[电子标准]-SJT 10140-1991 超导电子学术语.pdf

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1、S -,IIi 中华人民共和国电子工业行业标准 5 J / T 1 0 1 4 0 一9 1 超 导 电 子 学 术 语 1 9 9 1 一 0 4 - 0 2 发布1 9 9 1 一 0 7 - 0 1 实施 中华人民共和国机械电子工业部发布 中华人民共和国电子工业行业标准 s J / T 1 0 1 4 0 - 9 1 超 导 电 子 学 术 语 T e r ms f o r s u p e r c o n d u c t o r e l e c tr o n i c s 主趁内容与适用范围 主题内容 本标准规定了超导电子学领域中通用的术语， 包括超导电性、 约瑟夫森效应及超导器件 三方面

2、的术语。 适用 范围 本标准主要适用子超导电子学领域。 超导电性 2 . 1 超导电 性 s u p e r c o n d u c t iv it y 当温度降低到一定值时， 某些物质呈现以直流电阻为零和理想抗磁性为表征的属性. 2 . 2 超导态s u p e r c o n d u c t in g s t a t e 直流电阻为 零并表现抗磁 性的态。 2 . 3 超导体s u p e r c o n d u e ， 二 具有超导电性的物质。 2 . 4 I M 界温度。 r it i c a l t e m p e r a t u r e 超导体由 正常态转变为超导态时的温度， 亦称

3、转变温度。用 符号几表示， S 1 单位， K , 2 . 5 转变温度 t r an s it io n t e m p e r a t u r e 见 2 . 4条. 2 . 6 起始转变沮度 o n s e t t r a n s i t io n t e m p e r a t u r e 超导体开始 发生正常态向超导态转变时所对应的温度。 2 . 7 零电 阻温度 z e r o r e s is ta n c e t e m p e r a t u r e 超导体在电阻一 温度转变曲线上呈现零电阻时的最高温度. 2 . 8 转变宽度t r a n s i t io n w id t

4、 h 超导体在正常一 超导转变过程中， 从起始转变温度到零电阻温度的温度区间。 通常指正常 态电阻值的9 0 写到 1 0 环所对应的温度区间. 2 . 9 中点转变温度 m i d - t r an s it i o n t e m p e r a tu r e 超导体的电阻一 温度曲线上， 对应于正常态电阻值的一半处的温度. 2 . 1 0 临界电流c r i t ic a l c u r r e n t 通过超导体并使其保持超导态的最大电流。用符号 I c 表示， S 1 单位: A , 中 华人民共和国机械电子工业部1 9 9 1 - 0 4 - 0 2 批准1 9 9 1 - 0 7

5、 - 0 1 实施 1 S J / T 1 0 1 4 0 -9 1 1 1 1在 界磁场c r i t i c a l m a g n e t ic f ie l d 即热力学超导临界 磁 场强度。用符号H 。 表示， S I 单位: A/ m。定义为: 。 一 C s 一 合 /U oH ! 。 ?。 1 2 2 .1 4 2. 1 5 式中 C 。 和 C s 分别为正常导体和超导体在零磁场时的吉布斯( G i b b s ) 自由能. v 。 为真空 磁导率， v为体积。对第 I 类超导体， H 。 是失去超导电性的临界场强。 下临界磁场l o w e r c r it ic a l

6、f i e ld 即下临界 磁 场强度。 用符号H , 表示， S 1 单 位: A / m 。 定义为: 对于第I 类超导体， 使磁 通进入超导的磁场强度的阐值。 上临界磁场u p p e r c r i t i c a l f ie ld 即上临界 磁 场强度。 用符号H 2 表示， S I 单位: A/ m。 定义为: 对于第 I 类超导体， 使体 超导电性消失的临界场强。 正常态n o r m a l - m o d e 由于温度、 磁场、 电流等外界因素不合适而进入超导态的超导体不显示出超导电性的任 何特征， 这种热力学态称为正常态。 零电阻z e r o r e s i s t a

