- Oggetto:
- Oggetto:
Fisica dei superconduttori con laboratorio
- Oggetto:
Physics of Superconductors
- Oggetto:
Anno accademico 2022/2023
- Codice dell'attività didattica
- FIS0122
- Docente
- Marco Truccato (Titolare)
- Corso di studi
- 008510-105 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica del Sistema Meteoclimatico, Generale e delle Tecnologie Avanzate
- Anno
- 1° anno
- Periodo didattico
- Secondo semestre
- 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
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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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- 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.
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
In presenza tramite lezioni frontali.
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).
In person by means of ordinary classes.
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)
- Oggetto:
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.
Gli esami saranno tenuti in presenza.
Agli studenti e alle studentesse che, in relazione al COVID-19, rientrino in una condizione di fragilità personale o positività (autocertificata nella fase di prenotazione all’appello), è garantita la possibilità di svolgere l’esame a distanza, secondo una delle modalità previste dall’Ateneo, avuto anche riguardo alle specifiche esigenze degli studenti e delle studentesse con disabilità e con disturbi specifici dell’apprendimento.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.
The examinations will be in person.
Students who are in conditions of health problems related to COVID-19 (which has to be declared when booking the exam) will be allowed to take their exams in remote mode, following one of the ways established by the University, also considering the specific needs by physically impaired students and students with learning disorders.- Oggetto:
Attività di supporto
Misura delle caratteristiche I-V nei superconduttori YBCO o BSCCO, misure delle caratteristiche fondamentali di uno SQUID in YBCO.
Measurement of the I-V characteristics of the YBCO or BSCCO superconductor, measurement of the basic parameters of a YBCO-based SQUID.
- Oggetto:
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
- Misura dei parametri fondametali di uno SQUID in YBCO
- 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 basic parameters of YBCO-based SQUID.
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
Giorni Ore Aula Lunedì 14:00 - 16:00 Aula Wick Dipartimento di Fisica Mercoledì 9:00 - 11:00 Aula Verde Dipartimento di Fisica Lezioni: dal 27/02/2023 al 09/06/2023
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Note
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