超導(dǎo)電子技術(shù)及其應(yīng)用

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)介紹了超導(dǎo)電子技術(shù)基本原理和理論基礎(chǔ)，深入闡述了超導(dǎo)電子技術(shù)應(yīng)用的各個方面，并對常見超導(dǎo)器件及其與半導(dǎo)體器件的混合應(yīng)用進行了介紹。全書共分十章，包括超導(dǎo)的基本特征、超導(dǎo)現(xiàn)象的宏觀及微觀解釋、約瑟夫森效應(yīng)、超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)陣列振蕩器、超導(dǎo)RSFQ數(shù)字電路的基本原理、超導(dǎo)RSFQ約瑟夫森結(jié)傳輸線、超導(dǎo)RSFQ邏輯電路體系、超導(dǎo)RSFQ CPU原理、超導(dǎo)微波器件、超導(dǎo)器件與半導(dǎo)體器件的混合應(yīng)用。    本書可供從事超導(dǎo)電子技術(shù)領(lǐng)域研究的科研人員和研究生參考。

書籍目錄

前言第一章  超導(dǎo)的基本特征  1.1  超導(dǎo)的歷史和現(xiàn)狀    1.1.1  超導(dǎo)的歷史    1.1.2  超導(dǎo)的研究現(xiàn)狀  1.2  超導(dǎo)的基本電現(xiàn)象    1.2.1  超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)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(yīng)  1.3  超導(dǎo)電性  參考文獻第二章  超導(dǎo)現(xiàn)象的宏觀及微觀解釋  2.1  超導(dǎo)現(xiàn)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(dǎo)平板的磁場和電流分布    2.1.4  超導(dǎo)體磁性質(zhì)的兩種描述觀點  2.2  超導(dǎo)現(xiàn)象的微觀解釋    2.2.1 BCS理論    2.2.2  高溫超導(dǎo)體的部分微觀理論  參考文獻第三章  約瑟夫森效應(yīng)  3.1  單電子隧道效應(yīng)    3.1.1  正常金屬隧道效應(yīng)    3.1.2  超導(dǎo)體和正常金屬間隧道效應(yīng)    3.1.3  超導(dǎo)體單電子隧道效應(yīng)  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(yīng)    3.2.3  交流約瑟夫森效應(yīng)    3.2.4  約瑟夫森磁效應(yīng)  3.3  約瑟夫森結(jié)的典型結(jié)構(gòu)及其等效電路    3.3.1  約瑟夫森結(jié)的典型結(jié)構(gòu)    3.3.2  斯圖爾特-麥克坎伯模型    3.3.3  電阻分路模型    3.3.4  約瑟夫森隧道結(jié)和擺模擬  3.4  約瑟夫森結(jié)的起伏噪聲  3.5  實用約瑟夫森結(jié)的特性    3.5.1  低臨界溫度超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)    3.5.2  Nb結(jié)的I-V特性    3.5.3  高臨界溫度超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)  參考文獻第四章  超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)陣列振蕩器  4.1  約瑟夫森結(jié)陣列振蕩器的理論分析    4.1.1  引言    4.1.2  單約瑟夫森結(jié)振蕩器    4.1.3  由微帶線諧振腔和約瑟夫森結(jié)組成的振蕩器    4.1.4  長約瑟夫森結(jié)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(guān)系    4.1.6  二維約瑟夫森結(jié)陣列振蕩器  4.2  準(zhǔn)光約瑟夫森結(jié)陣列振蕩器    4.2.1  引言    4.2.2  準(zhǔn)光約瑟夫森陣列振蕩器結(jié)構(gòu)    4.2.3  準(zhǔn)光陣列振蕩器的傳輸線模式    4.2.4  準(zhǔn)光陣列振蕩器的耦合電路和阻抗    4.2.5  準(zhǔn)光陣列振蕩器偏置電路    4.2.6  準(zhǔn)光陣列振蕩器的相位鎖定    4.2.7  準(zhǔn)光陣列振蕩器的功率測量    4.2.8  準(zhǔn)光陣列振蕩器的計算機仿真模型  4.3  準(zhǔn)光約瑟夫森結(jié)陣列振蕩器的仿真模擬    4.3.1  引言    4.3.2  數(shù)值仿真攝動技術(shù)    4.3.3  約瑟夫森結(jié)行陣列的仿真模擬    4.3.4  約瑟夫森結(jié)列陣列的仿真模擬    4.3.5  陣列振蕩器參數(shù)綜合優(yōu)化實際理論    4.3.6  二維準(zhǔn)光陣列振蕩器的仿真模擬  參考文獻第五章  超導(dǎo)RSFQ數(shù)字電路的基本原理  5.1  超導(dǎo)環(huán)磁通量子化  5.2  超導(dǎo)量子干涉器  參考文獻第六章  超導(dǎo)RSFQ約瑟夫森結(jié)傳輸線  6.1  單約瑟夫森結(jié)的RSFQ現(xiàn)象  6.2  JTL理論分析    6.2.1  單一態(tài)干涉器電路JTL    6.2.2  JTL中電路優(yōu)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(yōu)化  6.4  JTL的參數(shù)特性    6.4.1  JTL參數(shù)對脈沖傳輸?shù)挠绊?   