7、 n c e 阻值为零的电阻.实用中， 当阻值小于公认的标准后即可称作零电阻。 迈斯纳效应M e i s s n e r e f f e c t 处于超导态的物质呈现出的完全排磁通特性， 亦称完全抗磁性。 完全抗磁性 p e r f e c t d i a m a g n e t i s m 见2 . 1 6 条。 同位素效应 is o t o p e e f f e c t 超导体的临界温度 T 随同位素质量 M 的不同而变化的性质 。即 M0 T , =常数 ， 通常 a , k 1 / 2 , 穿透深度 p e n e t r a t io n d e p th 外磁场穿透至超导体内部的

8、深度， 用几 表示。 当超导体内磁通密度按指数规律降低到仅 为 其 表 面 处 磁 通 密 度 值 的 告 时 ， 相 应 的 距 离 即 为 穿 透 深 度 。 S I 单 位 :m . 伦敦方程给出的穿透深度称为伦敦穿透深度， 用 祝表示: AL 一 ( m . I专 . . . . . . ( ; ) p os s e 一 / 式中: 。 电子的有效电荷， S I 单位: C t ， 。 电子的有效质量, S 1 单位: k g = u s 超导电子数; A O 真空中的磁导率( !b =如xl 0 H/ m ) , 2 . 2 0 相干长度 c o h e r e n c e l e

9、n g t h 超导体内扰动具有相当影响的距离。用 符号S 表示， Si单位: m , 一2 一 S J / T 1 0 1 4 0 -9 1 2 .21 2 .2 2 二流体模型t w o - f l u id m o d e l 描述处于超导态时物质中的电子是由超导电子和正常电子两部分组成的模型。 伦敦方程 L o n d o n e q u a t i o n s 描述在弱磁场作用下处于超导态的超导体电磁性质的电动力学方程。 第一方程: 第二方程 : ， 。 、 “ J s - d. 盆(甲 X 式中: A o 真空中的磁导率( A . =4 n X A L 一 一 伦敦穿透深度， S

10、1 单位: m, J s 电流密度， S 1 单位: A / m , i s )+ B= 0 ” 一 ( 3 ) 1 0 - H/ m) E电场强度， S I 单位: V / mj B磁通密度， S 1 单位: T , 2 .2 4 2. 26 2. 27 2 .28 2 .2 9 2. 31 2. 32 2. 33 2. 34 B C S理论B C S t h e o r y 由 巴丁( B a r d e e n ) 、 库拍( C o o p e r ) 和施里( S c h r i e f f e r ) 建立的 超导微观理论。 电 子对 e le c t r o n 肉 i t s

11、处于费米面附近的两个动量相等、 方向相反且自旋相反的电子， 通过某种吸引作用而形 成的束缚对。 超导能隙s u p e r c o n d u c t i n g e n e r g y g a p 拆散一超导电 子对使之成为 两个单电 子所需要的 最小能:t 。用2 4 表示。 反常集肤效应 a b n o r m a l s k i n e f f e c t 当集肤深度等于 或小于电子平均自由 程的 时候， 导体的表面电阻并不随着电导率的增 大而降低， 而是趋于一个常数， 称反常集肤效应。 交流 损耗 A . C . p o w e r lo s s 超导体在传轴交变电流和交变磁场时，

12、出现的由电能转化为热能的能量损失。 超导射频损耗 s u p e r c o n d u c t in g r . f . lo s s 超导体在传箱射频电磁信号时存在的交流损耗。 射频超导电 性 r a d i o - f r e q u e n c y s u p e r c o n d u c t i v i t y 在临界温度 T 以下， 射频电磁场作用下的超导体表面电阻不为零的超导电性质。 界面能b o u n d a r y e n e r g y 在外磁场中， 超导体内伴随着正常一 超导相界面的出现， 所需的额外能量。 它可以是正值 或负值。 k 参数k - p a r a m

13、e t e r s G L理论中的一个区分 I 类与 I 类超导体材料的参量.它是一个物质常数. 第一类超导体ty p e I s u p e r c o n d u c t o r 、 书 ， 即 界 面 能 小 于 零 的 超 导 体 。 目、 厂2 一 ” 一 “，“ J 勺行. 混合态 m i x e d s t a t e 在H m 3 . 1 0 约瑟夫森方 程 J o s e p h s o n s e q u a t i o n s 描述约瑟夫森效应的数学表示式: J=J , s i n o 苦 一 2 e_ 若 一 罕 8 , tt 一 _2 e d Bh r 一4一 S J

