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目錄

量子計(jì)量學(xué)始于20世紀(jì)后半葉，的國際單位制（SI）中7個(gè)基本物理量全部基于量子技術(shù)。本書系統(tǒng)介紹了SI演變和量子計(jì)量學(xué)的發(fā)展，從概述量子計(jì)量學(xué)的理論基礎(chǔ)開始，介紹了基于自然常數(shù)的新SI發(fā)展過程，描述了基于量子技術(shù)的電壓、電阻、頻率、長度和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的理論和實(shí)際復(fù)現(xiàn)方法，介紹了納米結(jié)構(gòu)中的電導(dǎo)和熱導(dǎo)量子化研究進(jìn)展，也對應(yīng)用量子效應(yīng)的掃描探針顯微鏡、超導(dǎo)量子干涉器件（SQUID）及噪聲溫度測量、電子泵和旋轉(zhuǎn)柵等電子元件，以及電流標(biāo)準(zhǔn)和電容標(biāo)準(zhǔn)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展進(jìn)行了闡述。
本書原著由波蘭波茲南理工大學(xué)電子學(xué)教授瓦爾德馬爾諾羅基博士編寫。本書可供計(jì)量院和高科技領(lǐng)域工業(yè)實(shí)驗(yàn)室等計(jì)量實(shí)驗(yàn)室人員參考，也可作為電氣工程、機(jī)械工程和化學(xué)專業(yè)學(xué)生的計(jì)量學(xué)教材。

第１章量子計(jì)量學(xué)理論基礎(chǔ) ????????????????????????? １

１?１簡介 ???????????????????????????????? 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?２１９６０年的國際單位制 (SI)?????????????????????? １２

２?３長度的計(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開爾文的新定義提案 ??????????????????????? ３７

３?３?４摩爾的新定義提案 ???????????????????????? ３８

３?４２０１８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

?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０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通過比較電功率和機(jī)械功率來實(shí)際復(fù)現(xiàn)千克 ????????????? ４８

３?６?３用 X射線單晶硅密度法實(shí)際復(fù)現(xiàn)千克???????????????? ４９

３?７ SI開爾文定義的實(shí)際復(fù)現(xiàn)??????????????????????? ５０

３?７?１開爾文的定義 ?????????????????????????? ５０

３?７?２通過原級測溫實(shí)際復(fù)現(xiàn)開爾文 ??????????????????? ５１

３?７?３聲學(xué)氣體測溫 ?????????????????????????? ５２

３?７?４輻射測溫 (１２３５K 及以上) ??????????????????? ５２

３?７?５極化氣體測溫 ?????????????????????????? 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 ?????????????????? 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測量系統(tǒng) ??????????????????????? １０５

５?４?１測量系統(tǒng)的運(yùn)行 ???????????????????????? １０５

５?４?２輸入回路 ??????????????????????????? １０６

５?４?３雙SQUID測量系統(tǒng)??????????????????????? １０８

５?４?４附加正反饋的SQUID測量系統(tǒng)?????????????????? １０９

５?４?５數(shù)字SQUID測量系統(tǒng)?????????????????????? １１０

５?５納米SQUID ???????????????????????????? １１１

５?５?１磁信號和干擾 ????????????????????????? １１３

５?５?２生物磁研究 ?????????????????????????? １１４

５?５?３材料的無損檢測 ???????????????????????? １１７

５?６ SQUID噪聲測溫 ?????????????????????????? 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

?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)的測量裝置 ?????????? １３４

６?４量子標(biāo)準(zhǔn)測量系統(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)形成納米線的測量 ????????????????????? １４９

７?４用電導(dǎo)量子化測量納米結(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波蘭國家時(shí)間和頻率標(biāo)準(zhǔn) ?????????????????????? １８７

參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????? １８９

第１０章長度標(biāo)準(zhǔn)和測量 ????????????????????????? １９０

１０?１簡介 ??????????????????????????????? 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 建議的長度測量 ????????????????????? 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

?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 近場相互作用的類型 ??????????????????? 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量 ???????????????????? ２２３

１２?３?４測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硅晶胞體積的測量 ??????????????????????? ２４２

１３?３?３硅球體積的測量 ???????????????????????? ２４３

１３?４離子累積標(biāo)準(zhǔn) ??????????????????????????? ２４４

參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????? ２４６

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