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Oggetto:
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Fisica dei superconduttori con laboratorio

Oggetto:

Physics of Superconductors

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Anno accademico 2021/2022

Codice attività didattica
FIS0122
Docente
Prof. Marco Truccato (Titolare del corso)
Corso di studio
008510-103 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica dell'Ambiente e delle Tecnologie Avanzate
008510-104 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica del Sistema Meteoclimatico e delle Tecnologie Avanzate
Anno
1° anno
Periodo
Secondo semestre
Tipologia
D=A scelta dello studente
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
FIS/03 - fisica della materia
Erogazione
Mista
Lingua
Inglese
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Orale
Prerequisiti
Conoscenze della fisica di base (meccanica, elettromagnetismo) e di meccanica quantistica. Alcune nozioni di Fisica dello Stato Solido possono essere utili.

Knowledge of basic physics (mechanics, electromagnetism) and of quantum mechanics. A few notions of Solid State Physics may help.
Propedeutico a
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Dopo aver seguito il corso, l'allievo sarà in grado di:

- Descrivere le proprietà fondamentali delle varie classi di materiali superconduttori e i rispettivi ambiti di applicazione.

- Descrivere il funzionamento di una giunzione Josephson e le sue possibili applicazioni.

- Valutare e risolvere le problematiche sperimentali relative alla caratterizzazione elettrica di dispositivi a bassa temperatura.

 

 Dopo aver seguito il corso, l'allievo sarà in possesso di:

 - Competenze teoriche nella modellizzazione di materiali superconduttori.

- Competenze teoriche nella modellizzazione di dispositivi elettronici a superconduttore.

- Competenze sperimentali nella caratterizzazione dei materiali e dispositivi suddetti.

 DIDATTICA ALTERNATIVA: Obiettivi formativi invariati

After having completed the course, the student will have skills in:

- Describing the fundamental properties of various classes of superconducting materials and their respective fields of application.

- Describing the operation principles of a Josephson junction and its possible applications.

- Evaluating and solving experimental issues in the electrical characterization of devices at low-temperature.

 

After having completed the course, the student will have:

- Theoretical knowledge in modeling superconducting materials

- Theoretical knowledge in modeling electronic devices based on superconducting materials.

- Experimental knowledge in the characterization of the above-mentioned materials and devices.

 REMOTE TEACHING: The objectives of the course are unchanged

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Risultati dell'apprendimento attesi

- Conoscenza delle proprietà di base dei materiali superconduttori.

- Conoscenza di base dei principi fisici di funzionamento dei dispositivi trattati nel corso.

- Saper misurare, organizzare, analizzare, presentare e discutere dati sperimentali.

 DIDATTICA ALTERNATIVA: Risultati dell'apprendimento attesi invariati

- Basic knowledge of the properties of superconducting materials.

- Basic knowledge of the working principles of the devices presented in the course.

- Basic skills in measuring, organizing, analyzing, presenting and discussing experimental data.

 REMOTE TEACHING: The expected learning results of the course are unchanged

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Programma

- Fenomenologia della superconduttività:

  • Variabili sperimentali, aspetti termodinamici della transizione superconduttiva, superconduttività di tipo I e II

  • Struttura e dinamica dei vortici, pinning

  • Equazioni di London

- Origine microscopica della superconduttività: interazione attrattiva mediata dai fononi

- Modello quantistico macroscopico e quantizzazione del flusso di campo magnetico

- Effetto Josephson:

  • Equazioni di base e sue differenti versioni.

  • Modello RCSJ e analogo meccanico

  • Principio di funzionamento dello SQUID

- Tipologie di materiali superconduttori:

  • Materiali a bassa, media ed alta Tc

  • Ordini di grandezza delle grandezze fondamentali

  • Tecniche di sintesi e applicazioni

- Termodinamica dei metalli normali e dei superconduttori

- Teoria di Ginzburg- Landau per la transizione superconduttiva:

  • Lunghezza di coerenza

  • Origine della distinzione tra superconduttori di tipo I e II

- Esperienze di laboratorio:

  • Misura delle caratteristiche I-V nei superconduttori YBCO o BSCCO

  • Misure del libero cammino medio e del raggio ionico in metalli normali

 DIDATTICA ALTERNATIVA: Il programma del corso è invariato

- Phenomenology of superconductivity:

  • Experimental variables, themodynamics of the superconducting transition, type I and type II superconductivity.

  • Structure and dynamics of vortexes, pinning.

  • London equations.

- Microscopic origin of superconductivity: the phonon-mediated attractive interaction.

- Macroscopic quantum model and magnetic flux quantization.

- Josephson effect:

  • Governing equations and its different versions.

  • RCSJ model and its mechanical analogue.

  • Operation principle of the SQUID.

- Different kinds of superconducting materials:

  • Low, medium and high-Tc.

  • Orders of magnitude of their basic quantities.

  • Synthesis techniques and applications.

- Thermodynamics of normal and superconducting materials.