14、 / T 1 0 1 4 0 -9 1 3 :11 3 .12 3 .1 3 式中: J通过结区的电流密度， S l 单位: A/ m ; J , 约瑟夫森结的临界电流密度， S i 单位: A / m ; e 电子电荷， 普朗克常数. V加在结上的直流电压; 价 约瑟 夫森结两侧超 导电 极内波函 数的 相位差， 约瑟夫森结两侧超导电 极内的伦软穿透深度与势垒层厚度之 和， 几势垒层内磁场沿 : 方向的切向分1; B , 势垒层内磁场沿 梦 方向的切向分量。 动态电 阻 d y n a m ic r e s i s t a n c e 约瑟夫森器 件的电流电压特性曲线上某处的斜率。用 符号R

15、 a 表示， R , = d 叮d ! 。 也称 徽分电阻。 徽波感应台 阶 m i c r o w a v e - i n d u ce d s t e p s 用微波照射一个约瑟夫森结时， 在结的特性曲 线上间隔相等的一系列电压处呈现的电 流台阶 。 约瑟夫森穿透深度J o s e p h s o n s p e n e t r a t io n d e p t h 直流约瑟夫森电流被限制在结的边缘附近的某一范围内， 即为约瑟夫森穿透深度。 常用 符号 为表示. 并按下式计算: 1 . 6 X 1 0 - 凡全 一 泛三三云 一” . . . . . . . . . . . . . . .

16、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 8) 、 / 工刃a 3.1 4 3.1 5 3 .16 3 . 17 3 .1 8 3 .1 9 3 .2 0 式中: J . 约瑟夫森结的临界电流密度， S 1 单位: A / m ; 两侧超导体内伦教穿透深度与势垒层厚度之和， S I 单位: m, 超导薄膜 s u p e r c o n d u c t in g t h in f il m 厚度与穿透深度A在同一数R级( 通常指 l p m以下) 的超导膜。 小结s m a l l j u c t io n s 势垒层的长度及宽度均小于约瑟夫

17、森穿透深度的结、 _ 大结 l a r g e j u n c t i o n s 势垒层长度或宽度等于或大于约瑟夫森穿透深度的结。 超导结s u p e r c o n d u c t i n g j u n c t io n s 能产生约瑟夫森效应或单电子隧道效应的超导元件的总称。 超导隧道结 s u p e r c o n d u c t i n g t u n n e l i n g j u n c t i o n s 由超导体一 隧道势垒一 超导体构成的一种具有约瑟夫森隧道效应或单电 子隧道效应的超 导结。 徽桥 m i c r o- b r id g e 两部分超导体之间由一个与相

18、干长度 考 尺度相当的超导体连接起来的超导结。 点 接触结 p o i n t c o n t a c t iu n c t i o n s 形如针尖的超导体的顶端与另一超导体平面以一定的压力形成的超导结。 一5 一 S J / T 1 0 1 4 0 -9 1 超导器件 4 . 1 超导器件s u p e r c o n d u c t in g d e v ic e s 利用超导效应制成的器件。 4 . 2 超导体一 半导体二极管s u p e r c o n d u c t o r - s e m i c o n d u t o r d io d e 用超导体和半导体的接触势垒形成的二极

19、管。 4 . 3 超导晶体管s u p e r c o n d u c t in g t r a n s is t o r 具有三个电极能起放大、 振荡或开关等作用的超导器件。 4 . 4 超导检波器 s u p e r c o n d u c t in g d e t e c t o r 利用微波辐照下超导结电流电压特性曲线的变化而检测微弱微波信号的器件。 4 . 5 超导混频器s u p e r c o n d u c t in g m i x e r 用超导结作非线性元件以实现被检信号和本振信号的混合， 从而得到中频输出信号的器 件。 4 . 6 自 泵超导混频器 in t e r n

20、a l ly p u m p e d s u p e r c o n d u c t i n g m i x e r 超导混频器的一种。 利用一定直流偏置电压下超导结自身的振荡作本振信号而完成混频 作用。 4 . 7 超导谐 波混频器 s u p e r c o n d u c t in g h a r m o n ic m ix e r 超导混频器的一种。用较低频率的本振信号通过超导结在其谐波频率上与被检信号混 频。 4 . 8 超导参量放大器 s u p e r c o n d u c t in g p a r a m e t r i c a m p l i f i e r 用超导结制成的

