高溫超導前沿技術(應用篇)/集成電路科學與技術叢書

作者：編者:(日)日本應用物理學會超導分會|責編:楊源|譯者:朱光耀
出版社：機械工業
ISBN：9787111753322

出版日期：2024/06/01
裝幀：平裝
頁數：346

人民幣：RMB 139 元售價：元

內容大鋼

本書著眼于高溫超導材料開發，嘗試著闡述了包括鐵基超導體在內的高溫超導體的晶體生長研究和技術。全書共分17章，分別是結晶生長（一般理論）、鐵基超導體的薄膜製備、MgB2薄膜的製備、Nb、NbN薄膜與器件製作、Bi-2223線材、REBCO線材、低溫超導線材、Bi-2212線材、MgB2線材、鐵基線材、氧化物約瑟夫森結、本征約瑟夫森結、輸電電纜、高溫超導磁體、微波無源器件、磁感測器（SQUID超導量子干涉器）、太赫茲信號接收機、光子探測器、數字集成電路、量子電腦。
本書適合從事物理相關工作的同行，特別是初學者，以及廣大相關院校師生閱讀參考。

作者介紹

編者:(日)日本應用物理學會超導分會|責編:楊源|譯者:朱光耀
朱光耀，畢業於南京大學微電子與固體電子學專業，博士學位。目前在南京郵電大學電子與光學工程學院，從事基礎教學工作。

前言
第1部分  製備
  第1章  結晶生長（一般理論）
    1.1  前言
    1.2  高溫超導體的特徵與結晶生長
      1.2.1  高溫超導體的化學和構造特徵
      1.2.2  高溫超導體不可缺少的晶體生長技術
    1.3  高溫超導體單晶的生長方法
      1.3.1  分解熔融法難以獲得優質單晶
      1.3.2  助熔劑（Flux）法生長單晶
      1.3.3  懸浮區熔法（FZ法）生長高溫超導單晶
      1.3.4  助熔劑旋轉提拉法生長RE123單晶
    1.4  高溫超導單晶特性對材料開發的啟發
      1.4.1  RE123單晶品質控制與臨界電流特性
      1.4.2  Bi2212單晶品質控制與臨界電流特性
      1.4.3  La（Sr）214單晶的情況
    1.5  晶體生長技術與高溫超導體的開發
      1.5.1  RE123熔融凝固塊材
      1.5.2  其他高溫超導材料相關的晶體生長技術
    1.6  鐵基超導體的新一代超導體單晶生長技術
    1.7  總結
    參考文獻
  第2章  鐵基超導體的薄膜製備
    2.1  前言
    2.2  鐵基超導體的薄膜製備
      2.2.1  分子束外延MBE法
      2.2.2  脈衝激光沉積（PLD）法
      2.2.3  襯底與生長模式
    2.3  Ln-1111系超導薄膜
      2.3.1  PLD法的初期嘗試
      2.3.2  MBE法的初期嘗試
      2.3.3  LnFeAs（O，F）薄膜製備概論
      2.3.4  Ln-1111薄膜製備（1）：兩步法
      2.3.5  Ln-1111薄膜製備（2）：氟元素從襯底擴散
      2.3.6  Ln-1111薄膜製備（3）：一步法
      2.3.7  MOCVD法製備Ln-1111薄膜
    2.4  Ae-122系超導薄膜
      2.4.1  （Sr，K）Fe2As2、（Ba，K）Fe2As2薄膜
      2.4.2  BaFe2（As，P）2薄膜
      2.4.3  Ba（Fe1-xCox）2As2薄膜
      2.4.4  122系薄膜的研究熱點
    2.5  FeCh系薄膜生長
      2.5.1  PLD法生長FeSe、Fe（Se，Te）、FeTe薄膜的最初嘗試
      2.5.2  對襯底的依賴性
      2.5.3  通過亞穩超導相提高Fe（Se，Te）薄膜的Tc
      2.5.4  單原子層FeSe薄膜
      2.5.5  FeSe超薄膜的場效應
    2.6  總結
    參考文獻
  第3章  MgB2薄膜的製備

