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 per lo studio sperimentale di sistemi termodinamici complessi quali quelli superfluidi e superconduttivi. Il corso si conclude con lo studio sperimentale di uno o due tra i seguenti dispositivi a bassa temperatura che sono di interesse per le applicazioni scientifiche tecnologiche: giunzioni superconduttrici (SIS), dispositivi a interferenza quantistica (SQUID), punti quantici (QDot) e single electron transistor (SET), bolometri e calorimetri superconduttivi (TES). Le tecnologie del vuoto e della produzione di basse temperature e, anche se in maniera ancora sporadica,  quelle dei dispositivi a bassa temperatura, sono ormai utilizzate da molte industrie 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),...), pertanto questi argomenti hanno valore professionalizzante.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali  in aula e 6 esperienze pomeridiane di 4 ore circa 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- Eccitazioni meccaniche 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, a 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-Thomson, 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, He-I e He-II 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”