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量子计量学导论 : 修订的SI和量子标准(第2版)

量子计量学导论 : 修订的SI和量子标准(第2版)

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  • ISBN:9787515919652
  • 装帧:平装-胶订
  • 版次:暂无
  • 册数:暂无
  • 重量:暂无
  • 印刷次数:暂无
  • 开本:16开
  • 页数:暂无
  • 出版时间:2018-01-01
  • 条形码:9787515919652 ; 978-7-5159-1965-2

本书特色

量子计量学始于20世纪后半叶,的国际单位制(SI)中7个基本物理量全部基于量子技术。本书系统介绍了SI演变和量子计量学的发展,从概述量子计量学的理论基础开始,介绍了基于自然常数的新SI发展过程,描述了基于量子技术的电压、电阻、频率、长度和质量标准的理论和实际复现方法,介绍了纳米结构中的电导和热导量子化研究进展,也对应用量子效应的扫描探针显微镜、超导量子干涉器件(SQUID)及噪声温度测量、电子泵和旋转栅等电子元件,以及电流标准和电容标准、卫星导航系统发展进行了阐述。
本书原著由波兰波兹南理工大学电子学教授瓦尔德马尔•诺罗基博士编写。本书可供计量院和高科技领域工业实验室等计量实验室人员参考,也可作为电气工程、机械工程和化学专业学生的计量学教材。

