量子計(jì)量學(xué)導(dǎo)論：修訂的SI和量子標(biāo)準(zhǔn)（第2版）

目 錄
第１章 量子計(jì)量學(xué)理論基礎(chǔ) ????????????????????????? １
１?１ 簡(jiǎn)介 ???????????????????????????????? １
１?２ 薛定諤方程和泡利不相容原理 ????????????????????? ２
１?３ 海森堡不確定性原理 ????????????????????????? ４
１?４ 測(cè)量分辨力極限 ??????????????????????????? ６
參考文獻(xiàn) ????????????????????????????????? ８
第２章 度量、標(biāo)準(zhǔn)和單位制 ????????????????????????? ９
２?１ 計(jì)量體系的歷史 ??????????????????????????? ９
２?２ １９６０年的國(guó)際單位制 (SI)?????????????????????? １２
２?３ 長(zhǎng)度的計(jì)量和標(biāo)準(zhǔn) ?????????????????????????? １４
２?４ 質(zhì)量的計(jì)量和標(biāo)準(zhǔn) ?????????????????????????? １７
２?５ 時(shí)鐘和時(shí)間的計(jì)量 ?????????????????????????? １９
２?６ 溫標(biāo) ???????????????????????????????? ２３
２?７ 電學(xué)量的標(biāo)準(zhǔn) ???????????????????????????? ２７
參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????? ３０
第３章 新的單位制———２０１８年的國(guó)際單位制 ????????????????? ３１
３?１ 向新單位制發(fā)展 ??????????????????????????? ３１
３?２ 用于SI的基本物理常數(shù) ??????????????????????? ３３
３?３ 千克、安培、開(kāi)爾文和摩爾的新定義提案 ???????????????? ３５
３?３?１ 千克的新定義提案 ???????????????????????? ３５
３?３?２ 安培的新定義提案 ???????????????????????? ３６
３?３?３ 開(kāi)爾文的新定義提案 ??????????????????????? ３７
３?３?４ 摩爾的新定義提案 ???????????????????????? ３８
３?４ ２０１８年的SI ???????????????????????????? ３９
３?４?１ 定義 ?????????????????????????????? ３９
３?４?２ 單位 ?????????????????????????????? ４０
３?４?３ 有關(guān)２０１８年SI的討論 ?????????????????????? ４２
目 錄
?Ⅵ?
３?５ 在SI中安培和其他電學(xué)單位定義的實(shí)際復(fù)現(xiàn) ?????????????? ４４
３?５?１ 簡(jiǎn)介 ?????????????????????????????? ４４
３?５?２ 安培的實(shí)際復(fù)現(xiàn) ????????????????????????? ４４
３?５?３ SI電學(xué)導(dǎo)出單位的實(shí)際復(fù)現(xiàn)???????????????????? ４５
３?５?４ 磁導(dǎo)率μ０ 及相關(guān)量 ??????????????????????? ４７
３?６ SI千克定義的實(shí)際復(fù)現(xiàn)???????????????????????? ４７
３?６?１ 千克的定義 ??????????????????????????? ４７
３?６?２ 通過(guò)比較電功率和機(jī)械功率來(lái)實(shí)際復(fù)現(xiàn)千克 ????????????? ４８
３?６?３ 用 X射線(xiàn)單晶硅密度法實(shí)際復(fù)現(xiàn)千克???????????????? ４９
３?７ SI開(kāi)爾文定義的實(shí)際復(fù)現(xiàn)??????????????????????? ５０
３?７?１ 開(kāi)爾文的定義 ?????????????????????????? ５０
３?７?２ 通過(guò)原級(jí)測(cè)溫實(shí)際復(fù)現(xiàn)開(kāi)爾文 ??????????????????? ５１
３?７?３ 聲學(xué)氣體測(cè)溫 ?????????????????????????? ５２
３?７?４ 輻射測(cè)溫 (１２３５K 及以上) ??????????????????? ５２
３?７?５ 極化氣體測(cè)溫 ?????????????????????????? ５２
３?８ SI摩爾定義的實(shí)際復(fù)現(xiàn)???????????????????????? ５４
３?８?１ 摩爾的定義 ??????????????????????????? ５４
３?８?２ 以小不確定度實(shí)際復(fù)現(xiàn)摩爾定義 ????????????????? ５５
３?９ 量子計(jì)量三角形和金字塔 ??????????????????????? ５７
