约瑟夫森效应原理和应用PDF电子书下载

第一章 弱超导电性———唯象概貌 1

1.1 宏观量子系统 1

1.2 耦合超导体 2

1.3 单电子隧道 3

1.4 约瑟夫森方程 6

1.5 磁场效应 10

1.6 势垒的自由能 13

1.7 约瑟夫森结的电动力学 14

1.8 其它约瑟夫森结构 16

2.1 隧道哈密顿的表述 18

第二章 微观理论 18

2.2 总电流的普遍表达式 21

2.2.1 在时间域中的总电流表达式 22

2.2.2 在频率域中的总电流表达式 23

2.3 恒电压时的隧道电流 24

2.4 Iqp、Iqp、IJ1和IJ2的表达式 25

2.4.1 准粒子项Iqp、Iqp1 25

2.4.2 位相相关项IJ1和IJ2 27

2.5 在B.C.S近似中的隧道电流 28

2.6 “COS?”项问题 32

3.2 B.C.S近似 35

3.1 V=0时的约瑟夫森电流 35

第三章 临界电流的幅值和对温度的依赖关系 35

3.3 强耦合效应 40

3.4 顺磁杂质效应 42

3.5 测量技术 46

第四章 磁场中的“小”结 49

4.1 约瑟夫森穿透深度 49

4.2 小结 50

4.3 均匀隧道电流分布 52

4.3.1 矩形结 52

4.3.2 圆形结 54

4.3.3 任意取向的磁场 55

4.4 非均匀隧道电流密度 57

4.4.1 各种电流密度分布 57

4.4.2 结构涨落 65

第五章 大结——静态自场效应 70

5.1 近似分析 70

5.2 Owen和Scalapino的分析 73

5.3 结的几何形状的影响 82

第六章 电压-电流(V-I)特性 89

6.1 各种弱连接的V-I曲线 89

6.2 电阻分路结模型:自控情形 89

6.2.1 力学模型 90

6.2.2 小电容极限(βJ》1) 92

6.2.3 相平面分析 94

6.2.4 有限电容时的直流V-I特性 96

6.3 电流偏置隧道结 99

6.3.1 绝热近似 100

6.3.2 普遍情形 101

6.4 热涨落效应 104

6.4.1 可忽略的电容 107

6.4.2 有限电容 112

6.4.3 大电容 114

6.4.4 其它噪声的考虑 115

7.1.1 邻近效应 118

第七章 其它超导弱连接结构 118

7.1 金属势垒结 118

7.1.2 S-N-S结 120

7.1.3 S-I-N-S结构 122

7.2 半导体势垒结 124

7.2.1 名种半导体材料的势垒层 124

7.2.2 光敏半导体势垒结 126

7.3 桥型结 130

7.3.1 静态行为 133

7.3.2 V-I特性 136

7.3.3 对载电压态的解释 139

7.3.4 非平衡超导电性概貌 142

7.4 点接触弱连接 144

第八章 器件制作技术 146

8.1 约瑟夫森隧道结 146

8.2 结电极 146

8.2.1 软金属 146

8.2.2 软金属合金 147

8.2.3 硬材料(过渡金属) 148

8.3 氧化物势垒 151

8.3.1 热氧化 151

8.3.2 直流辉光放电 153

8.3.3 射频辉光放电 154

8.4 结的图形加工 155

8.4.1 金属掩模 155

8.4.2 光刻图术 155

8.4.3 剥离技术 157

8.4.4 电子束刻图术 159

8.4.5 X射线刻图术 160

8.5 制备氧化物势垒结的简单方法 161

8.5.1 用蒸发制作的结 161

8.5.2 基电极用溅射制作的结 162

8.5.3 其它氧化物势垒结构 163

8.6 半导体势垒 163

8.6.2 光敏势垒 164

8.6.1 各种半导体材料 164

8.6.3 单晶势垒结 167

8.7 桥型弱连接 168

8.8 点接触结构 171

第九章 隧道结构中的谐振模 173

9.1 视作传输线的约瑟夫森结 173

9.2 低Q结的谐振模 175

9.3 无限长结 182

9.4 非均匀电流密度分布 184

9.5 高Q约瑟夫森结的谐振模 187

10.1 正弦戈登方程 193

第十章 磁通子动力学 193

10.1.1 行波解 194

10.1.2 能量函数 195

10.2 矩形结中的非线性驻波 198

10.3 损耗和偏置效应 200

10.4 零场台阶 203

10.5 磁通子动力学的微扰分析 204

10.5.1 单磁通子动力学 204

10.5.2 磁通子-反磁通子湮灭 207

10.6 磁通流动对直流V-I特性的影响 208

10.7 二维结 210

第十一章 约瑟夫森效应的高频性质及应用 212

11.1 简单电压源模型 212

11.1.1 微波感生台阶 212

11.1.2 涨落对感生电压台阶的影响 215

11.2 在外加微波辐射中的隧道结 215

11.2.1 “利德”峰 215

11.2.2 有限尺寸效应 221

11.3 电流源模型 222

11.4 微波辐射的发射 224

11.5.1 宽带检测器 231

11.5 辐射的检测 231

11.5.2 窄带检测器 235

11.6 参量放大 240

11.6.1 含有外泵约瑟夫森元件的参量放大器 241

11.6.2 内泵式参量放大器 250

11.7 2e／h的测量和电压标准 250

第十二章 超导环中的约瑟夫森结 257

12.1 类磁通量子化 257

12.2 具有一个结的超导环 260

12.2.1 亚稳态 261

12.2.2 外加磁场 262

12.2.3 βe＞l时的磁通跃迁动力学 265

12.3.1 零电感情形 268

12.3 超导干涉仪 268

12.3.2 亚稳态 271

12.3.3 非对称双结构型 272

第十三章 超导量子干涉器:理论和应用 278

13.1 射频超导量子干涉器 278

13.1.1 参量电感效应 278

13.1.2 按色散模式工作的rf.SQUID 281

13.1.3 按耗散模式(β0＞1)工作的rf.SQUID 289

13.2 直流超导量子干涉器 293

13.3 噪声和最大灵敏度 298

13.3.1 射频超导磁强计 299

13.3.2 直流超导磁强计 301

13.3.3 实际器件的极限灵敏度 302

13.4 实际的超导传感器结构 303

13.4.1 单弱连接器件 303

13.4.2 双弱连接结构 307

13.5 测量技术 309

13.5.1 磁通锁定电路 309

13.5.2 超导变换器 311

13.6 电阻式超导量子干涉器 312

13.6.1 有直流偏置存在时的电阻环器件 313

13.6.2 有射频偏置存在时的电阻环器件 314

13.7 应用 316

13.7.1 电流、电压和电阻的测量 317

13.7.2 磁化率的测量 319

13.7.3 医学应用 321

13.7.4 大地磁测 325

第十四章 计算机元件 326

14.1 冷子管 326

14.2 Matisoo的实验 328

14.2.1 隧道冷子管 328

14.2.2 触发电路 331

14.3 操作时间 332

14.4 不同的开关模式 334

14.5 干涉开关器件 336

14.6.1 触发式存储器 337

14.6 存储单元 337

14.6.2 单磁通量子存储器件 338

14.7 约瑟夫森逻辑和存储电路举例 341

14.8 系统的性能和要求 344

14.9 结论和展望 347

附录 348

单位制 348

A.1 关于单位制的说明 348

A.2 换算表 348

参考文献 351

索引 399