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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.
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Sommario insegnamento

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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.

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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.

 

 

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Modalità di insegnamento

Aula.

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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

Oggetto:

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

GiorniOreAula
Lunedì11:00 - 13:00Aula G Dipartimento di Fisica
Mercoledì11:00 - 13:00Aula G Dipartimento di Fisica
Giovedì11:00 - 13:00Aula G Dipartimento di Fisica
Lezioni: dal 13/01/2016 al 15/03/2016

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Note

Nessuna propedeuticità obbligatoria. Frequenza non obbligatoria, ma fortemente consigliata.

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Ultimo aggiornamento: 20/05/2015 14:35
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