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(jié)    6.4.7  JTL電路應(yīng)用舉例  6.5  JTL中的推斥效應(yīng)和碰撞現(xiàn)象    6.5.1  推斥效應(yīng)    6.5.2  碰撞研究  參考文獻第七章  超導(dǎo)RSFQ邏輯電路體系  7.1  超導(dǎo)RSFQ分支器及緩沖器    7.1.1  超導(dǎo)RSFQ分支器    7.1.2  超導(dǎo)RSFQ緩沖器    7.1.3  超導(dǎo)RSFQ合路緩沖器  7.2  超導(dǎo)RSFQ觸發(fā)器    7.2.1  RS觸發(fā)器    7.2.2  T觸發(fā)器    7.2.3  D觸發(fā)器  7.3  超導(dǎo)RSFQ基本邏輯單元    7.3.1  超導(dǎo)RSFQ或門邏輯電路    7.3.2  超導(dǎo)RSFQ與門邏輯電路    7.3.3  超導(dǎo)RSFQ非門邏輯電路    7.3.4  DC／SFQ轉(zhuǎn)換器    7.3.5  SFQ／DC轉(zhuǎn)換器    7.3.6  DX單元和MX單元    7.3.7  算術(shù)加ADD單元    7.3.8  INC單元  參考文獻第八章  超導(dǎo)RSFQ CPU原理  8.1  RISC體系處理器    8.1.1  RISC計算機體系簡介    8.1.2  具體的RISC處理器模型  8.2  超導(dǎo)RSFQ數(shù)字電路的Cadance仿真  8.3  超導(dǎo)RSFQ/RISC計算機系統(tǒng)設(shè)計及其仿真    8.3.1  超導(dǎo)RSFQ/RISC計算機概述    8.3.2  超導(dǎo)RSFQ/RISC計算機系統(tǒng)設(shè)計    8.3.3  各部件設(shè)計及仿真    8.3.4  控制電路及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(dǎo)微波器件  9.1  超導(dǎo)體的表面阻抗特性    9.1.1  超導(dǎo)體的表面阻抗    9.1.2  超導(dǎo)薄膜的表面阻抗  9.2  超導(dǎo)微波諧振器  9.3  超導(dǎo)微波濾波器  9.4  超導(dǎo)微波天線    9.4.1  偶極子天線    9.4.2  小圓環(huán)天線    9.4.3  高溫超導(dǎo)曲線型天線    9.4.4  高溫超導(dǎo)微帶天線    9.4.5  超方向性陣    9.4.6  毫米波天線陣  9.5  超導(dǎo)混頻器  參考文獻第十章  超導(dǎo)器件與半導(dǎo)體器件的混合應(yīng)用  10.1  基于半導(dǎo)體的低溫電子學(xué)    10.1.1  半導(dǎo)體材料和器件的低溫特性    10.1.2  低溫下半導(dǎo)體材料和器件的噪聲特性    10.1.3  低溫半導(dǎo)體技術(shù)的應(yīng)用  10.2  超導(dǎo)體與半導(dǎo)體混合應(yīng)用  10.3  超導(dǎo)體與半導(dǎo)體混合應(yīng)用前景  參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第一章超導(dǎo)的基本特征　　§1.1超導(dǎo)的歷史和現(xiàn)狀　　§1.1.1超導(dǎo)的歷史　　自從1911年荷蘭物理學(xué)家昂尼斯（Onnes）首先發(fā)現(xiàn)汞的超導(dǎo)電性以來，神奇的超導(dǎo)世界始終吸引著人們?nèi)ヌ剿魉膴W秘。超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)之后，許多科學(xué)家都試圖發(fā)展一種理論來解釋這一現(xiàn)象。這種努力大約持續(xù)了半個世紀(jì)。1956年，庫柏（Copper）直接從動力學(xué)出發(fā)，考慮了存在相互吸引作用時，費米面上一對自旋相反的電子對（庫柏電子對）問題。庫柏預(yù)測，在金屬費米海上的庫柏電子對的集合，將會顯示出超導(dǎo)態(tài)的平衡性質(zhì)。這正是人們期待已久的超導(dǎo)態(tài)微觀物理圖像。1957年11月，巴?。˙ardeen）、庫柏和施里弗（Schriffer）在《物理評論》（PhyscialReview）上完整地發(fā)表了他們的超導(dǎo)理論，即BCS（Bardeen-Cooper-Schrieffer）理論。值得一提的是，BCS理論的基礎(chǔ)是量子力學(xué)理論。1957年，日本學(xué)者江崎（Esaki）利用半導(dǎo)體重摻雜技術(shù)，成功地研制出半導(dǎo)體隧道二極管，又稱江崎二極管，他首先在實驗中觀察到了固體中的電子隧道效應(yīng)。1960年，自學(xué)成才的挪威人賈埃弗（Giaever）利用超導(dǎo)薄膜技術(shù)，制成了超導(dǎo)體一絕緣體一金屬（S-1-N）和超導(dǎo)體一絕緣體一超導(dǎo)體（S-1-s）的準(zhǔn)粒子隧道器件，又稱單粒子隧道器件。利用這一隧道技術(shù)，賈埃弗成功地測定了超導(dǎo)體的能譜結(jié)構(gòu)；從而驗證了超導(dǎo)能隙的存在，為BCS理論的正確性提供了有力的實驗證據(jù)。江崎和賈埃弗的工作也為約瑟夫森（Josephson）效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)鋪平了道路。

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