低溫物理學(xué)

前言

　　2008年是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)建校五十周年.為了反映五十年來辦學(xué)理念和特色，集中展示教材建設(shè)的成果，學(xué)校決定組織編寫出版代表中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教學(xué)水平的精品教材系列.在各方的共同努力下，共組織選題281種，經(jīng)過多輪、嚴格的評審，最后確定50種入選精品教材系列.　　1958年學(xué)校成立之時，教員大部分都來自中國科學(xué)院的各個研究所.作為各個研究所的科研人員，他們到學(xué)校后保持了教學(xué)的同時又作研究的傳統(tǒng).同時，根據(jù)“全院辦校，所系結(jié)合”的原則，科學(xué)院各個研究所在科研第一線工作的杰出科學(xué)家也參與學(xué)校的教學(xué)，為本科生授課，將最新的科研成果融入到教學(xué)中.五十年來，外界環(huán)境和內(nèi)在條件都發(fā)生了很大變化，但學(xué)校以教學(xué)為主、教學(xué)與科研相結(jié)合的方針沒有變.正因為堅持了科學(xué)與技術(shù)相結(jié)合、理論與實踐相結(jié)合、教學(xué)與科研相結(jié)合的方針，并形成了優(yōu)良的傳統(tǒng)，才培養(yǎng)出了一批又一批高質(zhì)量的人才.　　學(xué)校非常重視基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)的傳統(tǒng)，也是她特別成功的原因之一.當今社會，科技發(fā)展突飛猛進、科技成果日新月異，沒有扎實的基礎(chǔ)知識，很難在科學(xué)技術(shù)研究中作出重大貢獻.建校之初，華羅庚、吳有訓(xùn)、嚴濟慈等老一輩科學(xué)家、教育家就身體力行，親自為本科生講授基礎(chǔ)課.他們以淵博的學(xué)識、精湛的講課藝術(shù)、高尚的師德，帶出一批又一批杰出的年輕教員，培養(yǎng)了一屆又一屆優(yōu)秀學(xué)生.這次入選校慶精品教材的絕大部分是本科生基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課的教材，其作者大多直接或間接受到過這些老一輩科學(xué)家、教育家的教誨和影響，因此在教材中也貫穿著這些先輩的教育教學(xué)理念與科學(xué)探索精神.　　改革開放之初，學(xué)校最先選派青年骨干教師赴西方國家交流、學(xué)習，他們在帶回先進科學(xué)技術(shù)的同時，也把西方先進的教育理念、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容等帶回到中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，并以極大的熱情進行教學(xué)實踐，使“科學(xué)與技術(shù)相結(jié)合、理論與實踐相結(jié)合。

內(nèi)容概要

　　2008年是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)建校五十周年.為了反映五十年來辦學(xué)理念和特色，集中展示教材建設(shè)的成果，學(xué)校決定組織編寫出版代表中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教學(xué)水平的精品教材系列.在各方的共同努力下，共組織選題281種，經(jīng)過多輪、嚴格的評審，最后確定50種入選精品教材系列.1958年學(xué)校成立之時，教員大部分都來自中國科學(xué)院的各個研究所.作為各個研究所的科研人員，他們到學(xué)校后保持了教學(xué)的同時又作研究的傳統(tǒng).同時，根據(jù)“全院辦校，所系結(jié)合”的原則，科學(xué)院各個研究所在科研第一線工作的杰出科學(xué)家也參與學(xué)校的教學(xué)，為本科生授課，將最新的科研成果融入到教學(xué)中.五十年來，外界環(huán)境和內(nèi)在條件都發(fā)生了很大變化，但學(xué)校以教學(xué)為主、教學(xué)與科研相結(jié)合的方針沒有變.正因為堅持了科學(xué)與技術(shù)相結(jié)合、理論與實踐相結(jié)合、教學(xué)與科研相結(jié)合的方針，并形成了優(yōu)良的傳統(tǒng)，才培養(yǎng)出了一批又一批高質(zhì)量的人才.