參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????? ６２
第４章 量子電壓標(biāo)準(zhǔn) ??????????????????????????? ６４
４?１ 超導(dǎo) ???????????????????????????????? ６４
４?１?１ 超導(dǎo)材料 ???????????????????????????? ６４
４?１?２ 超導(dǎo)理論 ???????????????????????????? ６６
４?１?３ 超導(dǎo)體的特性 ?????????????????????????? ６６
４?２ 約瑟夫森效應(yīng) ???????????????????????????? ６８
４?３ 約瑟夫森結(jié) ????????????????????????????? ７１
４?４ 電壓標(biāo)準(zhǔn) ?????????????????????????????? ７４
４?４?１ 基于惠斯頓電池的電壓標(biāo)準(zhǔn) ???????????????????? ７４
４?４?２ 直流電壓約瑟夫森標(biāo)準(zhǔn) ?????????????????????? ７５
４?４?３ 交流電壓約瑟夫森標(biāo)準(zhǔn) ?????????????????????? ７７
４?４?４ 華沙中央計(jì)量局 (GUM)的電壓標(biāo)準(zhǔn) ??????????????? ８０
４?４?５ GUM 標(biāo)準(zhǔn)和 BIPM 標(biāo)準(zhǔn)的比對(duì) ?????????????????? ８２
４?４?６ 精密比較儀電路 ????????????????????????? ８３
量子計(jì)量學(xué)導(dǎo)論———修訂的SI和量子標(biāo)準(zhǔn) (第２版)
?Ⅶ?
４?５ 超導(dǎo)數(shù)字電路 ???????????????????????????? ８４
４?５?１ 半導(dǎo)體數(shù)字電路的未來(lái)發(fā)展 ???????????????????? ８４
４?５?２ 具有約瑟夫森結(jié)的數(shù)字電路 ???????????????????? ８４
４?６ 約瑟夫森結(jié)的其他應(yīng)用 ???????????????????????? ８７
４?６?１ 壓頻轉(zhuǎn)換器 ??????????????????????????? ８７
４?６?２ 太赫茲輻射源 ?????????????????????????? ８８
參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????? ８９
第５章 SQUID磁通檢測(cè)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測(cè)量系統(tǒng) ?????????????????????? ９５
５?３ DC SQUID ???????????????????????????? ９７
５?３?１ DC SQUID等式 ???????????????????????? ９７
５?３?２ DC SQUID的能量分辨力和噪聲 ???????????????? １０２
５?３?３ DC SQUID的參數(shù) ?????????????????????? １０４
５?４ DC SQUID測(cè)量系統(tǒng) ??????????????????????? １０５
５?４?１ 測(cè)量系統(tǒng)的運(yùn)行 ???????????????????????? １０５
５?４?２ 輸入回路 ??????????????????????????? １０６
５?４?３ 雙SQUID測(cè)量系統(tǒng)??????????????????????? １０８
５?４?４ 附加正反饋的SQUID測(cè)量系統(tǒng)?????????????????? １０９
５?４?５ 數(shù)字SQUID測(cè)量系統(tǒng)?????????????????????? １１０
５?５ 納米SQUID ???????????????????????????? １１１
５?５?１ 磁信號(hào)和干擾 ????????????????????????? １１３
５?５?２ 生物磁研究 ?????????????????????????? １１４
５?５?３ 材料的無(wú)損檢測(cè) ???????????????????????? １１７
５?６ SQUID噪聲測(cè)溫 ?????????????????????????? １１８
５?６?１ R SQUID噪聲溫度計(jì) ????????????????????? １１８
５?６?２ DC SQUID噪聲溫度計(jì) ???????????????????? １２１
５?６?３ SQUID的其他應(yīng)用 ??????????????????????? １２２
參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????? １２４
第６章 量子霍爾效應(yīng)和電阻基準(zhǔn) ?????????????????????? １２７
６?１ 霍爾效應(yīng) ????????????????????????????? １２７
６?２ 量子霍爾效應(yīng) ??????????????????????????? １２８
目 錄
?Ⅷ?
