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第1章 超导电性的表征 1

1.1零电阻态的发现 1

1.2零电阻态遇到的困难 2

1.3Meissner效应 6

1.3.1Meissner效应 6

1.3.2超导态的特殊磁性 6

1.4超导电性：ρ=0，B=0 8

1.4.1临界温度Tc 8

1.4.2临界磁场Hc 20

1.4.3临界电流密度jc 22

1.5超导态的实验观测 23

1.5.1零电阻率的上限 23

1.5.2Meissner效应的实验观察 25

1.6超导体特殊磁性的描述 28

第2章 超导体的热力学性质 31

2.1超导相变热力学 31

2.1.1二流体模型 31

2.1.2超导体的自由能和磁化功 32

2.1.3超导体的熵和相变潜热 34

2.1.4超导体的比热容 36

2.1.5晶格比热容和电子比热容 38

2.2超导相变的力学效应 39

2.3热导 43

2.3.1热导机制 44

2.3.2低温下正常金属的热导 44

2.3.3超导体的热导 45

2.4温差电效应 46

第3章 London理论 47

3.1在超导体中的电磁基本规律 47

3.2零电阻的结果 48

3.3London方程 50

3.4London方程的应用 53

3.4.1有限厚度的无限大超导板 53

3.4.2在磁场中的超导球 54

3.5穿透深度的测量 56

3.5.1颗粒的磁化率 57

3.5.2细长圆柱的磁化率 59

3.5.3测中空长圆柱内、外磁场法 60

3.5.4微波谐振法 60

3.5.5电感法 60

3.5.6对穿透深度测量结果的分析 61

3.6热力学理论得出的Hc（T），λ（T）关系和Δc 62

3.6.1Hc（T） 63

3.6.2Δc 64

3.6.3λ（T） 65

3.7London理论之成功与不足 67

第4章 Pippard理论 70

4.1相干（相关）长度 71

4.2反常趋肤效应 74

4.3Pippard非局域关系 77

4.3.1相干长度ξp很小的情况（ξp？λ） 79

4.3.2λ？ξp 79

4.3.3普遍情况 80

4.4Pippard理论之成功与不足 82

第5章 Ginzburg-Landau（GL）理论 84

5.1自由能和GL方程 85

5.2在磁场中GL方程的解 88

5.2.1Ha≈0的情况 88

5.2.2弱磁场情况 90

5.2.3κ？1时GL方程的解析解 93

5.3特征长度λ（T，Ha），ξ（T）和GL参量κ 94

5.3.1λ（T，Ha） 94

5.3.2ξ（T） 95

5.3.3GL参量κ 96

5.4两类超导体 97

5.5GL理论的适用范围 104

第6章 中间态与界面能 105

6.1在均匀磁场中超导椭球的磁性 105

6.2超导环的磁性 108

6.3Landau的中间态分层模型 114

6.3.1Landau不分支模型 114

6.3.2Landau分支模型 114

6.4中间态的实验观察 116

6.4.1Bi探针法 116

6.4.2缀饰法——Bitter图案技术 120

6.4.3磁光法 121

6.5中间态热力学 124

6.6界面能 127

6.6.1正界面能的提出 128

6.6.2正负界面能的起源 132

6.7横向磁场中超导线电阻的恢复 134

6.8中间态的磁矩 136

6.8.1在横向磁场中超导圆柱的磁化曲线 137

6.8.2在横向磁场中超导薄圆盘的磁化曲线 139

6.8.3在横向磁场中超导方薄板的磁化曲线 139

6.9过冷 141

6.9.1由于过冷而引起的滞后 141

6.9.2理论分析 141

6.9.3Faber实验 144

第7章 混合态 理想的第Ⅱ类超导体 146

7.1第Ⅱ类超导体的磁性上、下临界磁场Hc1和Hc2 146

7.2第Ⅱ类超导体的热力学性质 148

7.2.1热力学临界磁场Hc 148

7.2.2Hc1（T）和Hc2（T）处的相变是二级相变 150