目录

目 录 第1章 量子计量学理论基础 ????????????????????????? 1 1?1 简介 ???????????????????????????????? 1 1?2 薛定谔方程和泡利不相容原理 ????????????????????? 2 1?3 海森堡不确定性原理 ????????????????????????? 4 1?4 测量分辨力极限 ??????????????????????????? 6 参考文献 ????????????????????????????????? 8 第2章 度量、标准和单位制 ????????????????????????? 9 2?1 计量体系的历史 ??????????????????????????? 9 2?2 1960年的国际单位制 (SI)?????????????????????? 12 2?3 长度的计量和标准 ?????????????????????????? 14 2?4 质量的计量和标准 ?????????????????????????? 17 2?5 时钟和时间的计量 ?????????????????????????? 19 2?6 温标 ???????????????????????????????? 23 2?7 电学量的标准 ???????????????????????????? 27 参考文献 ???????????????????????????????? 30 第3章 新的单位制———2018年的国际单位制 ????????????????? 31 3?1 向新单位制发展 ??????????????????????????? 31 3?2 用于SI的基本物理常数 ??????????????????????? 33 3?3 千克、安培、开尔文和摩尔的新定义提案 ???????????????? 35 3?3?1 千克的新定义提案 ???????????????????????? 35 3?3?2 安培的新定义提案 ???????????????????????? 36 3?3?3 开尔文的新定义提案 ??????????????????????? 37 3?3?4 摩尔的新定义提案 ???????????????????????? 38 3?4 2018年的SI ???????????????????????????? 39 3?4?1 定义 ?????????????????????????????? 39 3?4?2 单位 ?????????????????????????????? 40 3?4?3 有关2018年SI的讨论 ?????????????????????? 42 目 录 ?Ⅵ? 3?5 在SI中安培和其他电学单位定义的实际复现 ?????????????? 44 3?5?1 简介 ?????????????????????????????? 44 3?5?2 安培的实际复现 ????????????????????????? 44 3?5?3 SI电学导出单位的实际复现???????????????????? 45 3?5?4 磁导率μ0 及相关量 ??????????????????????? 47 3?6 SI千克定义的实际复现???????????????????????? 47 3?6?1 千克的定义 ??????????????????????????? 47 3?6?2 通过比较电功率和机械功率来实际复现千克 ????????????? 48 3?6?3 用 X射线单晶硅密度法实际复现千克???????????????? 49 3?7 SI开尔文定义的实际复现??????????????????????? 50 3?7?1 开尔文的定义 ?????????????????????????? 50 3?7?2 通过原级测温实际复现开尔文 ??????????????????? 51 3?7?3 声学气体测温 ?????????????????????????? 52 3?7?4 辐射测温 (1235K 及以上) ??????????????????? 52 3?7?5 极化气体测温 ?????????????????????????? 52 3?8 SI摩尔定义的实际复现???????????????????????? 54 3?8?1 摩尔的定义 ??????????????????????????? 54 3?8?2 以小不确定度实际复现摩尔定义 ????????????????? 55 3?9 量子计量三角形和金字塔 ??????????????????????? 57 参考文献 ???????????????????????????????? 62 第4章 量子电压标准 ??????????????????????????? 64 4?1 超导 ???????????????????????????????? 64 4?1?1 超导材料 ???????????????????????????? 64 4?1?2 超导理论 ???????????????????????????? 66 4?1?3 超导体的特性 ?????????????????????????? 66 4?2 约瑟夫森效应 ???????????????????????????? 68 4?3 约瑟夫森结 ????????????????????????????? 71 4?4 电压标准 ?????????????????????????????? 74 4?4?1 基于惠斯顿电池的电压标准 ???????????????????? 74 4?4?2 直流电压约瑟夫森标准 ?????????????????????? 75 4?4?3 交流电压约瑟夫森标准 ?????????????????????? 77 4?4?4 华沙中央计量局 (GUM)的电压标准 ??????????????? 80 4?4?5 GUM 标准和 BIPM 标准的比对 ?????????????????? 82 4?4?6 精密比较仪电路 ????????????????????????? 83 量子计量学导论———修订的SI和量子标准 (第2版) ?Ⅶ? 4?5 超导数字电路 ???????????????????????????? 84 4?5?1 半导体数字电路的未来发展 ???????????????????? 84 4?5?2 具有约瑟夫森结的数字电路 ???????????????????? 84 4?6 约瑟夫森结的其他应用 ???????????????????????? 87 4?6?1 压频转换器 ??????????????????????????? 87 4?6?2 太赫兹辐射源 ?????????????????????????? 88 参考文献 ???????????????????????????????? 89 第5章 SQUID磁通检测器 ????????????????????????? 91 5?1 磁通的量子化 ???????????????????????????? 91 5?2 RF SQUID ???????????????????????????? 94 5?2?1 RF SQUID等式 ???????????????????????? 94 5?2?2 RF SQUID测量系统 ?????????????????????? 95 5?3 DC SQUID ???????????????????????????? 97 5?3?1 DC SQUID等式 ???????????????????????? 97 5?3?2 DC SQUID的能量分辨力和噪声 ???????????????? 102 5?3?3 DC SQUID的参数 ?????????????????????? 104 5?4 DC SQUID测量系统 ??????????????????????? 105 5?4?1 测量系统的运行 ???????????????????????? 105 5?4?2 输入回路 ??????????????????????????? 106 5?4?3 双SQUID测量系统??????????????????????? 108 5?4?4 附加正反馈的SQUID测量系统?????????????????? 109 5?4?5 数字SQUID测量系统?????????????????????? 110 5?5 纳米SQUID ???????????????????????????? 111 5?5?1 磁信号和干扰 ????????????????????????? 113 5?5?2 生物磁研究 ?????????????????????????? 114 5?5?3 材料的无损检测 ???????????????????????? 117 5?6 SQUID噪声测温 ?????????????????????????? 118 5?6?1 R SQUID噪声温度计 ????????????????????? 118 5?6?2 DC SQUID噪声温度计 ???????????????????? 121 5?6?3 SQUID的其他应用 ??????????????????????? 122 参考文献 ???????????????????????????????? 124 第6章 量子霍尔效应和电阻基准 ?????????????????????? 127 6?1 霍尔效应 ????????????????????????????? 127 6?2 量子霍尔效应 ??????????????????????????? 128 目 录 ?Ⅷ? 6?2?1 二维电子气电子器件 ?????????????????????? 128 6?2?2 量子霍尔效应的物理基础 ???????????????????? 