    3.1  前言
    3.2  MgB2的材料科學
      3.2.1  晶體結構與相圖
      3.2.2  薄膜製備相關的熱力學反應速率理論考察
    3.3  MgB2薄膜製備
      3.3.1  兩步法
      3.3.2  低溫原位成膜法
      3.3.3  高溫原位成膜
      3.3.4  襯底與緩衝層
    3.4  MgB2超導體
    3.5  MgB2超導結的研究
      3.5.1  超導結的初期研究
      3.5.2  SIS結
    3.6  總結
    參考文獻
  第4章  Nb、NbN薄膜與器件製作
    4.1  前言
    4.2  Nb基超導體集成電路技術
      4.2.1  前言
      4.2.2  超導體集成電路的器件構造與製造工藝
      4.2.3  成膜裝置對Nb薄膜質量的影響
      4.2.4  Nb/Al-AlOx/Nb結對薄膜質量的影響
      4.2.5  接觸孔中的薄膜質量與臨界電流密度Jc
    4.3  NbN超導薄膜·器件技術
      4.3.1  前言
      4.3.2  NbN薄膜的製備
      4.3.3  約瑟夫森結的製備
      4.3.4  超導納米線單光子檢測器
    4.4  總結
    參考文獻
  第5章  Bi-2223線材
    5.1  前言
    5.2  Bi基超導導線的製法
    5.3  電磁特性與微細組織
      5.3.1  臨界電流特性
      5.3.2  載流子的摻雜
      5.3.3  微細組織與晶界
      5.3.4  磁場中的臨界電流特性
    5.4  面向實用化的超導線材的機械性質與高強度化
      5.4.1  氧化物彌散強化銀合金的效果
      5.4.2  加壓燒結提高組織緻密度
      5.4.3  層疊增強材料提高材料強度
      5.4.4  層疊增強材料的加強效果
    5.5  不同包套材料的熱性能變化
    5.6  總結
    參考文獻
  第6章  REBCO線材
    6.1  前言
    6.2  REBCO線材的構成與製法的進展
      6.2.1  REBCO超導材料晶界的性質與雙軸織構

      6.2.2  超電導層各種製法及其特徵
      6.2.3  長尺度均勻性與生產效率的提高
    6.3  超導特性的提高
      6.3.1  REBCO薄膜的本征特性
      6.3.2  人工釘扎中心的引入
      6.3.3  引入人工釘扎中心的線材的高速合成
    6.4  機械特性
      6.4.1  軸向拉伸特性與不可逆強度特性
      6.4.2  剝離方向（厚度方向）拉伸強度與繞線線圈
    6.5  細絲化與堆疊導體技術
      6.5.1  REBCO超導線材細絲化與堆疊化的要求
      6.5.2  REBCO線材細絲化技術
      6.5.3  REBCO線材堆疊導體技術
    6.6  總結
    參考文獻
  第7章  低溫超導線材、Bi-2212線材、MgB2線材、鐵基線材
    7.1  前言
    7.2  低溫超導線材
      7.2.1  Nb-Ti線材
      7.2.2  Nb3Sn線材
    7.3  Bi-2212線材
    7.4  MgB2線材
    7.5  鐵基線材
    7.6  總結
    參考文獻
  第8章  氧化物約瑟夫森結
    8.1  前言
    8.2  高溫超導結合的種類
    8.3  研究開發的進展
    8.4  結合製備技術中的課題及其控制方法
      8.4.1  超導薄膜製備技術
      8.4.2  微細加工技術
      8.4.3  材料選擇（基板、超導體、絕緣體）
    8.5  利用低溫液氮的實用結合技術
      8.5.1  雙結晶型結
      8.5.2  台階邊緣型結
      8.5.3  斜坡邊緣型結
    8.6  總結
    致謝
    參考文獻
  第9章  本征約瑟夫森結
    9.1  前言
    9.2  本征約瑟夫森結的製備
    9.3  本征約瑟夫森結的基本特性
      9.3.1  電流-電壓特性
      9.3.2  本征約瑟夫森結最大結電流與准粒子隧穿電流
      9.3.3  本征約瑟夫森結的效果
      9.3.4  約瑟夫森結等離子體集體振蕩
      9.3.5  聲子共振
    9.4  渦流動力學