- Ginzburg-Landau theory for the superconducting transition:

  • The coherence length.

  • Origin of the difference between type I and type II supercondutors.

- Practical classes:

  • Measurement of the I-V characteristics of a YBCO or BSCCO superconductor.

  • Measurement of the mean free path and of the ionic radius of a normal metal.

 REMOTE TEACHING: The program of the course is unchanged

Oggetto:

Modalità di insegnamento

Il corso è così suddiviso:

  • 5 CFU di lezioni frontali (5*8=40 ore; frequenza facoltativa);

  • 1 CFU di laboratorio (12 ore; frequenza obbligatoria, minimo 70% delle ore previste).

 DIDATTICA ALTERNATIVA: In concomitanza con l'emergenza COVID-19, ed in ottemperanza ai relativi decreti ministeriale e rettorale, il corso è erogato in modalità a distanza per tutto il periodo di chiusura delle strutture didattiche dell'Università. Le lezioni a distanza saranno erogate in streaming mediante piattaforma Webex nelle date ed orari corrispondenti (compatibilmente con eventuali problematiche tecniche che dovessero presentarsi) alla calendarizzazione originaria del corso. In seguito, le video-registrazioni saranno scaricabili dalla pagina moodle/e-learning del corso.

 

The course is organized as follows:

  • 5 ECTS points of frontal lectures ( 5*8 = 40 hours; elective attendance)

  • 1 ECTS point of laboratory practicals (12 hours, mandatory attendance for at least 70% of the time)

 REMOTE TEACHING: In concurrence with the COVID-19 emergency situation, and in compliance with the relevant dispositions of the Ministry and of the University, the course is offered in remote teaching mode for the whole period in which in the University structures will be closed to public access. The remote teching will be delivered with streaming videos on Webex platform in concurrence of the dates and times of the original calendar of the course (compatibly with possible technical problems). Subsequently, the recorded videos will be downloadable from the moodle/e-learning page of the course.



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Modalità di verifica dell'apprendimento

L' esame consisterà in un colloquio orale in cui si valuteranno:

- la comprensione dei contenuti delle lezioni frontali;

- i contenuti delle relazioni delle attività integrative di laboratorio.

 ESAMI A DISTANZA: In concomitanza con l'emergenza COVID-19, ed in ottemperanza al decreto rettorale rep. 1097/2020 del 20/03/2020, gli esami si terranno secondo le suddette modalità, utilizzando la piattaforma di tele-conferenza Webex. In particolare, come già da prassi consolidata, la commissione sarà formata di almeno 2 docenti, e ciascun esame si terrà in presenza di almeno uno studente auditore.

The exam will consist in oral questions in which the following aspects will be evaluated:

- understanding of the contents of the frontal lectures;

- contents of the reports of the supporting laboratory activities.

 REMOTE EXAMS: in concurrence with the COVID-19 emergency situation, and in compliance with the rectoral decree rep. 1097/2020 of 20/03/2020, the exams will be organized with the above-described modalities, by adopting the Webex tele-conference platform. In particular, following a consolidated procedure, each evaluation commission will be composed by at least two teachers, and at least one student will participate as witness.

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Attività di supporto

Misura delle caratteristiche I-V nei superconduttori YBCO o BSCCO, misure del libero cammino medio e del raggio ionico in metalli normali.

 DIDATTICA ALTERNATIVA: In concomitanza con l'emergenza COVID-19, ed in ottemperanza ai relativi decreti ministeriale e rettorale, i moduli di laboratorio del corso saranno erogato in modalità a distanza. Le modalità di erogazione di questa offerta didattica sostitutiva sono attualmente allo studio dei docenti, che ne daranno tempestiva comunicazione agli studenti.



Measurement of the I-V characteristics of the YBCO or BSCCO superconductor, measurement of the mean free path and of the ionic radius for a normal metal

REMOTE PRACTICAL CLASSES: In concurrence with the COVID-19 emergency situation, and in compliance with the relevant dispositions of the Ministry and of the University, the laboratory parts of the course will be delivered in remote mode. The modalities of this alternative teaching offer are currently being developed by the teachers, who will promptly update the students as soon as they are ready for fruition.



Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

  • Terry P. Orlando, Kevin A. Delin : "Foundations of Applied Superconductivity", Addison Wesley, Reading, Massachussets, 1991
  • Charles P. Poole, Horacio A. Farach, Richard J. Creswick: Superconductivity, Academic Press, San Diego - London, 1995 
  • Dispense fornite dal docente.

  • Terry P. Orlando, Kevin A. Delin : "Foundations of Applied Superconductivity", Addison Wesley, Reading, Massachussets, 1991
  • Charles P. Poole, Horacio A. Farach, Richard J. Creswick: Superconductivity, Academic Press, San Diego - London, 1995 
  • Lecture notes and slides provided by the teacher.



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Note

Registrazione
  • Aperta
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    Ultimo aggiornamento: 11/06/2021 15:24
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