- Oggetto:
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Fisica della materia condensata
- Oggetto:
Condensed Matter Physics
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Anno accademico 2015/2016
- Codice dell'attività didattica
- MFN1514
- Docente
- Prof. Roberto Tateo (Titolare del corso)
- Corso di studi
- 008510-102 Laurea Magistrale in Fisica ind. Astrofisica e Fisica Teorica
- Anno
- 1° anno
- Periodo didattico
- Secondo periodo didattico
- Tipologia
- B=Caratterizzante
- Crediti/Valenza
- 6
- SSD dell'attività didattica
- FIS/01 - fisica sperimentale
- Modalità di erogazione
- Tradizionale
- Lingua di insegnamento
- Italiano
- Modalità di frequenza
- Facoltativa
- Tipologia d'esame
- Orale
- Prerequisiti
- Nozioni di base di Meccanica Quantistica e di Metodi Matematici per la fisica.
- Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
Acquisizione delle conoscenze e delle tecniche più importanti per lo studio della materia condensata con particolare riferimento a quei sistemi in cui si manifestano effetti quantistici macroscopici.
- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
Conoscenza e capacità di comprensione:
* Una conoscenza approfondita sui principali sistemi o dispositivi in cui si manifesta un fluido quantistico quali i superfluidi, i superconduttori , i condensati di Bose Einstein e l'effetto Hall quantistico.
*Conoscenza dei concetti base della quantizzazione dei campi non relativistici.
*Conoscenza dei concetti di base sulle eccitazioni collettive quali fononi, vortici, rotoni, solitoni e quasielettroni.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
*Capacità di utilizzare strumenti matematici nella risoluzioni di problemi di base nella teoria dei condensati BEC e BCS.
*Dimestichezza con la descrizione fenomenologica e microscopica dei sistemi quantistici a molti corpi.
- Oggetto:
Modalità di insegnamento
Aula.
- Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame e' costituito da una prova orale, della durata tipica di 40-50 minuti, nella quale viene chiesto di affrontare ab initio due, o al più tre, argomenti svolti a lezione, impostando il problema dal punto di vista sia fisico che matematico. In caso di non superamento dell'esame la ripetizione dello stesso deve avvenire almeno due settimane dopo la prima prova.
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Programma
Superfluidi: condensati di Bose-Einstein; elio liquido; l'effetto termomeccanico e l'esperimento del beaker; velocita' critica di Landau; fononi, rotoni e vortici; il modello a due fluidi; l'effetto Josephson; gas bosonici rarefatti a bassa temperatura, l'equazione di Gross-Pitaevskii; rottura spontanea di simmetria; la seconda quantizzazione, approssimazione e trasformazione di Bogoliubov, eccitazioni collettive di Bogoliubov, deplezione quantistica e termica.
Superconduttori: effetto Meissner-Ochsenfeld; superconduttori di tipo I e II; campo magnetico e corrente critica; le equazioni di London; lunghezza di penetrazione; termodinamica dei superconduttori, le equazioni di Ginzburg-Landau omogenee, disomogenee e in presenza di campo magnetico; lunghezza di coerenza, vortici di Abrikosov e quantizzazione del flusso magnetico; effetto Josephson e fenomeni di interferenza quantistica; le coppie di Cooper e la teoria BCS; il gap di energia; i quasi-elettroni.
Effetto Hall: i livelli di Landau; gli operatori di traslazione magnetica, l'effetto Hall quantistico intero, stati localizzati e stati estesi, il Gedankenexperiment di Laughlin.
Superfluids: Bose-Einstein condensates; liquid Helium; the thermomechanical effect and the beaker experiment, Landau's critical velocity, phonons, rotons and vortices, the two-fluid model, Josephson's effect, low-temperature dilute Bose gases, the Gross-Pitaevshii equation, spontaneous symmetry breaking, the second quantisation formalism, Bogoliubov's approximation and transformation, Bogoliubov's collective excitations, quantum and thermal depletion.
Superconductivity: the Meissner-Ochsenfeld effect, Type I and Type II Superconductors, the critical magnetic field and the critical current, London's equations, the penetration lenght, the thermodynamics of superconductors, the Ginzburg-Landau equations, the coerence lenght, Abrikosov's vortices and
the magnetic flux quantisation; Josephson's effect, Cooper pairs and the BCS theory; energy gap and quasi-electron excitations.Hall effect: Landau levels; magnetic translation operators, the integer quantum Hall effect, localised and extended states, Laughlin's Gedankenexperiment.
Testi consigliati e bibliografia
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J.F. Annett, "Superconductivity, Superfluids and Condensates", Oxford master series in condensed matter physics
C. Enss, S. Hunklinger, "Low-Temperature Physics", Springer
J.B. Ketterson, S.N. Song, "Superconductivity", Cambridge University Press
L. Pitaevskii, S.Stringari, "Bose Einstein Condensation", Claredon Press, Oxford 2003
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Orario lezioni
Giorni Ore Aula Lunedì 11:00 - 13:00 Aula G Dipartimento di Fisica Mercoledì 11:00 - 13:00 Aula G Dipartimento di Fisica Giovedì 11:00 - 13:00 Aula G Dipartimento di Fisica Lezioni: dal 13/01/2016 al 15/03/2016 - Oggetto:
Note
Nessuna propedeuticità obbligatoria. Frequenza non obbligatoria, ma fortemente consigliata.
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