Сверхпроводимость

Бакалавриат 2020/2021

Статус: Курс обязательный (Физика)

Направление: 03.03.02. Физика

Кто читает: Базовая кафедра физики низких температур Института физических проблем им. П.Л. Капицы РАН

Где читается: Факультет физики

Когда читается: 4-й курс, 2, 3 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Трояновский Алексей Маркович

Язык: русский

Кредиты: 8

Контактные часы: 52

Полная версия программы учебной дисциплины Задать вопрос

Аннотация

Курс «Сверхпроводимость» знакомит студентов с основными теоретическими концепциями и экспериментальными результатами в области исследования сверхпроводимости. Будут рассмотрены основные электрические, магнитные и термодинамические свойства сверхпроводников, критическое поведение вблизи точки перехода, сверхпроводники первого и второго рода, высокотемпературные сверхпроводники и практическое использования сверхпроводников.

Цель освоения дисциплины

формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием современных теоретических концепций и применением современных экспериментальных методик в области физики низких температур и сверхпроводимости;
развитие умений, основанных на полученных знаниях, позволяющих на творческом уровне создавать и применять физические модели для решения задач физики низких температур и сверхпроводимости;
получение практических навыков использования данных современных экспериментов для решения задач физики низких температур и сверхпроводимости

Планируемые результаты обучения

Знать основные свойства сверхпроводников. Понимать связь между характерными параметрами (щель, температура перехода, критическое поле).
Знать основные положения феноменологической теории Лондонов и теории БКШ. Понимать пределы применимости этих теорий.
Понимать причину возникновения вихревых состояний в сверхпроводниках II рода. Иметь представление о пининге вихрей.
Уметь описывать квазичастичное туннелирование и туннелирование куперовских пар в сверхпроводящих контактах. Иметь представление о применениях эффекта Джозефсона в точных измерениях и метрологии.
Иметь представление о технических применениях сверхпроводников в научных и практических приложениях.

Содержание учебной дисциплины

Сверхпроводимость. Основные свойства сверхпроводников.
Тема 1.1 Явление сверхпроводимости. Экспериментальные факты. Эффект Мейснера. Сверхпроводники 1 и 2 рода. Фазовая диаграмма сверхпроводника. Энтропия, теплоёмкость. Энергетическая щель. Изотопический эффект. Тема 1.2. Основные свойства сверхпроводников. Энтропия, теплоёмкость. Энергетическая щель. Изотопический эффект.
Теоретическое описание сверхпроводимости.
Тема 2.1 Феноменологическая теория . Теория Гинзбурга-Ландау. Квант потока. Уравнение Лондона. Длина когерентности. Тема 2.2 Микроскопическая теория. Куперовское спаривание. Теория сверхпроводимости БКШ (основные положения).
Вихри в сверхпроводниках и их основные свойства.
Тема 3.1. Вихри Абрикосова Решетка вихрей Абрикосова. Свойства одиночного вихря. Взаимодействие вихрей. Тема 3.2. Решетка вихрей. Пиннинг вихрей. Взаимодействие вихрей с дефектами. Теория коллективного пиннинга. Методы исследования решеток вихрей.
Эффект Джозефсона. Сверхпроводимость в тонких пленках.
Тема 4.1 Эффект Джозефсона. Туннелирование и эффект Джозефсона. Элементы Джозефсона. Тема 4.2 Сверхпроводимость тонких пленок. Свойства тонких пленок. Эффект близости. Анизотропные сверхпроводники.
Различные типы сверхпроводников и их использование.
Тема 5.1 Применения сверхпроводников . Технологические сверхпроводники. Использование сверхпроводников. Тема 5.2 Высокотемпературная сверхпроводимость. Высокотемпературная сверхпроводимость. Высокотемпературные сверхпроводники в магнитном поле. Сверхпроводимость пниктидов. Тема 5.3 Необычная сверхпроводимость. Сверхпроводимость тяжелофермионных соединений. Сверхпроводимость полупроводников (алмаз, кремний). Органические сверхпроводники. Экзотические сверхпроводники.

Элементы контроля

Контрольная работа 1
Контрольная работа включает письменное решение трех задач в выбранном каждым студентом билете по темам пройденного материала в течение 1.5 часов.
Контрольная работа 2
Контрольная работа включает письменное решение трех задач в выбранном каждым студентом билете по темам пройденного материала в течение 1.5 часов.
Домашние работы и работа на семинарах
Оценивается экспертным мнением преподавателя
Экзамен
Проводится в устной форме. Билет содержит 2 вопроса.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (3 модуль)
0.2 * Домашние работы и работа на семинарах + 0.15 * Контрольная работа 1 + 0.15 * Контрольная работа 2 + 0.5 * Экзамен

Программа дисциплины