超导电子技术及其应用9787030257383 科学出版社 官伯然 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：29454251118

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	0.459Kg

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

编辑推荐

文摘

序言

材料的奥秘：超导现象的起源与发展 自十九世纪末以来，人类对物质世界的探索从未停止。物理学家们致力于揭示物质在极端条件下的奇特行为，而“超导”现象无疑是其中最引人入胜的篇章之一。它突破了我们对电阻和磁场常规理解的边界，预示着能源传输、信息处理乃至交通运输的革命性变革。 一、 超导现象的萌芽：从电阻的消逝到迈斯纳效应的发现 1911年，荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯在低温实验室中，以液氦作为冷却剂，对金属汞的电阻进行了精确测量。当温度降低至约4.2开尔文（-269摄氏度）时，他惊讶地发现，汞的电阻竟然瞬间消失，电阻值降至无法检测的水平。这一划时代的发现，标志着超导现象的正式问世，也为昂内斯赢得了1913年的诺贝尔物理学奖。 昂内斯的发现并非偶然。在此之前，科学家们已经认识到，随着温度的降低，许多导体的电阻都会减小。然而，这种减小通常是渐进式的，电阻值会趋近于一个极小的非零值。而超导现象的出现，则是一个在特定临界温度下电阻骤然归零的突变过程。这意味着，一旦材料进入超导态，电流就可以在其中无损耗地持续流动，这为能源传输领域带来了前所未有的想象空间。 然而，超导现象的真正奇妙之处远不止于此。在昂内斯发现超导电性后，科学家们对超导材料的进一步研究持续了数十年。直到1933年，德国物理学家瓦尔特·迈斯纳和罗伯特·奥克斯霍夫才发现了另一个关键的超导特性——迈斯纳效应。他们发现，当处于超导态的材料置于外部磁场中时，它会主动将磁场排出体外，使得材料内部的磁场强度为零。这意味着超导材料对磁场具有完美的抗磁性。 迈斯纳效应的发现，进一步深化了我们对超导现象的理解。它不仅仅是电阻的消失，更是材料对电磁场的全新响应方式。这一效应也为磁悬浮技术等应用奠定了理论基础。想象一下，未来的火车能够在没有轨道摩擦的情况下高速运行，这都离不开对迈斯纳效应的深刻理解和巧妙运用。 二、 早期超导体的探索与理论的奠基：BCS理论的里程碑 在昂内斯和迈斯纳、奥克斯霍夫的开创性工作之后，科学家们开始系统地寻找具有超导特性的材料，并尝试理解其微观机理。早期的超导材料主要是金属元素，如汞、铅、锡、铌等，以及它们的某些合金。这些材料的临界转变温度都非常低，通常需要液氦冷却才能实现超导。 尽管发现了超导现象，但其内在的物理机制长期以来一直是一个谜团。各种理论试图解释这一现象，但都未能完全成功。直到1957年，美国物理学家约翰·巴丁、利昂·库珀和约翰·施里弗提出了著名的BCS理论，才为超导现象提供了一个令人信服的微观解释。 BCS理论的核心思想是，在低温下，金属中的电子并非独立运动，而是会与晶格振动（声子）发生相互作用。这种相互作用可以促使两个原本相互排斥的电子形成一个所谓的“库珀对”。库珀对的行为表现出与单个电子截然不同的特性。它们可以集体地、有序地在晶格中运动，而不会受到电阻的阻碍。简单来说，BCS理论将超导性归因于一种宏观的量子相干态，即所有库珀对都处于同一个量子波函数中。 BCS理论的提出，是超导研究史上的一个里程碑。它不仅成功解释了低温超导体的许多实验现象，更重要的是，它为寻找和设计新的超导材料指明了方向。该理论的提出者巴丁、库珀和施里弗也因此获得了1972年的诺贝尔物理学奖。 BCS理论的成功，也揭示了超导转变温度的上限。根据理论，只有当晶格振动足够强，足以克服电子之间的库仑斥力，并形成稳定的库珀对时，超导性才会出现。