21、参量放大器。 4 . 9 四光子超导参量放大器4 - p h o t o n s u p e r c o n d u c t i n g p a r a m e t r i c a m p l i f i e r 在超导参量放大器中， 如果两个泵频光子变成一个信号频率的光子与一个空闲频率的光 子， 且满足2 rq , = u k 十w ( t 泵浦角频率; 、 信号角 频率; 、 空间角频率) 的关 系， 则称四光子超导参量放大器。 4 . 1 0 三光子超导参量放大器3 - p h o t o n s u p e r c o n d u c ti n g p a r a m e t r i

22、c a m p l i f i e r 在超导参量放大器中， 如果一个泵频光子变成一个信号频率的光子与一个空闲频率的 光子， 且满足Co p = + a , ( (o p 泵浦角频率; 、 信号角频率; ， 空闲角频率) 的 关系， 则称三光子超导参量放大器. 4 . 1 1 自泵超导参量放大器in t e r n a l ly p u m p e d s u p e r c o n d u c t i n g p a r a m e t r i c a m p l i f i e r 在一定直流偏置电压下， 以超导结自身的振荡作泵浦的参量放大器。 4 . 1 2 超导振荡器( 约瑟夫 森振荡

23、 器) s u p e r c o n d u c t in g o s c i l la t o r ( J o s e p h s o n o s c i l l a t o r ) 利用交流约瑟夫森效应， 在超导结上施加直流偏置电压以产生微波至远红外频率域电 磁振荡的器件。也称为约瑟夫森振荡器。 4 . 1 3 约瑟夫森电压标准 J o s e p h s o n v o l t a g e s t a n d a r d 利用约瑟夫森效应通过测量频率来绝对测定电压值的装置。 4 . 1 4 超导辐射计s u p e r c o n d u c t i n g r a d io me t

24、 e r 检测电磁波辐射或热辐射的一种超导器件。 4 . 1 5 冷子管c r y o t r o n 以磁场、 温度或电流的变化控制超导体由超导态转变到正常态以实现开关功能的超导 一6 一 S J / T 1 0 1 4 0 - 9 1 4.1 6 4.1 7 4.1 8 4 .1 9 4. 22 4. 23 4. 24 4. 25 4. 27 4. 28 4 . 29 器 件。 超导计算机s u p e r c o n d u c t in g c o m p u t e r 由超导逻辑电路和存储电路构成的计算机。 超导传 输线 s u p e r c o n d u c t i n g

25、t r a n s m i s s io n l i n e 用超导材料制成的传输线。 超导同轴线 s u p e r c o n d u c t i n g c o a x i a l i in e 用超导材料作内外导体的同轴线。 超导微带线s u p e r c o n d u c t i n g m i c r o s t r ip li n e 用超导薄膜制成的接地板和带条导体的微带线。 超导延迟线s u p e r c o n d u c t in g d e la y l i n e 用超导材料制成的延迟线。 超导 谐振腔 s u p e r c o n d u c t i n g

26、 r e s o n a u t c a v i t y 用超导体作成的谐振腔。 超导天线s u p e r c o n d u c t i n g a n t e n n a 用超导材料制成的能接收和辐射无线电电波的装置。 超导腔稳频振荡器s u p e r c o n d u c t i n g c a v i t y s t a b i l iz e d f r e q u e n c y o s c i l la to r 用极高 Q超导谐振腔作鉴频的稳频振荡器。 超导 量子干涉器 ( S Q U I D ) s u p e r c o n d u c t i n g q u a n

27、t u m in t e r f e r e n c e d e v i c e 利用含有超导结的超导环路所具有的宏观量子干涉现象制成的超导器件。 亦称S Q U I D o 直流超导量子干涉器D . C . -S Q U I D 用直流偏置的含两个超导结， 具有宏观量子干涉现象的超导环路。 射频超导量子牙 : 涉 器( R F - S Q U I D ) r a d io f r e q u e n c y S Q U I D 用射频偏置的含一个超导结， 具有宏观量子干涉现象的超导环路。 超导磁强计s u p e r c o n d u c t i n g m a g n e t o m e

