SUPERCONDUCTIVITY

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.

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding).

Comprensione critica degli sviluppi più avanzati della Fisica Moderna sia negli aspetti teorici che di laboratorio e delle loro interconnessioni, anche in campi interdisciplinari. Adeguata conoscenza degli strumenti matematici e informatici avanzati di uso corrente nei settori della ricerca di base e applicata. Notevole padronanza del metodo scientifico, e comprensione della natura e dei procedimenti della ricerca in Fisica. Durante il corso verranno presentati fatti sperimentali e modelli teorici della superconduttività e delle sue applicazioni, con riferimento ad applicazioni ed esperimenti moderni e interpretazioni teoriche innovative.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)

Capacità di identificare gli elementi essenziali di un fenomeno, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste. Capacità di utilizzare lo strumento della analogia per applicare soluzioni conosciute a problemi nuovi (problem solving). Nel presentare la fenomenologia e gli aspetti teorici della superconduttività, si darà rilevanza alle grandezze maggiormente rilevanti, introducendo le altre come successive approssimazioni.

Autonomia di giudizio (making judgements)

Capacità di argomentare personali interpretazioni di fenomeni fisici, confrontandosi nell’ambito di gruppi di lavoro. Sviluppo del senso di responsabilità attraverso la scelta dei corsi opzionali e dell'argomento della tesi di laurea. Nell'esposizione degli argomenti, sia durante il corso che in occasione dell'esame, verranno presentati legami con altri corsi (principalmente, ma non soltanto, dell'indirizzo), alcuni dei quali opzionali, e con possibili argomenti di tesi di ricerca, di argomento sia sperimentale che teorico.

Abilità comunicative (communication skills).

Capacità di comunicare in lingua italiana e in lingua inglese nei settori avanzati della Fisica.

Capacità di apprendimento (learning skills).

Capacità di acquisire adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze. Capacità di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo prescelto che in campi scientificamente vicini. Capacità di utilizzare banche dati e risorse bibliografiche e scientifiche per estrarne informazioni e spunti atti a meglio inquadrare e sviluppare il proprio lavoro di studio e di ricerca. Capacità di acquisire, attraverso lo studio autonomo, conoscenze in nuovi campi scientifici. Frequentemente verrà fatto riferimento ad articoli scientifici di rassegna e di ricerca.

Lezioni frontali.

Si presuppongono conoscenze di meccanica quantistica avanzata, di fisica dello stato solido, e preferibilmente anche di teoria dei sistemi a molti corpi.

Fortemente consigliata.

• Effetti caratteristici dei superconduttori e teorie fenomenologiche

Resistenza nulla, effetto Meissner, quantizzazione del flusso - Modello di Gorter-Casimir - Teoria elementare dei London della elettrodinamica dei superconduttori - Teoria di Ginzburg-Landau.

• Teoria microscopica di Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)

Coppie di Cooper, origine della interazione attrattiva ed “s-wave pairing” - Stato fondamentale BCS - Struttura 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).

• 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).

• 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.

M. Tinkham, Introduction to Superconductivity, Dover (2004).

M. I. Katsnelson, Graphene: carbon in two dimensions, Cambridge University Press (2009).

Prova orale su argomenti del corso.

Si discutono argomenti già elencati nel programma, al quale si rimanda.