    9.5  本征約瑟夫森結髮出的太赫茲波
    9.6  用於量子比特的本征約瑟夫森結
    9.7  總結
    參考文獻
第2部分  應用
  第10章  輸電電纜
    10.1  前言
    10.2  超導輸電電纜的開發歷史
    10.3  超導輸電電纜系統的構成
    10.4  超導電纜芯
      10.4.1  超導電纜芯的構造
      10.4.2  超導電纜芯的設計
    10.5  超導電纜的末端（電流引線）
    10.6  電纜間的連接部分
    10.7  冷卻系統
    10.8  超導電纜絕熱管
      10.8.1  絕熱管中的熱侵入與壓力損失
      10.8.2  絕熱管的設計
    10.9  超導電纜的實例：石狩市超導直流輸電驗證實驗
      10.9.1  石狩市項目概要
      10.9.2  系統構成
      10.9.3  初始冷卻試驗
      10.9.4  循環冷卻試驗
    參考文獻
  第11章  高溫超導磁體
    11.1  前言
    11.2  實用化的超導線材
    11.3  超導線材的特性
      11.3.1  臨界面與臨界電流密度
      11.3.2  應力、形變下的臨界電流密度
    11.4  超導磁體基礎知識
      11.4.1  磁體的設計與負荷率
      11.4.2  磁體內的電磁力
      11.4.3  穩定性與保護
      11.4.4  交流損失
      11.4.5  屏蔽電流
    11.5  高溫超導磁體的實際進展
    11.6  總結
    參考文獻
  第12章  微波無源器件
    12.1  前言
    12.2  高頻信號傳輸線路
      12.2.1  微波傳輸帶
      12.2.2  共面傳輸線
      12.2.3  傳輸線損失：表面阻抗的定義與測定方法
      12.2.4  表面阻抗的測定方法
    12.3  超導微波器件的實例
      12.3.1  超導帶通濾波器的種類和形狀
      12.3.2  手機基站與超導帶通濾波器
      12.3.3  為射電望遠鏡除去城市雜訊

      12.3.4  用於氣象雷達的超導帶通濾波器
      12.3.5  令人期待的超導帶通濾波器的實用化
    12.4  除濾波器以外有希望的超導微波器件
      12.4.1  超導NMR檢測探頭
      12.4.2  太赫茲波檢測感測器MKID
    12.5  總結
    參考文獻
  第13章  磁感測器（SQUID超導量子干涉器）
    13.1  前言
    13.2  SQUID磁感測器
      13.2.1  SQUID的原理
      13.2.2  磁感測器的構造
      13.2.3  梯度計
      13.2.4  SQUID的驅動電路
      13.2.5  磁場檢測靈敏度
    13.3  SQUID應用測量
      13.3.1  醫療生化應用
      13.3.2  地質海洋探測
      13.3.3  材料性能評價
      13.3.4  精密測量
    13.4  總結
    參考文獻
  第14章  太赫茲信號接收機
    14.1  前言
    14.2  電磁波檢測技術
      14.2.1  直接檢測法
      14.2.2  外差檢測法
    14.3  阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列天文干涉儀（ALMA）
      14.3.1  ALMA概況
      14.3.2  ALMA接收機系統
      14.3.3  Band10（太赫茲波段）接收機
    14.4  接收機性能提升及多功能化
      14.4.1  寬頻帶（IF/RF）SIS接收機
      14.4.2  多波段接收機及其他
    14.5  總結
    參考文獻
  第15章  光子探測器
    15.1  前言
    15.2  什麼是光子探測器
    15.3  超導帶狀光子探測器
      15.3.1  結構
      15.3.2  SSPD光子檢測模型
      15.3.3  SSPD的應用
    15.4  超導轉變邊緣探測器
      15.4.1  構造及原理
      15.4.2  TES的光子探測模型
      15.4.3  TES的應用
    15.5  運用其他超導現象的單光子探測器
    15.6  總結
    參考文獻

  第16章  數字集成電路
    16.1  前言
    16.2  半導體集成電路與超導集成電路
      16.2.1  半導體集成電路的研究課題
      16.2.2  超導體集成電路的發展目標
      16.2.3  超導體集成電路的應用領域
    16.3  超導數字集成電路的基礎
      16.3.1  各種約瑟夫森結的模型化
      16.3.2  磁通量子化與狀態反轉
      16.3.3  高速單磁通量子電路
      16.3.4  RSFQ集成電路的開發案例
    16.4  電路的低耗能化
    16.5  存儲器的開發動向
    16.6  總結
    參考文獻
  第17章  量子電腦
    17.1  前言
    17.2  超導量子電腦入門
      17.2.1  超導量子電腦概述
      17.2.2  超導量子電腦的特徵
      17.2.3  超導體中的狀態凝聚
      17.2.4  約瑟夫森結
      17.2.5  宏觀量子相干性
      17.2.6  超導量子比特的誕生
      17.2.7  超導量子比特的設計
      17.2.8  超導量子比特的製備
      17.2.9  超導量子比特的測定
    17.3  從超導量子比特到超導量子電腦
      17.3.1  DiVincenzo準則
      17.3.2  布洛赫球
      17.3.3  量子比特的操作
      17.3.4  量子比特的退相干
      17.3.5  量子比特的門操作
      17.3.6  電路量子電動力學
    17.4  超導量子電腦的研究開發動向
      17.4.1  量子退火電腦的商業化
      17.4.2  Xmon量子比特的登場
      17.4.3  理論量子比特的構建
      17.4.4  超導量子電腦硬體
      17.4.5  中規模量子電腦（NISQ）
    17.5  尾聲：課題與今後的展望
    參考文獻
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