28、 t e r 用超导量子干涉器件作敏感元件的磁强计。 超导梯度计s u p e r c o n d u c t i n g g r a d i e n t m e t e r 用超导量子干涉器件作敏感元件的磁场梯度计。 磁通变换器 f l u x tr a n s f o r m e r 将被检测磁通藕合到超导量子千涉器中的一种闭合超导回路。 7 一 S J / T 1 0 1 4 0 -9 1 附录A 汉语拼音索引 ( 参考件 ) B C S理论 2. 23 超导薄膜 . . . . . . . . . . . . 超导参量放大器 ” 超导传 轴线 . . . . . . . . . . .

29、 超导 磁强计 ” . . . . . . . . . . . . . 超导电 性 . . . . . . . . . . 超导电 子学 . . . . . . . . . . . . . . 超导 辐射器 . . . . . . . . . . . . . . 超导 混频器 . . . . . . . . . . . . . . 超 导 计 算机 . . . . . . . . . . . . . . 超 导 检 波器 . . . . . . 。 超导 结 ” ” ” ” . . . . . . . 超导晶 体管 . . . . . . . . . . . 超导量子干涉器 ” 一 超导能隙

30、” . . . . . . . . . . . . . . 超导器件 ” . . . . . . . . . . 超导腔稳频振荡器 ” 超导射频损耗 “ ” “ 二 超导隧 道结 ” ” . . . . . . . . . 超导隧道效应 ” ” 超导态 . . . . . . . . 超导梯度计 超导体 “ “ . . . . . . 超导体一 半导体二极管 超导天线 . . . . . . . . . . . . 超导同轴线 . . . . . . . . . . . . . 超导微带线 ” . . . . . . . . . . . . . . 超导谐波混频器 ， 超导谐振腔 . . .

31、. . . . . . . . ， 超导延 迟线 . ” . . . . . . . . 超导振荡器( 约瑟夫森振荡器) 一8 一 3.1 4 4. 8 4. 1 7 4. 27 2. 1 3. 1 4. 14 4. 5 4. 16 刁. 4 3. 1 7 月. 3 4. 24 2. 25 4. 1 4. 23 2. 28 3. 1 8 3. 6 2。 2 4. 28 2. 3 4. 2 4. 22 4. 1 8 4. 19 4. 7 4. 21 4. 20 4. 1 2 S J/ r 1 0i a0 - -91 穿透深 度 大结 ， ， ， 。 “ ， ， ， ， ，. ， ， ， ， ，

32、， 单电子隧道效应 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 第二类超导体 ， ， ， ， ， 一 第一类超导体 ， ， ， ， 点接触结 ， ， 。 ， ， ， ， ， ， ， ， 电子对 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 动态电阻 ， ， 。 ， 3. 6 3. 5 2. 33 2 3? 3. 20 2. 24 3. I I 二流体模 型 反常 集肤 效应 高温氧化物超 导体 混合态2 3 刁 交流损耗 。 。 一 交流约瑟夫森效应 界面能 ” 2 2 7 3 . 8 2 ，3 0 参 数 S J / T 1 0 1 4 0 -

34、9 1 冷子管” ， It 界磁场 Ij 界 电流 临界温度 邻近效应 零电阻 ” 二 零电阻温度 伦敦方程 4. 1 5 2. 1 1 2. 1 0 2. 4 3. 2 2. 1 5 2。 7 2。 22 迈斯纳效应 2. 1 6 起始转变温度 弱连接 三光子超导参量放大器 上临界磁场 ” 二 ” ” ” ” ” 射 频 超 导 电 性 “ ” ” “ ” ” 射频超导量子干涉器( R F - S Q U I D ) 四光子超导参量放大器 4 . 1 0 2 . 1 3 2 .2 9 4 . 2 6 4 . 9 同位素效应 2 .1 9 完全抗磁性 微波感应台阶 一1 0一 : : S J

