Kursplan för Supraledning och lågtemperaturfysik

En grundkurs i kvantmekanik (t.ex. FUF040), och en grundkurs i fasta tillståndets fysik eller fasta tillståndets elektronik (t.ex. FFY011).

Fysikaliska fenomen studeras ofta vid låg temperatur, särskilt inom fasta tillståndets fysik, där koherenta effekter ofta uppträder. Kursen behandlar tre närliggande områden:
1. Supraledare, som beskrivs både mikroskopiskt och makroskopiskt, bl.a. Josephsoneffekten. 2. Supravätskor och Bose Einstein kondensat. 3. Lågtemperaturteknik, inkluderande kyltekniker, temperaturmätning och fysikaliska egenskaper hos material vid låga temperaturer. Kursen är lämplig för den som vill fortsätta med forskning inom fysik.

Förklara de grundläggande egenskaperna hos både hög-Tc och låg-Tc supraledare. Tillämpa Londons ekvationer för supraledare för att förklara deras elektromagnetiska egenskaper. Beskriva termodynamiska egenskaper hos supraledare. Med hjälp av Ginzburg Landau teori beskriva olika längdskalor såsom penetrationsdjup och koherenslängd, och förklara skillnaderna mellan typ I och typ II-supraledare. Redogöra för de grundläggande idéerna bakom BCS-teorin, som Cooper-par, energigapet och tätheten av tillstånd för exitatationer. Beskriva fasdiagram för både helium-3 och helium-4. Beskriv hur Bose-Einstein kondensation kommer till stånd. Beskriv suprafluidfenomen som, "rollin film", fontäneffekten och andra ordningens ljud. Beskriva olika kylningsmetoder som används både över och under 1 Kelvin. Förklara fysikaliska egenskaperna hos olika material vid låg temperatur.

Kursen kan ses som en tillämpning av kurser i kvantfysik, fasta tillståndets fysik, elektrodynamik och termodynamik. Kursen består av tre delar : 

SUPRALEDNING: Grundläggande egenskaper hos supraledare, termodynamik, supraledare i magnetfält, Londons ekvationer, elektromagnetiska egenskaper, penetrationsdjup, Ginzburg - Landau teori, koherenslängd , typ I och typ II- supraledare, BCS-teorin , andra kvantisering , Cooper - par, energigapet, Josephsoneffekter och SIS-tunling

Hög Tc supraledare: struktur , d - våg symmetri , fasdiagram , Översikt över tillämpningar, SQUIDar, mikrovågsugn, effekttillämpningar.

SUPRAFLUIDITET: Egenskaper hos flytande helium-4, fasdiagrammet, supraflytande fenomen , rollin film , fontän effekt , andra ordningens ljud excitationer och virvlar i supravätskor, egenskaper hos flytande helium-3, fasdiagram, symmetri egenskaper hos supraflytande helium-3

Cryogenics: Termiska och elektriska egenskaper för olika material vid låg temperatur, kylmetoderna ovanför 1K , Joule-Tomphson, Gifford-McMahon , förångningskylning, förvätskning av helium, kylmetoder under 1K , utspädningskylning ​​, adiabatisk avmagnetisering, Pomerantchuckkylning

Kursen omfattar föreläsningar (ca 32 timmar), två laborationer (Josephson effekt och supraflytande helium) och hemuppgifter.

Lärobok: J.R. Waldram: Superconductivity of metals and cuprates (Institute of Physics Publ., Bristol, 1996, pbk) samt föreläsningsanteckningar.

Kursen avslutas med en skriftlig tentamen. Det finns två obligatoriska laborationer.