129 6?2?3 QHE样品 ??????????????????????????? 131 6?2?4 石墨烯中的量子霍尔效应 ???????????????????? 133 6?3 华沙中央计量局 (GUM)的传统电阻标准的测量装置 ?????????? 134 6?4 量子标准测量系统 ????????????????????????? 138 6?5 SI电阻的量子标准 ????????????????????????? 140 参考文献 ???????????????????????????????? 142 第7章 纳米结构中电导和热导的量子化 ??????????????????? 143 7?1 电导理论 ????????????????????????????? 143 7?2 宏观和纳米尺度结构 ???????????????????????? 146 7?3 纳米结构电导量子化的研究 ????????????????????? 148 7?3?1 纳米结构的形成 ???????????????????????? 148 7?3?2 动态形成纳米线的测量 ????????????????????? 149 7?4 用电导量子化测量纳米结构的几何尺寸 ???????????????? 151 7?4?1 方法 ????????????????????????????? 151 7?4?2 技术条件 ??????????????????????????? 151 7?5 纳米结构热导量子化 ???????????????????????? 152 7?6 纳米结构电导量子化对科技的影响 ?????????????????? 153 参考文献 ???????????????????????????????? 156 第8章 单电子隧穿 ???????????????????????????? 158 8?1 电子隧穿 ????????????????????????????? 158 8?1?1 隧穿现象 ??????????????????????????? 158 8?1?2 单电子隧穿理论 ???????????????????????? 159 8?2 SET 结电子电路 ?????????????????????????? 160 8?2?1 SETT 晶体管 ????????????????????????? 160 8?2?2 电子泵和旋转栅器件 ?????????????????????? 161 8?3 利用电子泵的量子电流标准 ????????????????????? 163 8?4 基于电子计数的电容标准 ?????????????????????? 164 8?5 库伦阻塞温度计 ?????????????????????????? 165 参考文献 ???????????????????????????????? 168 第9章 原子钟和时间尺度 ????????????????????????? 169 9?1 理论原理 ????????????????????????????? 169 9?1?1 简介 ????????????????????????????? 169 量子计量学导论———修订的SI和量子标准 (第2版) ?Ⅸ? 9?1?2 艾伦方差 ??????????????????????????? 171 9?1?3 原子标准的结构和类型 ????????????????????? 173 9?2 铯原子频率标准 ?????????????????????????? 174 9?2?1 铯束频率标准 ????????????????????????? 174 9?2?2 铯喷泉频率标准 ???????????????????????? 177 9?3 氢脉泽和铷频率标准 ???????????????????????? 178 9?3?1 氢脉泽频率标准 ???????????????????????? 178 9?3?2 铷频率标准 ?????????????????????????? 180 9?3?3 原子频标参数 ????????????????????????? 181 9?4 光学辐射频率标准 ????????????????????????? 181 9?4?1 光学辐射源 ?????????????????????????? 181 9?4?2 光学频率梳 ?????????????????????????? 183 9?5 时间尺度 ????????????????????????????? 185 9?6 波兰国家时间和频率标准 ?????????????????????? 187 参考文献 ???????????????????????????????? 189 第10章 长度标准和测量 ????????????????????????? 190 10?1 简介 ??????????????????????????????? 190 10?2 米定义的复现 ??????????????????????????? 191 10?2?1 CIPM 建议的米的复现 ????????????????????? 191 10?2?2 CIPM 建议的长度测量 ????????????????????? 194 10?3 碘稳频633nm 氦氖激光器 ????????????????????? 196 参考文献 ???????????????????????????????? 199 第11章 卫星导航系统 ?????????????????????????? 200 11?1 简介 ??????????????????????????????? 200 11?2 全球定位系统 (GPS) ??????????????????????? 202 11?3 GLONASS与北斗卫星导航系统 ??????????????????? 204 11?3?1 GLONASS卫星导航系统 ???????????????????? 204 11?3?2 北斗卫星导航系统 ??????????????????????? 205 11?4 伽利略卫星导航系统 ???????????????????????? 206 11?5 区域卫星导航系统:印度 NAVIC和日本 QZSS ???????????? 207 11?6 定位精度 ????????????????????????????? 208 11?7 导航卫星系统的应用 ???????????????????????? 211 11?7?1 导航 ????????????????????????????? 211 11?7?2 定位 ????????????????????????????? 212 目 录 ?Ⅹ? 11?7?3 授时 ????????????????????????????? 214 11?7?4 搜索与救援 ?????????????????????????? 215 参考文献 ???????????????????????????????? 216 第12章 扫描探针显微镜 ????????????????????????? 217 12?1 原子分辨显微镜 ?????????????????????????? 217 12?1?1 扫描探针显微镜的工作原理 ??????????????????? 217 12?1?2 SPM 近场相互作用的类型 ??????????????????? 218 12?1?3 SPM 基本参数 ???????????????????????? 218 12?2 扫描隧道显微镜 ?????????????????????????? 219 12?3 原子力显微镜 ??????????????????????????? 222 12?3?1 原子力 ???????????????????????????? 222 12?3?2 原子力显微镜性能 ??????????????????????? 223 12?3?3 显微镜悬臂梁挠曲的测量 ???????????????????? 223 12?3?4 测量悬臂梁共振的原子力显微镜 ????????????????? 225 12?4 静电力显微镜 ??????????????????????????? 226 12?5 扫描热显微镜 ??????????????????????????? 227 12?6 扫描近场光学显微镜 ???????????????????????? 229 12?7 扫描探针显微术的发展机遇 ????????????????????? 230 参考文献 ???????????????????????????????? 232 第13章 新质量标准 ??????????????????????????? 233 13?1 简介 ??????????????????????????????? 233 13?2 基于普朗克常数的质量标准 ????????????????????? 237 13?2?1 功率天平标准 ????????????????????????? 237 13?2?2 悬浮标准和静电标准 ?????????????????????? 240 13?3 硅球标准 ????????????????????????????? 240 13?3?1 参考质量与阿伏加德罗常数 ??????????????????? 240 13?3?2 硅晶胞体积的测量 ??????????????????????? 242 13?3?3 硅球体积的测量 ???????????????????????? 243 13?4 离子累积标准 ??????????????????????????? 244 参考文献 ???????????????????????????????? 246
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