35、/ T 1 0 1 4 0 -9 1 微桥 31 9 下临界磁场 相干长度 小结 2 . 1 2 2 .2 0 3 . 1 5 约瑟夫森穿透深度 约瑟夫森电压标准 约瑟夫森方程 约瑟夫森结的临界电流密度 约瑟夫森效应 3 . 1 3 4 . 1 3 3 . 1 0 3 .9 3 . 4 正常态 “ ” 直流超导量子干涉器 直流约瑟夫森效应 中点转变温度 转变宽度 转变温度 一 自泵超导参量放大器 自泵超导混频器 2 . 1 4 4 . 2 5 3 .7 2 .9 2 .8 2.5 : . ; S J / T 1 0 1 4 0 - - 9 1 附录B 英文索引 ( 参考件 ) a b no r

36、 m a l s k i n A. C . J o s e p h s o n e f f e c t 八. C . p o we r l o s s : . : 6 2. 27 BC S t h e o r y b o un d a r y e n e r gy: . : : c o h e r e n c e le n g t h c r i t i c a l c ur r e nt c r i t i c a l c u r r e n t d e n s it y o f J o s e p h s o n j u n c t i o n c r i t i c a l ma g n

37、 e ti c f i e l d c r i t i c a l t e mp e r a t u r e c r yo t r o n D D. C. J o s e p h s o n e f f e c t . ， ， 一 D. C . - S QU I D d yn a mi c r e s i s t a nc e 2 . 2 0 2 . 1 0 3 . 9 2 I 2 . 4 4 . 1 5 3 . 7 1 2 5 3 . 1 0 e le c t r o n p a ir s 4 - p h o t o n s u p e r c o n d u c t i n g p a r

38、 a me t r i c a mp l i f ie r f l ux t r a n s f o r me r 2 . 2 4 4 . 9 4 . 2 9 1 2一 S J / T 1 0 1 4 0 -9 1 h i g h - t e mp e r a t u r e o x i d e s u p e r c o n d u c t o r in t e r n a ll y p u mp e d s u p e r c o n d u c t in g mix e r 。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . in t e r n a

39、l ly p u mp e d s u p e r c o n d u c t in g p a r a me t e i c a mp li f ie r i s o t o p e e f f e c t”. . . . 。 ” ” . . . 一 ” 一 。 . 。 二 2 .3 5 刁 .6 4 . 1 1 2 . 1 8 J o s e p h s o n e f f e c t J o s e p h s o n s e q u a t i o n s J o s e p h s o n s p e n e t r a t io n d e p t h J o s e p h s

40、o n v ol t a g e s t a n da r d 3 . 4 . : 七 - p a r ame t e r s. ”. ”. . ” . “. . ” . ” . ， . l ar g e j u nc t i o n s lo n d o n e q u a t i o n s l owe r c r i t i c a l f i e l d 4 . 1 3 2 .31 3. 1 6 2. 22 2. 1 2 M Me i s c n e r e f f e c t mi c r o - b r id g e mi c r o wa v e - i n du c e d s

41、 t e p s mi d - t r a n s i t i o n t e mp e r a t u r e m i x e d s t a t e 2。1 6 3. 1 9 3. 1 2 2. 9 2. 34 n o r m a l - m o d e2。I 月 1 3 一 S J / T 1 0 1 4 0 - 9 1 o n s e t t r a ns i t i o n抚mp e r a t ur e2 .6 p e n e t r a t i o n d e p t h p e r f e c t d ia ma g n e t is m . p o in t c o n ta

42、 c t j u n c t io n s p r o xi mi t y e f f e c t s 2 . 1 9 2 . 1 7 3 .2 0 3 .2 r a d i o f r e q u e n c y S QU I D r a d i o - f r e q u e n c y s u p e r c o n d u c t i v i t y; 一 : : s i n g le e l e c t r o n t u n n e l l in g s ma l l j u n c t i o n s s o per c o n d u c t o r s u p e r c o n d u c t o r - s e mic o n d u c t o r d io d e s u per c o n d u c t i n g a n t e n n a s u p e r c o n d u c t i n g c a v i t y s t a b i l i z e d f r e q u e n c y o s c i ll a t o r s u p e r c o n d u c t i n g c o a x i a l l i n e s u p e r c o n d u c t i n g c o mp u t e r ” ， 二 二