６?２?１ 二維電子氣電子器件 ?????????????????????? １２８
６?２?２ 量子霍爾效應(yīng)的物理基礎(chǔ) ???????????????????? １２９
６?２?３ QHE樣品 ??????????????????????????? １３１
６?２?４ 石墨烯中的量子霍爾效應(yīng) ???????????????????? １３３
６?３ 華沙中央計(jì)量局 (GUM)的傳統(tǒng)電阻標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量裝置 ?????????? １３４
６?４ 量子標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng) ????????????????????????? １３８
６?５ SI電阻的量子標(biāo)準(zhǔn) ????????????????????????? １４０
參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????? １４２
第７章 納米結(jié)構(gòu)中電導(dǎo)和熱導(dǎo)的量子化 ??????????????????? １４３
７?１ 電導(dǎo)理論 ????????????????????????????? １４３
７?２ 宏觀(guān)和納米尺度結(jié)構(gòu) ???????????????????????? １４６
７?３ 納米結(jié)構(gòu)電導(dǎo)量子化的研究 ????????????????????? １４８
７?３?１ 納米結(jié)構(gòu)的形成 ???????????????????????? １４８
７?３?２ 動(dòng)態(tài)形成納米線(xiàn)的測(cè)量 ????????????????????? １４９
７?４ 用電導(dǎo)量子化測(cè)量納米結(jié)構(gòu)的幾何尺寸 ???????????????? １５１
７?４?１ 方法 ????????????????????????????? １５１
７?４?２ 技術(shù)條件 ??????????????????????????? １５１
７?５ 納米結(jié)構(gòu)熱導(dǎo)量子化 ???????????????????????? １５２
７?６ 納米結(jié)構(gòu)電導(dǎo)量子化對(duì)科技的影響 ?????????????????? １５３
參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????? １５６
第８章 單電子隧穿 ???????????????????????????? １５８
８?１ 電子隧穿 ????????????????????????????? １５８
８?１?１ 隧穿現(xiàn)象 ??????????????????????????? １５８
８?１?２ 單電子隧穿理論 ???????????????????????? １５９
８?２ SET 結(jié)電子電路 ?????????????????????????? １６０
８?２?１ SETT 晶體管 ????????????????????????? １６０
８?２?２ 電子泵和旋轉(zhuǎn)柵器件 ?????????????????????? １６１
８?３ 利用電子泵的量子電流標(biāo)準(zhǔn) ????????????????????? １６３
８?４ 基于電子計(jì)數(shù)的電容標(biāo)準(zhǔn) ?????????????????????? １６４
８?５ 庫(kù)倫阻塞溫度計(jì) ?????????????????????????? １６５
參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????? １６８
第９章 原子鐘和時(shí)間尺度 ????????????????????????? １６９
９?１ 理論原理 ????????????????????????????? １６９
９?１?１ 簡(jiǎn)介 ????????????????????????????? １６９
量子計(jì)量學(xué)導(dǎo)論———修訂的SI和量子標(biāo)準(zhǔn) (第２版)
?Ⅸ?
