PRESENTAZIONE

Metodologie sperimentali del vuoto e delle basse temperature per lo studio sperimentale di sistemi termodinamici complessi quali quelli superfluidi e superconduttivi.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Acquisizione di conoscenze e metodologie sperimentali avanzate di termodinamica applicata alle basse temperature e alla rivelazione di radiazioni, sensori termici ed elettronica associata.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L’obiettivo del corso è l’acquisizione di conoscenze e metodologie sperimentali del vuoto e delle basse temperature attraverso lo studio sperimentale di fenomeni termodinamici complessi quali la superfluidità e superconduttività, nonché di dispositivi di interesse per le applicazioni tecnologiche, quali ad esempio i sensori a transizione di fase, le giunzioni superconduttrici, i bolometri,  i calorimetri, gli SQuID.  La tecnologia del vuoto e della produzione di basse temperature e, anche se con minor frequenza, le tecnologie dei dispositivi a bassa temperatura sono ormai di interesse industriale in molte realtà nel bacino nord-ovest/toscana (Thales Alenia Space (Mi), Kaiser Italia (Li), Simic(Cn), Rial Vacuum(Pr), Pasquali MicrowaveSystem(Fi),  ASG(Ge), Columbus(Ge),  Agilent Technologies (To), CGS (Mi)).  Il corso si rivolge sia a chi ha interessi alla scienza fondamentale che a coloro che intendono acquisire conoscenze professionalizzanti per meglio integrarsi nella realtà industriale.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali  in aula e 6 esperienze pomeridiane nel laboratorio didattico di basse temperature.

Argomenti delle Esperienze.
1-Raffreddamento con LHe e Termometria. 2-Conduttanze termiche e misura del’ingresso termico di un criostato 3-Transizione lambda fluido-superfluido 4-Eccitazionimeccaniche nel superfluido:onda sonora di secondo tipo. 5-Transizione dallo stato di conduzione normale a quello superconduttivo
6- Misura di un dispositivo: giunzione tunnel Superconduttore-Isolante-Superconduttore (entro i limiti di disponibilità dei dispositivi stessi, può essere concordato con gli studenti l'uso di un dispostivo differente). 

PROGRAMMA/CONTENUTO

Argomenti del corso.
1. Vuoto: pompe primarie sigillate a fluido e a secco, pompe turbomolecolari, fluido, getter e ioniche, misura del vuoto con trasduttori meccanici, termici, ionici a catodo caldo e freddo.
2. Criogenia: cicli Stirling e Gifford Mac Mahon, tubi pulsati, liquefazione dei gas e espansione Joule Thompson, liquefattori per l’azoto e per l’elio, refrigerazione magnetica, refrigeratori a diluizione. Misure di temperatura: scala assoluta di temperatura e standard fino al mK, termometri primari e scondari.
3. Fisica di alcuni sistemi a bassa temperatura: conduzione elettrica e termica, superfluidità e transizione lambda, HeI e HeII e modello di London, effetti termomeccanici, superconduttività e le sue evidenze sperimentali, classificazione in superconduttori di tipo I e II, elementi della teoria microscopica BCS e gap proibita, termodinamica del superconduttore e elementi della teoria di Ginzburg Landau.
4. Fisica di alcuni dispositivi a bassa temperatura, uno o due selezionati tra:  giunzioni superconduttrici (SIS), dispositivo a interferenza quantistica (SQUID), punti quantici (QDot)e single electron transistor (SET), bolometri e calorimetri superconduttivi (TES). 

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Zemansky: “Calore e Termodinamica”

G.K.White:“Experimental Techniques in low temperature physics”

R. Richardson, E. Smith: “Experimental Techniques in Condensed Matter Physics and Low temperature”

O.V. Lounasma:“Experimental Principles and Methods Below 1K” 

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

FLAVIO GATTI (Presidente)

DANIELE MARRE'

MARIO AGOSTINO ROCCA

LEZIONI

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Colloquio sugli argomneti del corso, oppure, esecuzione di una esperienza in laboratorio con presentazione del risultato.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Verifica delle conoscenze acquisite nell'esame colloquio, oppure, nella presentazione dei risultati della esperienza di laboratorio.