这意味着，传统金属超导体的临界温度很难突破几十开尔文的范围。 三、 高温超导的突破与新材料的涌现：挑战与机遇并存 BCS理论的成功带来了对超导研究的极大热情，但低临界温度的限制也使得超导技术的实际应用受到了很大制约，因为液氦价格昂贵且操作复杂。科学家们一直梦想着发现能够在更高温度下实现超导的材料。 1986年，这一梦想终于迎来了激动人心的突破。德国物理学家约翰内斯·格奥尔格·贝德诺尔茨和瑞士物理学家卡尔·亚历山大·穆勒在发现一种铜氧化物陶瓷（镧钡铜氧化物）后，意外地观测到了其在35开尔文以上表现出超导特性。这一发现的意义非凡，它标志着“高温超导”时代的开启。虽然35开尔文相对于常温仍然很低，但与需要液氦冷却的传统超导体相比，它已经可以利用更易于获得的液氮（约77开尔文）进行冷却，大大降低了应用成本，拓展了应用的可能性。 格奥尔茨和穆勒因这一发现获得了1987年的诺贝尔物理学奖。他们的工作如同一颗火种，点燃了全球高温超导研究的热潮。在接下来的几年里，科学家们以前所未有的速度发现了大量新型铜氧化物高温超导体，其临界转变温度不断被刷新，有些甚至达到了液氮温区甚至接近常温。 这些高温超导体通常具有复杂的晶体结构，主要包含铜氧平面。它们的超导机制也比BCS理论描述的低本超导体更为复杂，至今仍是物理学界研究的热点和难点。目前存在多种理论模型，试图解释铜氧化物高温超导的起源，但尚未形成完全统一的认识。 除了铜氧化物高温超导体，科学家们还在不断探索其他新型超导材料，如铁基超导体、有机超导体、以及压力诱导超导体等。这些新型材料的发现，不仅丰富了我们对超导现象的认识，也为实现更高临界温度的超导提供了更多可能。 四、 超导技术的挑战与应用前景 尽管高温超导材料的发现极大地推动了超导技术的发展，但将这些材料转化为实际应用仍然面临诸多挑战。 首先，材料的制备和加工是一个难题。高温超导体通常是脆性的陶瓷材料，难以加工成连续的长导线，这给制造大尺寸超导器件带来了困难。科学家们正在努力开发更有效的制备工艺，例如使用粉末冶金法、化学气相沉积法等，以获得性能优异、尺寸可控的超导材料。 其次，稳定性和可靠性是另一个关键问题。高温超导体在复杂的应用环境中，可能会受到热、磁场、应力等因素的影响，导致其超导性能下降甚至丧失。如何提高材料在实际工作条件下的稳定性和寿命，是亟待解决的问题。 然而，一旦克服了这些技术难题，超导技术的应用前景将极为广阔。 在能源领域，超导电缆可以实现电力的无损耗传输，极大地提高能源利用效率，减少能源损耗。超级磁储能系统（SMES）可以储存和释放大量电能，对于稳定电网、应对峰谷负荷具有重要意义。 在交通运输领域，超导磁悬浮列车（Maglev）利用超导磁体的强大磁力实现列车与轨道的无接触运行，能够达到极高的速度，且运行平稳、噪音低。 在信息技术领域，超导器件具有极高的开关速度和极低的功耗，为高性能计算机、量子计算等前沿技术提供了可能。例如，超导量子比特是构建量子计算机的重要组成部分。 在医疗领域，核磁共振成像（MRI）已经广泛应用了超导磁体技术，能够提供高分辨率的医学影像。未来，超导技术还有望在更先进的医疗诊断和治疗设备中发挥作用。 此外，超导技术还在粒子加速器、高能物理实验、磁约束核聚变等领域有着不可替代的应用。 五、 展望未来：走向常温超导的梦想 从最初的金属超导体到高温超导体，再到不断涌现的新型超导材料，人类在探索超导世界的道路上不断前进。尽管目前距离实现真正意义上的“常温超导”（即在室温和常压下即可实现超导）还有相当长的距离，但这仍是无数科学家为之奋斗的终极目标。 常温超导体的实现，将是人类历史上最伟大的科学成就之一，它将彻底改变我们的生活方式，开启一个全新的科技时代。届时，能源传输将变得高效而廉价，交通将更加快捷环保，信息处理将更加强大，许多目前无法想象的科技突破都将成为可能。 超导科学的研究，不仅是对基础物理原理的深刻探索，更是对人类未来科技发展方向的指引。每一项新的发现，每一次理论的突破，都在为我们描绘着一个更美好、更先进的未来图景。