7.3Meissner态与理想第Ⅱ类超导体的载流能力 153

7.4Hc1孤立磁通涡旋线 154

7.4.1磁通涡旋线 154

7.4.2London模型的孤立涡旋线Hc1 155

7.4.3GL理论的Hc1 159

7.5混合态结构 磁通涡旋线 164

7.5.1接近Hc1的混合态 164

7.5.2近邻涡旋线的相互作用 165

7.5.3接近Hc1的混合态磁化曲线 166

7.5.4磁通线与表面的相互作用 168

7.6Hc2 168

7.6.1强磁场中GL方程的解 168

7.6.2再论GL参量κ 170

7.7接近Hc2的磁通涡旋线结构Abrikosov理论 171

7.8在Hc1＜Ha＜Hc2中间区的磁化曲线和Ha（T）相图 179

7.8.1磁化曲线 179

7.8.2Ha（T）相图 180

7.9涡旋线结构的实验观测 181

7.9.1中子衍射 181

7.9.2核磁共振 182

7.9.3缀饰法 183

7.10κ＝1/？的特殊情况 185

7.11表面超导电性 186

7.11.1磁场和表面平行的情况 186

7.11.2其他情况 189

第8章 实用超导体 191

8.1磁通俘获和不可逆磁化 191

8.1.1俘获磁通的观测 191

8.1.2非理想第Ⅱ类超导体中的磁通俘获 192

8.2作用在涡旋线上的力 195

8.2.1Lorentz力 195

8.2.2镜像力 195

8.3钉扎力和钉扎中心 196

8.3.1钉扎力和钉扎中心 196

8.3.2元钉扎 198

8.3.3钉扎源 201

8.4Bean模型和临界态（T=0K） 203

8.5Kim-Anderson模型 206

8.5.1超导圆筒的磁化实验 206

8.5.2Kim-Anderson模型 207

8.5.3磁化曲线 208

8.6一般情况的磁化曲线 210

8.7有限温度下的磁通蠕动 临界态 212

8.7.1实验现象 212

8.7.2Anderson磁通蠕动理论 212

8.7.3高温超导热激活模型新论 215

第9章 小尺寸超导体 226

9.1小样品中的磁场分布 226

9.1.1London理论的小样品的解 226

9.1.2κ＜1／？的超导薄膜GL方程的解 227

9.1.3κ？1的高温超导膜GL方程的解 229

9.2超导薄膜的磁矩 230

9.2.1超导薄膜磁矩的实验结果 230

9.2.2London理论的磁矩 231

9.2.3κ＜1/？的GL理论的磁矩 232

9.2.4κ？1的高温超导体的GL理论的磁矩 234

9.3超导薄膜的临界磁场 235

9.3.1超导薄膜临界磁场的实验结果 235

9.3.2London理论的超导薄膜临界磁场 235

9.3.3κ＜1/？的GL理论的超导薄膜临界磁场 237

9.3.4κ？1的GL理论的超导薄膜临界磁场 237

9.4临界厚度dc 238

9.4.1膜中GL方程解的分析 239

9.4.2临界厚度的实验分析 243

9.5超导薄膜临界磁场的非局域效应 246

9.5.1Hcf～d的实验结果（Ⅰ） 246

9.5.2Hcf～d的实验结果（Ⅱ） 247

9.5.3London理论 248

9.5.4GL理论 249

9.5.5λ定义的适用性 252

9.5.6λ～d关系 252

9.6超导薄膜临界磁场的非线性非局域效应 253

9.6.1London和GL理论的非局域修正 253

9.6.2弱磁场非局域理论 257

9.6.3强磁场非局域理论 258

9.6.4理论与实验比较 超导薄膜临界磁场的非线性非局域效应 262

9.7GL理论对超导薄膜的适用性 264

9.7.1理论与实验的予盾 264

9.7.2在薄膜中局域条件的新判据 264

9.7.3GL理论不能用于描述常规晶态超导薄膜的原因 266

9.7.4所谓实验符合Hcf∞d-1的错误所在 266

9.7.5高温超导薄膜的临界磁场 267

9.7.6膜的界面条件 268

9.8垂直磁场中超导薄膜的电阻转变 270

9.8.1实验结果 270

9.8.2理论解释 275

