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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=08

1.4.1临界温度Tc8

1.4.2临界磁场Hc20

1.4.3临界电流密度jc22

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Δc62

3.6.1Hc（T）63

3.6.2Δc64

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？ξp79

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κ94

5.3.1λ（T，Ha）94

5.3.2ξ（T）95

5.3.3GL参量κ96

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Hc2146

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Hc148

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Hc1155

7.4.3GL理论的Hc1159

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

7.6Hc2168

7.6.1强磁场中GL方程的解168

7.6.2再论GL参量κ170

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dc238

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Ic282

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HIc290

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ρ324

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）～T336

12.7.2ces337

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jc389

14.3.2Josephson穿透深度λJ391

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Hc1431

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