９?１?２ 艾倫方差 ??????????????????????????? １７１
９?１?３ 原子標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型 ????????????????????? １７３
９?２ 銫原子頻率標(biāo)準(zhǔn) ?????????????????????????? １７４
９?２?１ 銫束頻率標(biāo)準(zhǔn) ????????????????????????? １７４
９?２?２ 銫噴泉頻率標(biāo)準(zhǔn) ???????????????????????? １７７
９?３ 氫脈澤和銣頻率標(biāo)準(zhǔn) ???????????????????????? １７８
９?３?１ 氫脈澤頻率標(biāo)準(zhǔn) ???????????????????????? １７８
９?３?２ 銣頻率標(biāo)準(zhǔn) ?????????????????????????? １８０
９?３?３ 原子頻標(biāo)參數(shù) ????????????????????????? １８１
９?４ 光學(xué)輻射頻率標(biāo)準(zhǔn) ????????????????????????? １８１
９?４?１ 光學(xué)輻射源 ?????????????????????????? １８１
９?４?２ 光學(xué)頻率梳 ?????????????????????????? １８３
９?５ 時(shí)間尺度 ????????????????????????????? １８５
９?６ 波蘭國(guó)家時(shí)間和頻率標(biāo)準(zhǔn) ?????????????????????? １８７
參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????? １８９
第１０章 長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量 ????????????????????????? １９０
１０?１ 簡(jiǎn)介 ??????????????????????????????? １９０
１０?２ 米定義的復(fù)現(xiàn) ??????????????????????????? １９１
１０?２?１ CIPM 建議的米的復(fù)現(xiàn) ????????????????????? １９１
１０?２?２ CIPM 建議的長(zhǎng)度測(cè)量 ????????????????????? １９４
１０?３ 碘穩(wěn)頻６３３nm 氦氖激光器 ????????????????????? １９６
參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????? １９９
第１１章 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) ?????????????????????????? ２００
１１?１ 簡(jiǎn)介 ??????????????????????????????? ２００
１１?２ 全球定位系統(tǒng) (GPS) ??????????????????????? ２０２
１１?３ GLONASS與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) ??????????????????? ２０４
１１?３?１ GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) ???????????????????? ２０４
１１?３?２ 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) ??????????????????????? ２０５
１１?４ 伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) ???????????????????????? ２０６
１１?５ 區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng):印度 NAVIC和日本 QZSS ???????????? ２０７
１１?６ 定位精度 ????????????????????????????? ２０８
１１?７ 導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的應(yīng)用 ???????????????????????? ２１１
１１?７?１ 導(dǎo)航 ????????????????????????????? ２１１
１１?７?２ 定位 ????????????????????????????? ２１２
目 錄
?Ⅹ?
１１?７?３ 授時(shí) ????????????????????????????? ２１４
１１?７?４ 搜索與救援 ?????????????????????????? ２１５
參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????? ２１６
第１２章 掃描探針顯微鏡 ????????????????????????? ２１７
１２?１ 原子分辨顯微鏡 ?????????????????????????? ２１７
１２?１?１ 掃描探針顯微鏡的工作原理 ??????????????????? ２１７
１２?１?２ SPM 近場(chǎng)相互作用的類(lèi)型 ??????????????????? ２１８
１２?１?３ SPM 基本參數(shù) ???????????????????????? ２１８
１２?２ 掃描隧道顯微鏡 ?????????????????????????? ２１９
１２?３ 原子力顯微鏡 ??????????????????????????? ２２２
１２?３?１ 原子力 ???????????????????????????? ２２２
１２?３?２ 原子力顯微鏡性能 ??????????????????????? ２２３
１２?３?３ 顯微鏡懸臂梁撓曲的測(cè)量 ???????????????????? ２２３
１２?３?４ 測(cè)量懸臂梁共振的原子力顯微鏡 ????????????????? ２２５
１２?４ 靜電力顯微鏡 ??????????????????????????? ２２６
１２?５ 掃描熱顯微鏡 ??????????????????????????? ２２７
１２?６ 掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡 ???????????????????????? ２２９
１２?７ 掃描探針顯微術(shù)的發(fā)展機(jī)遇 ????????????????????? ２３０
參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????? ２３２
第１３章 新質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) ??????????????????????????? ２３３
１３?１ 簡(jiǎn)介 ??????????????????????????????? ２３３
１３?２ 基于普朗克常數(shù)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) ????????????????????? ２３７
１３?２?１ 功率天平標(biāo)準(zhǔn) ????????????????????????? ２３７
１３?２?２ 懸浮標(biāo)準(zhǔn)和靜電標(biāo)準(zhǔn) ?????????????????????? ２４０
１３?３ 硅球標(biāo)準(zhǔn) ????????????????????????????? ２４０
１３?３?１ 參考質(zhì)量與阿伏加德羅常數(shù) ??????????????????? ２４０
１３?３?２ 硅晶胞體積的測(cè)量 ??????????????????????? ２４２
１３?３?３ 硅球體積的測(cè)量 ???????????????????????? ２４３
１３?４ 離子累積標(biāo)準(zhǔn) ??????????????????????????? ２４４
參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????? ２４６