第10章 超导体的输运性质 278

10.1超导体中流过的电流分布于表面 278

10.2从正常导体到超导体的输运电流 278

10.2.1厚度为2d的无限平板 278

10.2.2圆柱超导体 282

10.3临界电流Ic 282

10.3.1电流对超导电性的破坏Silsbee假设 282

10.3.2临界电流密度 287

10.3.3电流和外加磁场对超导电性的破坏 广义的Silsbee假设 287

10.4超导薄膜的临界电流 289

10.4.1Silsbee假设不适用London理论失效 289

10.4.2GL理论的HIc 290

10.4.3实验结果 293

10.5第Ⅱ类超导体的临界电流 294

10.5.1常规第Ⅱ类超导体的临界电流 295

10.5.2高温超导体的临界电流密度 301

10.5.3磁通蠕动对jc的影响 301

第11章 宏观量子化 302

11.1类磁通量守恒 303

11.2宏观量子化 305

11.3实验测量 306

11.3.1磁通量子化 306

11.3.2临界温度的周期变化Little-Parks实验 308

第12章 Bardeen-Cooper-Schrieffer（BCS）理论 311

12.1晶格结构在超导相变前后不变 311

12.2能隙 312

12.2.1比热容 312

12.2.2远红外吸收 313

12.3电-声子相互作用 314

12.3.1同位素效应 314

12.3.2电-声子相互作用的简单模型 315

12.3.3存在吸引相互作用时正常态的不稳定性 316

12.3.4吸引相互作用的来源 318

12.3.5屏蔽Coulomb作用 320

12.3.6造成电子间相互吸引的电-声子相互作用 320

12.4Cooper对 322

12.4.1Cooper对 322

12.4.2Cooper对的均方半径ρ 324

12.4.3对Tc和同位素效应的定性解释 325

12.5BCS基态能隙方程 325

12.5.1超导基态占据ε（p）态的几率 328

12.5.2Δ和E（p）的物理意义 329

12.5.3态密度 330

12.5.4Δ（0） 331

12.6BCSTc公式 332

12.7临界磁场和比热容 336

12.7.1Hc（T）～T 336

12.7.2ces 337

12.8BCS非局域非线性关系 339

12.9BCS理论的局限性 340

12.9.1与实验不符合的情况 340

12.9.2BCS理论模型之不足 340

第13章 正常电子隧道 342

13.1正常金属隧道 342

13.2超导体和正常导体之间的隧道 345

13.2.1超导隧道的发现 345

13.2.2正常金属—绝缘体—超导体的结 346

13.3超导体之间的隧道 348

13.3.1相同超导体之间的隧道 348

13.3.2不同能隙的超导体之间的隧道 349

13.4唯象理论 352

13.4.1N—I—S结 352

13.4.2S—I—S结 355

13.5Adkins模型 357

13.6非理想的行为 359

13.7双粒子隧道 360

13.8光子参与的隧道 364

13.9正常电子隧道效应的应用 370

13.9.1测量方法 370

13.9.2超导能隙的测量 超导能隙与温度的关系 371

13.9.3磁场对超导能隙的影响 374

13.9.4磁性杂质对超导电性的影响 374

13.9.5测量正常电子的寿命 376

13.9.6声子谱 376

13.9.7正常电子隧道效应在器件方面的应用 378

第14章 超导电子隧道 379

14.1Josephson方程 380

14.2弱连接超导体 385

14.3Josephson结的超导参数 389

14.3.1临界电流密度jc 389

14.3.2Josephson穿透深度λJ 391

14.3.3超导电子隧道的I～V曲线 392

14.4超导电子隧道与正常电子隧道 393

14.4.1从正常电子隧道到超导电子隧道过渡的实验结果 393

