低温物性及测量：一个实验技术人员的理解和经验总结

前言

致谢

第一章低温电输运的测量 1

第一节低温电输运测量的必备基础知识 1

一、热电势 1

二、接触电势 2

三、电极的制作方法 5

1.导电银胶法 5

2.压铟法 6

3.镀膜& 6

4.点焊法 6

四、接触电阻 7

五、“地”的问题 8

1.“地”的概念和种类 8

2.“地”的漏电流 9

3.“地”的耦合信号 11

六、人体静电冲击的避免 13

七、开关电势差导致的电冲击 13

八、锁相放大器 14

九、低温电输运测量注意事项 19

1.样品温度和显示温度不一样的情况 19

2.热膨胀系数不一致的情况 22

3.接触电阻导致的样品温度不均匀 23

4.关于信号噪声的分析和处理 24

5.关于假信号的分析和处理 25

第二节电阻的测量 27

一、电阻的定义 27

二、电阻的测量方法及注意事项 29

1.标准四线法 29

2.范德堡方法 32

3.J. D. Wasscher 法 35

4.H. C. Montgomery 法 38

附1.方形样品测量实例 41

附2.电极对测量精度的影响 42

三、恒压法测量大阻值电阻 43

第三节霍尔信号的测量 44

一、霍尔效应及注意事项 44

1.成立的条件 46

2.霍尔因子修正 46

3.两种载流子的情况 47

4.载流子偏转方向 48

二、霍尔电压测量的干扰项 48

1.正常电阻 49

2.不等位效应 50

3.温差引起的相关效应 51

三、霍尔信号测量方法及注意事项 52

1.简易快速变温霍尔测量法 52

2.定温霍尔测量法 54

3.高精度霍尔测量法（五线法测量） 54

附：定温霍尔测量温度点的选择 56

第四节特性的测量 57

一、直流法测量 58

二、交流法测量 59

第五节门电压的使用 60

一、门电压的作用 61

二、门电压的使用 62

三、门电压使用的注意事项 64

第六节通过输运测量得到的几个常用物理学参数 65

一、电阻率的计算 65

二、迁移率 66

1.定义及含义 66

2.迁移率的计算 68

三、电阻法测量超导转变温度 69

1.10%法 69

2.转变中间法 70

3.二倍测量噪声法 70

4.用电阻法定义超导Tc注意事项 71

第二章比热的测量及分析 73

第一节比热的物理意义 73

一、什么是比热 73

二、比热的微观理解 75

1.声子系统的比热 76

2.电子系统的比热 80

3.磁子系统的比热 82

4.总比热 83

第二节比热的数据分析及各种性质的特征 84

一、声子比热 84

二、电子比热 86

三、磁子比热 87

四、声子比热的拟合 88

第三节反常比热行为分析及各种性质的特征 91

一、相变比热 91

1.相变的含义 91

2.超导相变的比热特征曲线 94

3.磁性相变的比热特征曲线 97

4.结构相变的比热特征曲线 99

二、肖特基比热 99

第四节比热的测量 102

一、绝热法 102

1.测量原理 102

2.测量装置 102

3.具体分析及注意事项 104

二、热弛豫法 106

1.测量原理 106

2.测量装置 108

3.测量过程 109

4.“时间常数”和“样品耦合百分比” 110

5.注意事项 114

6.个人经验总结 118

第三章磁性的测量及分析 119

第一节原子的磁矩 119

一、什么是磁矩 119

二、原子磁矩 120

三、固有磁矩和有效磁矩 123

第二节磁性的宏观表现 123

一、当原子的固有磁矩不为零时 123

1.顺磁性 124

2.超顺磁态 125

3.自旋玻璃态 129

4.铁磁性 132

5.反钦磁态 134

6.亚铁磁 134

二、当原子的固有磁矩为零时 138

1.原子的轨道抗磁 138

2.范.夫莱克顺磁磁化率 140

3.自由电子的泡利顺磁 140

4.自由电子的朗道抗磁 141

5.半导体内部的载流子的磁性 141

6.巡游电子 142

三、特殊的磁性现象——超导抗磁性 142

1.第一类超导体 143

2.第二类超导体 145

第三节磁性测量常用的实验方法 149

一、测量前必备知识 149

1.几个物理量 149

2.磁学单位的认识 151

