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Oggetto:
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Fisica dei superconduttori con laboratorio

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Physics of Superconductors with practicals

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Anno accademico 2019/2020

Codice dell'attività didattica
FIS0122
Docente
Prof. Marco Truccato (Titolare del corso)
Corso di studi
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
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
Mista
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
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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.

CONTINGENZA SANITARIA: 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.

SANITARY CONTINGENCY: 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.

CONTINGENZA SANITARIA: 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.

SANITARY CONTINGENCY: The expected learning results of the course are unchanged.

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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).

CONTINGENZA SANITARIA: Nel perdurare della contingenza sanitaria, verrà garantita l'erogazione di tutte le lezioni frontali in modalità telematica sincrona, ovvero seguendo una ben definita calendarizzazione delle lezioni stesse nel periodo didattico. Tali video-lezioni potranno consistere in collegamenti in diretta Webex (e simultanea registrazione) con lezioni in presenza in aula, se consentito dalle norme in vigore, oppure in video-collegamenti Webex con lezioni effettuate dal docente in separata sede. In ogni caso, le video-registrazioni saranno successivamente disponibili per lo scaricamento dalla pagina e-learning/moodle del corso. Le esercitazioni di laboratorio verrano tenute a piccoli gruppi compatibilmente con le norme di acceso ai laboratori in vigore.

 

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)

SANITARY CONTINGENCY: In concurrence with the sanitary contingency, all lectures will be given online in synchronous mode, i.e. by following the planned timetable of the lectures during the teaching period. These video-lectures will consist of Webex live shooting (with simultaneous recording) of the classes given in person to some students, if allowed by the regulations in force, or, alternatively, of Webex live shooting of lectures given remotely by the teacher. In both cases, the recordings will be downloadable from the e-learning/moodle webpage of the course. Practical classes will be carried out in small groups, according to the regulations in force for accessing the laboratories.



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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.

CONTINGENZA SANITARIA: Nel perdurare della contingenza sanitaria, l'esame orale si terrà in modalità telematica utilizzando la piattaforma di tele-conferenza Webex. In particolare, la commissione sarà formata di almeno 2 docenti, e ciascun esame si terrà in presenza di almeno uno studente auditore. Tali modalità di verifica dell'apprendimento potranno subire variazioni sulla base di future disposizioni emanate dall'Ateneo e/o dal Corso di Studi.

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.

SANITARY CONTINGENCY: In concurrence with the sanitary contingency, the oral examination will take place online by adopting the Webex tele-conference platform. In particular, each evaluation commission will be composed by at least two teachers, and at least one student will participate as witness. Such procedures will be subject to possible variations, on the basis of future dispositions of the University of Torino and/or of the Physics Degree council.

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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. Sessioni di discussione per piccoli gruppi.

 CONTINGENZA SANITARIA: Nel perdurare della contingenza sanitaria, il modulo di laboratorio del corso sarà erogato in modalità a piccoli gruppi in accordo con le norme di accesso ai locali dei laboratori. Le necessarie misure di didattica integrativa (sessioni telematiche di tutoraggio e assistenza agli studenti) saranno concordate con gli studenti ed organizzate per facilitare la comprensione dei contenuti didattici.


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. Discussion sessions in small groups.

SANITARY CONTINGENCY: In concurrence with the sanitary contingency, the laboratory part of the course will be performed in small groups according to the regulations in force for access to the laboratory rooms. The necessary measures of integrative teaching (online tutoring and counseling sessions) will be defined together with the students in order to facilitate the understanding of the course contents.


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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

CONTINGENZA SANITARIA: 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.

SANITARY CONTINGENCY: The program of the course is unchanged.

Testi consigliati e bibliografia

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  • 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 sono disponibili alla pagina web del corso sulla piattaforma Moodle.

  • 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 are available at the web page of the course on the Moodle platform.



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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 20/04/2020 al 17/06/2020

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Note

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Ultimo aggiornamento: 10/07/2020 09:57