PRESENTAZIONE

Il corso presenta alcuni argomenti avanzati di termodinamica attraverso la osservazione di certo numero di fenomeni in esperimenti di laboartorio e la loro discussione in aula con l'ausilio di semplici modelli termodnamici, della meccanica sttistica e fisica quantistica. Gli argomenti trattati appartengono alla fisica del vuoto, dei sistemi alle tempearture dell'elio liquido, della superfluidita e  superconduttività.

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.

Modalità 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” 

Commissione d'esame

FLAVIO GATTI (Presidente)

MARIO AGOSTINO ROCCA

DANIELE MARRE'

Modalità 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). 

INIZIO LEZIONI

Secondo semestre AA 2018-19

Modalità d'esame

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

Modalità di accertamento

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

E’ articolato su un numero prefissato di domande che vertono sul programma d’esame e consente alla commissione di giudicare, oltre che la preparazione, le capacità di sintesi e di comunicazione.