書籍目錄

總序序言第1篇 量子液體和量子固體第1章 液體1He的超流動性1.1 4He相圖和λ相變1.2 液體HeI和液體HeⅡ1.2.1 粘滯系數(shù)和超流動性1.2.2 熱導(dǎo)1.2.3 熱一機械效應(yīng)1.2.4 比熱1.3 二流體模型和HeⅡ的性質(zhì)1.3.1 二流體模型1.3.2 流體動力學(xué)方程1.3.3 熱一機械效應(yīng)1.3.4 第二聲波1.3.5 粘滯系數(shù)1.3.6 ρn的直接測量1.3.7 熱傳輸1.3.8 熱流動量1.4 液體HeⅡ中的元激發(fā)和Landau理論1.4.1 液體HeⅡ的熱力學(xué)性質(zhì)1.4.2 二流體模型的導(dǎo)出1.4.3 液體HeⅡ中的耗散過程1.4.4 色散曲線的實驗和理論研究1.5 液體HeⅡ中的波函數(shù)——Feynman理論1.5.1 聲子的波函數(shù)1.5.2 高能量激發(fā)態(tài)的波函數(shù)1.5.3 Feynman和Cohen的波函數(shù)1.6 ：Bose-Einstein凝聚1.6.1 London理論1.6.2 Bogoliubov理論1.6.3 理論的進一步發(fā)展1.6.4 Bose凝聚的實驗觀察1.7 旋轉(zhuǎn)中的液氦和量子化渦線1.7.1 旋轉(zhuǎn)中的液體HeⅡ1.7.2 轉(zhuǎn)動液體HeⅡ的實驗性質(zhì)1.7.3 渦線和環(huán)流量子化1.7.4 環(huán)流量子化的實驗驗證1.7.5 渦旋線列陣的實驗觀察1.7.6 渦旋線與熱激發(fā)的相互作用1.7.7 超臨界范圍和湍流1.7.8 臨界速度1.8 氦膜和多孔介質(zhì)中的液氦1.8.1 靜態(tài)氦膜的厚度1.8.2 吸附等溫線1.8.3 流動氦膜1.8.4 第三聲和第四聲1.8.5 不飽和氦膜1.8.6 高壓下多孔介質(zhì)中液氦的超流動性1.8.7 單層氦膜第2章 液體。He的超流動性2.1 正常液體3He的性質(zhì)2.1.1 正常液體3He的比熱2.1.2 正常液體3He的核磁化率2.1.3 正常液體3He的輸運性質(zhì)2.2 Landau費米液體理論2.2.1 理想費米氣體的性質(zhì)2.2.2 Landau費米液體理論2.2.3 零聲2.2.4 Landau理論的進一步發(fā)展2.3 液體3He的超流相2.4 超流3He的基本實驗性質(zhì)2.4.1 相變性質(zhì)2.4.2 比熱2.4.3 磁化率2.4.4 核磁共振2.4.5 持續(xù)流實驗與臨界速度V2.4.6 超流3He的二流體性質(zhì)2.5 超流3He的理論2.5.1 液體3He中的配對相互作用2.5.2 超流態(tài)的波函數(shù)2.5.3 自旋單一態(tài)（S=0）2.5.4 三重態(tài)配對（S=1）2.6 理論與實驗的比較2.6.1 相圖2.6.2 比熱2.6.3 磁化率2.6.4 核磁共振2.6.5 各向異性的超流密度2.6.6 粘滯系數(shù)2.6.7 超流3HeAl-相2.6.8 聲的傳播2.7 3HeA相中的織構(gòu)2.8 超流3He中的渦線2.9 超流3He的約瑟夫遜（Josephson）效應(yīng)2.9.1 Josephson效應(yīng)和超流弱連接2.9.2 壓強和質(zhì)量流的測量2.9.3 超流.Josephson振蕩2.9.4 質(zhì)量流和相位的關(guān)系2.9.5 Shapiro階梯2.9.6 DCSQUID第3章 3He－4He混合液3.1 3He－4He混合液的相圖3.2 3He在超流4He中的稀溶液3.2.1 比熱和磁化率3.2.2 3He溶質(zhì)原子在4HeⅡ中的滲透壓3.2.3 熱沖效應(yīng)和ρn的測量3.2.4 稀溶液的理論——把3He溶質(zhì)原子看成一種激發(fā)類型3.3 稀溶液的動力學(xué)性質(zhì)3.3.1 粘滯系數(shù)ηn3.3.2 熱導(dǎo)率K3.3.3 自旋擴散系數(shù)D3.3.4 一聲和二聲3.4 液體HeⅡ中的離子3.5 氣凝硅膠中的3He－4He混合液第4章 量子固體4.1 固氦的相圖4.2 晶體中的量子效應(yīng)4..3 固體3He中的核磁有序4.3.1 核自旋的交換相互作用4.3.2 固體3He的高溫性質(zhì)4.3.3 固體3He中的核磁有序相變4.3.4 有序相的磁結(jié)構(gòu)4.3.5 有序相的熱力學(xué)性質(zhì)4.3.6 磁有序理論4.4 量子固體中的雜質(zhì)準粒子和空位4.4.1 雜質(zhì)準粒子——雜質(zhì)子4.4.2 雜質(zhì)子和聲子的相互作用4.4.3 4He晶體中的空位4.4.4 4He晶體中的空位4.5 固體4He中空位超流動態(tài)的實驗探索4.5.1 塑性流實驗4.5.2 傳統(tǒng)的超流實驗方法4.5.3 超聲實驗4.5.4 熱力學(xué)測量4.5.5 粗擺的實驗……第2篇 介觀物理第3篇 低溫下固體的性質(zhì)參考文獻

章節(jié)摘錄

　　當一個系統(tǒng)中粒子之間相互作用很強，每個粒子的能量與周圍粒子的狀態(tài)有關(guān)，因此粒子的能級就無從說起，更談不上粒子在能級上的分布.對這類系統(tǒng)應(yīng)考慮整個系統(tǒng)的能量，及系統(tǒng)組態(tài)對能量的影響.　　我們對這樣的系統(tǒng)加熱，當接近某一臨界溫度時，粒子的熱運動能與相互作用能勢均力敵，系統(tǒng)組態(tài)很容易發(fā)生劇烈變化，而引起某種相變.如鐵磁體，磁矩之間有強相互作用，在低溫下磁矩都整整齊齊指向同一方向.在臨界溫度，由于熱漲落，少數(shù)磁矩掙脫周圍磁矩的束縛離開原方向而發(fā)生“動搖”.每個動搖的磁矩引起它周圍磁矩作用力減弱，從而引起更多磁矩的動搖.如此下去，動搖的磁矩越多，越能引起其他磁矩的動搖，當全部磁矩動搖，系統(tǒng)各磁矩取向混亂，相變過程也就完成.這就是合作現(xiàn)象，除鐵磁相變外，還有反鐵磁相變、有序.無序相變、正常氦變?yōu)槌骱?、超?dǎo)的出現(xiàn)等等都有合作效應(yīng).這種相變的比熱曲線很像希臘字母λ，所以又叫λ－相變.圖11.21是固態(tài)甲烷在低溫下發(fā)生λ－相變的典型例子，固態(tài)甲烷分子在20 K以上為轉(zhuǎn)動狀態(tài)，在20 K以下為振動狀態(tài).相變比熱曲線呈λ形。

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