在更高溫度下（甚至室溫）就能實現超導的材料，這是超導研究領域最令人期待的目標之一。 其次，材料的製備與加工也是一大難題。許多超導材料的製備工藝復雜，成本高昂，且材料本身可能易碎，難以加工成所需的形狀，如長距離的綫纜。如何實現大規模、低成本、高質量的超導材料生産，是推動應用的關鍵。 再者，係統的穩定性與可靠性也需要不斷提升。超導器件對環境條件非常敏感，需要精確的控製係統來維持其工作狀態。如何設計齣穩定可靠的超導係統，並使其能夠應對各種復雜的應用環境，是需要解決的重要課題。 盡管挑戰重重，但全球科學傢們對超導研究的熱情從未減退。隨著新材料的不斷湧現，理論研究的深入，以及工程技術的進步，我們有理由相信，超導的奇跡將逐漸從實驗室走嚮世界，為人類社會帶來更加光明和高效的未來。超導電子技術，這條充滿探索與創新的道路，正帶領我們走嚮一個更加令人驚嘆的科學與技術新時代。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構設計確實令人贊嘆，它不像我之前讀過的很多技術書籍那樣，上來就堆砌晦澀難懂的概念。作者非常巧妙地將理論知識與實際應用場景有機地結閤起來，讓讀者在學習理論的同時，能夠立刻感受到這些理論的價值和意義。我特彆喜歡其中關於超導材料的介紹，它不僅解釋瞭不同超導材料的特性，還詳細闡述瞭它們在不同應用場景下的優勢和局限性。例如，在介紹銅氧化物超導體時，作者花瞭大量篇幅分析瞭它們在高溫超導領域的突破性進展，以及由此帶來的對電子設備性能提升的巨大潛力。書中還穿插瞭一些曆史性的迴顧，講述瞭超導現象的發現過程以及科學傢們為之付齣的不懈努力，這讓整個閱讀過程更加生動有趣，也更容易讓人理解這項技術背後的人文關懷和科學精神。更讓我感到驚喜的是，書中對於一些前沿應用的探討，比如超導量子計算機的原理和發展現狀，雖然我目前還無法完全消化其中的復雜性，但它無疑為我打開瞭一扇通往未來計算領域的大門。這本書就像一位循循善誘的老師，它不會讓你感到畏懼，而是用一種溫和而堅定的方式，引導你一步步地走進超導電子技術的世界。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直讓人腦洞大開！剛拿到手的時候，就被它沉甸甸的分量和封麵上那深邃的藍色吸引瞭，感覺裏麵蘊藏著無盡的知識寶藏。我平時對物理領域不算特彆深入，但對那些聽起來就充滿未來感的概念總是充滿瞭好奇。超導電子技術？聽起來就像科幻小說裏的玩意兒，但這本書的序言寫得非常生動，它沒有一開始就拋齣復雜的公式和理論，而是從一個宏大的視角，描繪瞭這項技術如何可能改變我們生活的方方麵麵，從交通運輸到能源傳輸，再到醫療設備。它用一種非常引人入勝的方式，勾勒齣瞭一個更加高效、更加綠色的未來圖景。書中舉的例子也很有意思，比如它提到，如果這項技術真的成熟，我們或許可以在城市裏看到不需要摩擦的磁懸浮列車，能源損耗幾乎為零的輸電網絡，甚至能夠實現更強大、更便攜的醫療成像設備。讀到這裏，我腦海裏已經開始描繪各種激動人心的場景瞭，感覺這本書不僅僅是一本技術手冊，更像是一次對未來科技的一次深度“暢想”。雖然我還沒有深入研讀其中的技術細節，但光是這份前瞻性和啓發性，就已經讓我對這本書充滿瞭期待。它似乎能讓你看到一個正在萌芽的、充滿無限可能的新世界。

評分☆☆☆☆☆

這本書在內容深度和廣度上都做得相當不錯，它既有對基礎理論的紮實講解，又對當前和未來的應用進行瞭廣泛的探討，整體的知識體係搭建得非常完整。我發現，即使是對於一些相對復雜的概念，作者也能夠通過循序漸進的方式來引導讀者理解，不會讓初學者感到望而卻步。比如，在講解超導電子器件的製備工藝時，它不僅介紹瞭基本的流程，還深入分析瞭不同工藝對器件性能的影響，以及一些創新性的製備方法。讓我印象深刻的是，書中關於超導傳感器在科學研究中的應用的部分，它詳細介紹瞭超導量子乾涉儀（SQUID）等設備如何幫助科學傢探測極微弱的磁場，從而在天體物理、地質勘探等領域取得突破。這本書讓我意識到，原來超導技術不僅僅存在於實驗室，它已經悄無聲息地滲透到瞭各個科研領域，並發揮著至關重要的作用。它就像一座知識的寶庫，總能發現一些意想不到的閃光點，讓我對這個領域有瞭更深層次的認識。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事方式非常獨特，它似乎並不滿足於僅僅羅列技術細節，而是試圖構建一種更具故事性和人文色彩的敘述。在談到超導電子技術的曆史發展時，作者並沒有像流水賬一樣陳述事實，而是通過講述關鍵人物的貢獻、遇到的挑戰以及最終突破的激動人心的瞬間，讓曆史變得鮮活起來。我特彆喜歡其中關於“BCS理論”的介紹，它不僅僅是陳述瞭一個理論模型，而是通過還原當時科學傢們是如何一步步探索和構建這個理論的，讓我感受到瞭科學探索的艱辛與偉大。此外，書中在討論一些潛在的應用時，也充滿瞭人文關懷的視角。比如，在談論超導磁共振成像在醫療領域的應用時，它不僅強調瞭技術上的優勢，還描繪瞭這項技術如何能夠幫助醫生更早、更準確地診斷疾病，為患者帶來福音。這種將技術與人聯係起來的敘事，讓我覺得這本書不僅僅是在講“技術”，更是在講“技術如何為人類服務”，這種情懷讓我深受觸動。

評分☆☆☆☆☆

我必須說，這本書的排版和插圖是我讀過的技術類書籍中最為齣色的之一。每一頁都精心設計，文字清晰易讀，關鍵的公式和圖錶都得到瞭重點突齣，並且配有高質量的示意圖，這對於理解抽象的物理概念來說至關重要。我尤其欣賞書中那些詳細的圖示，它們將復雜的電路結構和物理過程直觀地展現齣來，極大地降低瞭我的理解難度。很多時候，一個清晰的圖示就能抵過我反復閱讀好幾頁的文字。而且，作者在解釋一些關鍵原理時，並沒有一味地依賴文字描述，而是巧妙地運用瞭類比和形象化的語言，讓原本枯燥的理論變得生動有趣。例如，在解釋超導體的零電阻特性時，它用“電子在超導體裏就像在一條暢通無阻的高速公路上奔跑，幾乎不會遇到任何阻礙”來比喻，這讓我一下子就抓住瞭核心要點。這本書的裝幀也非常精美，紙張的觸感很好，拿在手裏就覺得是一件有價值的物品。這種對細節的關注，無疑提升瞭整體的閱讀體驗，讓我覺得這次的投入物超所值。