14.4.2Josephson隧道结的临界厚度 395

第15章 d.c.Josephson效应 399

15.1小结中超导宏观量子衍射现象 400

15.1.1矩形小结 400

15.1.2圆形小结 403

15.1.3任意取向磁场的矩形结 405

15.2非均匀电流密度的Josephson效应 406

15.2.1台阶状的电流密度分布 406

15.2.2单参量电流密度分布 410

15.2.3三角形分布的电流密度 413

15.3小尺寸结中的自场效应 414

15.3.1叠层隧道结中的自场 414

15.3.2交叉膜隧道结的自场效应 415

15.4涨落对Josephson效应的影响 419

15.5大结中的自场效应 422

15.5.1半无限大结的特解 423

15.5.2大结的一般解 423

15.5.3一维大尺寸结 427

15.6结的弱超导体行为 431

15.6.1势垒的自由能 431

15.6.2结中的磁场能 431

15.6.3结的Hc1 431

15.7论大结中理论与实验结果 433

第16章 a.c.Josephson效应 436

16.1a.c.Josephson效应 436

16.1.1a.c.Josephson效应 436

16.1.2a.c.Josephson效应的实验证明 437

16.2微波辐照下超导结的I～V曲线——微波感应台阶效应 438

16.3低Q结自激谐振的I～V曲线——自测效应 442

16.3.1隧道结中的电磁振荡模式 443

16.3.2低Q结的自测效应 444

16.4高Q结自激谐振的I～V曲线 455

16.4.1高QJosephson结的谐振模 455

16.4.2高Q腔受激谐振反馈作用于Josephson结的结果 462

第17章 Josephson效应的等效电路 472

17.1Josephson效应的等效电路 472

17.2恒压源模型下的I～V曲线 473

17.2.1在RSJ模型下 473

17.2.2SM模型下的特殊情况（V＝常数） 475

17.3在恒流源下RSJ模型的解析解 475

17.4在恒流源下对SM模型的分析 479

17.5RSJ模型下超导弱连接的电压-磁场关系 484

第18章 超导量子干涉 487

18.1双结超导量子干涉 487

18.1.1一般情况 487

18.1.2L＝0的情况 489

18.1.3L≠0的情况 490

18.2恒流源的I～V和V～Ha关系 491

18.2.1在RJS模型下电流源的I～V（Ha）关系 491

18.2.2恒流源下L≠0的情况 494

18.2.3恒流源下V～Ha关系的图解说明 494

18.3双结量子干涉的实验结果 496

18.3.1薄膜结的实验 496

18.3.2焊滴结的实验 497

18.3.3点接触的实验 498

18.3.4超导桥的实验 499

18.4单结超导环 500

18.4.1线性理论 500

18.4.2非线性理论 504

18.5单结超导环Josephson电流在一个磁通量子φ0内的多次振荡 505

18.6单结超导环量子干涉的实验结果 510

第19章 超导隧道效应的应用 512

19.1直流和射频超灵敏探测器 512

19.1.1磁强计（磁力仪）和磁场梯度计 512

19.1.2军用反潜水艇装置 515

19.1.3超导重力仪——预报地震 515

19.1.4磁强计在地质勘探中的应用 515

19.1.5探索层子（或夸克） 516

19.1.6在医学上的应用 517

19.1.7其他测磁的应用（宇航等） 517

19.1.8电压表和电流计 518

19.2高频超灵敏电磁探测器 518

19.2.1e/h的测量 519

19.2.2电压标准的监视 519

19.2.3亚毫米波发生器和探测器 520

19.2.4混频器 521

19.2.5Josephson结温度计 521

19.2.6超导计算机元件 521

第20章 高温超导体的电子相图及超导态电子配对的对称性 523

20.1电子相图 523

20.2赝能隙 525

20.3d波配对 526