3.退磁因子 152

二、各种测量手段 153

1.零场冷和场冷的降温方式 153

2.磁化强度随温度的变化曲线 154

3.磁化曲线 155

4.磁滞回线 156

5.换向磁化曲线 156

6.磁化强度随时间的变化曲线 156

7.交流磁化率 157

第四节一些参数的获得方法 160

一、磁性材料常用参数 160

二、有效磁矩 163

1.通过拟合高温磁化率得到有效磁矩 163

2.通过测量饱和磁化强度得到有效磁矩 166

三、居里温度 167

1.顺磁居里温度 167

2.铁磁居里温度 167

四、反铁磁奈尔温度 168

五、阻塞温度 170

六、弛豫时间 171

七、第一类超导体 173

1.Tc的测量 174

2.Hc的测量 174

3.超导含量的测量 176

八、第二类超导体 176

1.Tc的测量 177

2.Hc1的测量 179

3. Hc2的测量 183

4.超导体积的测量 185

附：迈斯纳分数 189

九、磁熵及其测量方法 189

1.比热测量法 190

2.磁化率方法 191

第五节磁性测量方法及原理简介 192

一、提拉法 192

1.测量原理 192

2.测量结构 193

3.注意事项 194

二、SQUID VSM 195

1.SQUID 196

2.VSM 200

3.SQUID VSM 202

三、交流磁化率 206

四、霍尔片法 209

第六节几个可供参考的实验案例 211

一、剩余磁场导致的现象 212

1.超导和铁磁的混淆 212

2.奇异曲线的产生 213

3.磁滞回线的变形 215

附：剩余磁场 215

二、漏空气导致的奇异数据 218

三、样品翻转导致的错误 220

四、铝箱包裹的样品引起的错误 221

五、薄膜样品测量的问题 222

1.磁场平行膜面 223

2.磁场垂直膜面 224

六、样品定中心不正确带来的问题 224

七、扫场测量带来的问题 228

参考文献 230

后记 233 2100433B

本书分三部分：低温条件下的电输运测量、比热测量及分析和磁性测量及分析。在电输运测量中，不仅介绍了低温电输运测量的基础知识、测量中的注意事项，还包括电阻率、各向异性电阻率的测量、霍尔系数的测量、门电压的使用等内容。在比热测量及分析中，介绍了声子、电子、磁子等对比热的贡献及拟合公式的适用范围，并列举出了各个相变的比热特征曲线。同时，也介绍了两种常用的测量方法，可以帮助读者了解在测量中如何才能得到可靠的数据。在磁性测量及分析中，介绍了基本物理图像、测量方法等，也列举了各个性质磁性特征曲线，以及一些物性参数的测量方法。

第一部分　测量实验、实习须知

一、测量实验、实习的一般规定

二、测量仪器使用规则与注意事项

第二部分　测量实验项目

实验一　水准仪的使用

实验二　水准测量（双仪高法或双面尺法）

实验三　四等水准测量

实验四　水准仪的检验与校正

实验五　光学经纬仪（TDJ6、TDJ6E）的使用

实验六　水平角观测与竖直角观测（测回法）

实验七　光学经纬仪（J2、TDJ2E）的使用

实验八　全圆方向法水平角观测

实验九　经纬仪的检验与校正

实验十　钢尺量距与罗盘仪定向

实验十一　经纬仪测绘地形图

实验十二　道路圆曲线测设

实验十三　电子数字水准仪的使用

实验十四　电子全站仪的使用

实验十五　全球定位系统（GPS）接收机的使用

第三部分　测量实习项目

实习一　大比例尺地形图测绘

实习二　建筑物轴线测设与高程测设

实习三　管线纵断面图测绘

实习四　道路纵、横断面图测绘

第四部分　测量学作业

作业一　图根导线测量内业

作业二　地形图绘制

作业三　地形图应用

参考文献2100433B

本书共分四个部分，第一部分测量实验、实习须知，介绍了测量实验、实习的一般规定，测量仪器使用规则和注意事项；第二部分测量实验项目，对测量仪器的基本构造、使用方法、操作步骤以及测量数据处理均进行了较详细的介绍，新增加了电子数字水准仪、电子全站仪、GPS全球卫星定位系统接收机的使用；第三部分测量实习项目，一一列出了土建类各专业实习内容的测量工作；第四部分测量学作业，列有图根导线测量内业工作、地形图绘制和地形图应用的3个作业。

本书可作为土建类专业测量学实验教材，也可作为有关工程技术人员参考用书。