SUPERCONDUCTIVITY
Anno accademico 2018/2019 - 1° anno - Curriculum CONDENSED MATTER PHYSICSCrediti: 6
SSD: FIS/03 - FISICA DELLA MATERIA
Organizzazione didattica: 150 ore d'impegno totale, 108 di studio individuale, 42 di lezione frontale
Semestre: 2°
Obiettivi formativi
Obiettivo del corso è l'acquisizione di conoscenze avanzate sui materiali superconduttori e sul grafene con riferimento alle loro potenziali applicazioni alle nanotecnologie ed alle tecnologie quantistiche.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
L'insegnamento viene svolto con lezioni sia alla lavagna che con trasparenze.
Prerequisiti richiesti
Il corso prevede conoscenze di meccanica quantistica avanzata e di fisica dello stato solido.
Frequenza lezioni
La frequenza alle lezioni è fortemente consigliata.
Contenuti del corso
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Effetti caratteristici dei superconduttori e teorie fenomenologiche
Resistenza nulla, effetto Meissner, quantizzazione del flusso - Modello di Gorter Casmir - Teoria elementare dei London della elettrodinamica dei superconduttori - Teoria di Ginzburg Landau.
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Teoria microscopica di Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)
Coppie di Cooper, origine della interazione attrattiva ed “s-wave pairing” - Stato fondamentale BCS - Struttra a bande e gap superconduttiva, densità degli stati - Effetti a temperatura finita: temperatura critica - Lunghezza di penetrazione - Tunnel elettronico e di coppie di Cooper – Effetto Josephson - Effetto di prossimità - Effetto Josephson in presenza di un flusso magnetico: Superconducting Quantum Interference Devices (SQUID).
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Grafene
Struttura a bande: stati "pi greca" e modello tight binding, fermioni Weyl-Dirac, livelli di Landau. Tunneling di Klein, formalismo di Landauer Buettiker.
Giunzioni Josephson con grafene (SNS).
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Argomenti a carattere monografico
Effetto Josephson in giunzioni mesoscopiche - Atomi artificiali superconduttivi – Cenni di superconduttività ad alta temperatura - Fenomenologia e modello classico di Lawrence Doniach per i superconduttori stratificati. Superconduttività nel grafene, trasporto idrodinamico in grafene.
Testi di riferimento
Michael Tinkham - Introduction to Superconductivity: Second Edition - Dover Books on Physics
M. I. Katsnelson - Graphene: carbon in two dimensions - Cambridge
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Effetti caratteristici dei superconduttori e teorie fenomenologiche | Michael Tinkham - Introduction to Superconductivity. Chapter 1 and 2 |
| 2 | Teoria microscopica di Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) | Michael Tinkham - Introduction to Superconductivity. Chapter 3 |
| 3 | Teoria di Ginzburg Landau | Michael Tinkham - Introduction to Superconductivity. Chapter 4 |
| 4 | Grafene: struttura a band e Weyl Dirac fermions | Katsnelson - Graphene: carbon in two dimensions. Pharagraphs 1.2, 1.3 |
| 5 | Grafene: livelli di Landau | Katsnelson - Graphene: carbon in two dimensions. Pharagraph 2.2 |
| 6 | Tunneling di Klein | Katsnelson - Graphene: carbon in two dimensions. Pharagraph 4.3 |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Prova orale.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Alcune delle domande più frequenti riguardano: fenomenologia dei materiali superconduttori. Teoria fenomenologica di Ginzburg Landau.
Distinzione fra superconduttori del primo e del secondo tipo. Ipotesi alla base del modello BCS. Struttura dello stato fondamentale BCS. Livelli eccitati di un superconduttore. Effetto Josephson. Tunnel elettronico in giunzioni SN, SS. Struttura a bande del grafene,