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Oggetto:
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Fisica dei superconduttori

Oggetto:

Physics of Superconducotrs

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Anno accademico 2017/2018

Codice dell'attività didattica
MFN0858
Docente
Prof. Marco Truccato (Titolare del corso)
Corso di studi
008510-103 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica dell'Ambiente e delle Tecnologie Avanzate
Anno
2° anno
Periodo didattico
Terzo periodo didattico
Tipologia
D=A scelta dello studente
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/03 - fisica della materia
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Inglese
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'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
Mutuato da
Solid State Physics/B - LM Scienza dei Materiali
Oggetto:

Sommario insegnamento

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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.

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.

Oggetto:

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.

- 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.

Oggetto:

Modalità di insegnamento

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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.

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.

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Attività di supporto

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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

- 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.

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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Orario lezioni

GiorniOreAula
Lunedì9:00 - 13:00
Martedì9:00 - 13:00
Giovedì9:00 - 13:00
Venerdì9:00 - 13:00

Lezioni: dal 16/04/2018 al 15/06/2018

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Note

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).

Questo corso è integralmente mutuato dal corso "Solid State Physics/B" attivato presso il corso di Laurea Magistrale in Scienza dei Materiali.

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 scheduled time)

This course is completely mutuated from the "Solid State Physics/B" course activated at  the Master Degree in Materials Science.

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Ultimo aggiornamento: 07/05/2017 20:02