评分☆☆☆☆☆

我一直对科学史和科学家的故事充满兴趣，而《超导电子技术及其应用》这本书在介绍科学原理的同时，也巧妙地融入了大量的历史背景和人物故事，让我在学习超导知识的过程中，仿佛也走进了那个充满智慧与探索的时代。官伯然老师在书中对超导现象发现历程的描述，从昂内斯首次发现迈斯纳效应，到BCS理论的建立，再到高温超导体的横空出世，每一个重要的里程碑都被赋予了生动的叙述。我尤其喜欢书中对那些为超导研究做出杰出贡献的科学家们的介绍，他们的执着、智慧和不懈追求，极大地激发了我对科学探索精神的敬意。读这本书，我不仅学到了超导电子技术的原理，更感受到了科学研究的魅力——它充满了挑战，也孕育着无限可能。这种将科学知识与人文情怀相结合的叙事方式，让原本可能枯燥的科技读物变得引人入胜，让我对超导技术有了更深刻的理解和更深切的共鸣。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对物理学基础理论有着浓厚兴趣的学习者，《超导电子技术及其应用》这本书对我而言，是一次深入探索量子世界奥秘的绝佳机会。官伯然老师在书中对于超导现象背后微观机理的阐述，从电子配对机制到能隙的形成，再到量子相干性等概念的引入，都给我带来了极大的启发。我特别欣赏书中对凝聚态物理学前沿理论的解读，虽然有些内容需要反复研读才能完全理解，但其严谨的逻辑和深刻的洞察力，让我对物质在极端条件下的奇妙行为有了全新的认识。书中对超导电子器件的分析，例如约瑟夫森结的量子隧穿效应，以及其在SQUID（超导量子干涉仪）等高精度测量设备中的应用，让我领略到了量子力学在实际工程中的强大威力。这本书不仅仅是关于超导技术，更是对基础科学探索精神的一次致敬，它鼓励我继续深入钻研，去理解和掌握那些支配微观世界的深刻规律。

评分☆☆☆☆☆

作为一名长期在传统电子器件领域工作的工程师，我一直对前沿技术抱有高度关注，而《超导电子技术及其应用》这本书恰好满足了我对超导电子领域最新进展的渴望。我惊喜地发现，官伯然老师的论述不仅理论扎实，而且紧密结合了当前的实际应用和未来发展趋势。书中关于超导材料在微波滤波器、射频器件、高灵敏度探测器等领域的应用案例分析，让我看到了超导技术如何突破传统电子器件的瓶颈，实现性能上的飞跃。我特别欣赏书中对不同应用场景下超导材料选择、器件设计以及优化策略的详细阐述，这些内容对于希望将超导技术转化为实际产品的工程师来说，无疑是宝贵的实践指导。此外，书中对超导量子计算、超导磁体在核磁共振成像（MRI）和粒子加速器等方面的未来潜力进行了深入的探讨，这为我们描绘了一个更加广阔的技术蓝图，激发了我对未来电子技术发展方向的深度思考。总而言之，这是一本兼具理论深度和应用广度的佳作，对于想要深入了解超导电子技术及其应用的从业者来说，绝对值得入手。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我之前对超导电子技术的理解非常片面，觉得它离我们的生活非常遥远，更多的是存在于实验室或者是一些高度专业的领域。但是，《超导电子技术及其应用》这本书彻底颠覆了我的看法。官伯然老师以一种非常接地气的方式，阐述了超导技术如何影响我们日常生活的方方面面，尽管有些应用目前还处于研发阶段，但其潜力是巨大的。书中对超导技术在能源输送、交通运输（比如磁悬浮列车）以及医疗诊断（如MRI）等领域的详细介绍，让我看到了科技如何一步步改变世界。即使是我这样非专业背景的读者，也能通过书中清晰的图示和通俗易懂的语言，理解这些复杂的技术是如何运作的。让我印象深刻的是，书中不仅介绍了技术的原理，还分析了这些技术在推广过程中可能遇到的挑战，比如成本、技术成熟度等，这让整个叙述更加全面和客观。这本书让我对未来科技的发展充满了期待，也让我看到了超导技术正在悄然改变我们世界的巨大力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名是《超导电子技术及其应用》，作者是官伯然，出版社是科学出版社，书号是9787030257383。 这次翻阅了官伯然老师的《超导电子技术及其应用》，尽管我只是一个对超导领域有着强烈好奇心的门外汉，但这本书给我带来的震撼和启发却是实实在在的。在阅读之前，我对于“超导”这个概念，最多停留在科幻小说里那些不切实际的想象，比如悬浮列车、无损耗输电这些似乎遥不可及的科技。然而，这本书却像一位耐心而渊博的向导，一点点地揭开了超导世界的神秘面纱。它并没有一开始就抛出大量晦涩难懂的公式和理论，而是从超导现象的发现、基础的量子力学原理出发，循序渐进地引导读者理解超导的本质。尤其让我印象深刻的是，书中对于不同类型超导材料的介绍，从传统的低温超导体到后来发现的高温超导体，每一次的突破都伴随着作者细致的梳理和对背后科学逻辑的深入浅出解读。特别是对于一些关键的实验和理论模型的阐释，虽然我无法完全消化其所有细节，但通过书中丰富的插图和形象的比喻，我大致能勾勒出科学家们是如何一步步逼近超导真相的。这本书让我真切地感受到，科学的进步并非一蹴而就，而是无数次探索、试错和灵感的结晶。