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Area di Fisica Universita' Roma Tre - Didattica - Laurea Triennale - Stage Laurea Triennale
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Stage Laurea Triennale

Lo stage e’ previsto solo per gli studenti immatricolati nell’ A.A. 2005-2006 e precedenti.
Per le regole dello stage chiedere in segreteria didattica.


Proposte di Stage Elettrodinamica di superconduttori non convenzionali
Elettrodinamica di superconduttori non convenzionali.

Prof. Enrico Silva, stanza 151B, tel. 06 55177205, silva@fis.uniroma3.it
Prof. Romolo Marcon, stanza 151, tel. 06 55177230

Laboratorio di Superconduttivita` e Microonde, stanza 152 (piano terra)

Descrizione generale:
La superconduttivit¨¤ rappresenta uno dei fenomeni pi¨´ spettacolari della fisica della materia condensata. Quando un materiale superconduttore viene raffreddato sotto una determinata temperatura caratteristica (temperatura critica o di transizione), la corrente elettrica pu¨° scorrere con resistenza nulla. Allo stesso tempo, un eventuale campo di induzione magnetica viene espulso (in tutto o in parte: lo studio di questo secondo tipo di superconduttori ¨¨ valso il Premio Nobel nell'anno 2003 ad A. Abrikosov e V. Ginzburg, www.nobel.se/physics/laureates/2003/) dal materiale superconduttore (effetto Meissner, caratteristica che lo differenzia da un "semplice" conduttore perfetto). La superconduttivit¨¤ ¨¨ una manifestazione macroscopica della natura quantistica della materia: l'esistenza di una debole interazione attrattiva fra elettroni del materiale (come quella dovuta all'interazione elettrone-fonone) determina la trasformazione dello stato fondamentale dal normale gas di Fermi ad uno stato in cui le eccitazioni fondamentali sono sistemi legati di due elettroni con spin e quantit¨¤ di moto opposti (coppie di Cooper). Fino agli anni 80 la superconduttivit¨¤ veniva considerata esaurientemente descritta dalla teoria microscopica BCS (dagli autori Bardeen, Cooper e Schrieffer, premi Nobel nel 1972 - www.nobel.se/physics/laureates/1972/) veniva considerata come esaustiva nel descrivere i fenomeni superconduttivi. Nel 1986 M¨¹ller e Bednorz (Nobel nel 1987, www.nobel.se/physics/laureates/1987/) scoprirono, con il La1.85Ba0.15CuO4, (Tc ¡Ö 35 K) i capostipiti di una nuova famiglia di superconduttori a base di ossido di rame, i cosiddetti superconduttori cuprati. La scoperta diede inizio a uno sviluppo esplosivo delle ricerche sulla superconduttivit¨¤: nel volgere di pochi anni furono scoperti cuprati con Tc fino a 137 K a pressione atmosferica, ma allo stesso tempo i meccanismi fisici che portano alla superconduttivit¨¤ tali materiali restano dibattuti. La variet¨¤ di materiali superconduttori conosciuti ¨¨ aumentata di molto negli ultimi anni: nel 2001 viene scoperta la superconduttivit¨¤ nell'MgB2 (Tc = 39 K) materiale metallico con caratteristiche tali da non poter essere facilmente descritto con la teoria BCS.
I vari aspetti della superconduttivit¨¤ non convenzionale vengono attualmente studiati in centinaia di laboratori nel mondo, usando tutte le possibili tecniche sperimentali proprie della Fisica della Materia Condensata. Fra tutte queste tecniche, nel nostro laboratorio si effettuano studi di assorbimento di microonde.
L'assorbimento di microonde (frequenze dell'ordine di 1¡Â100 GHz) rappresenta una sonda sperimentale estremamente utile nello studio delle propriet¨¤ dello stato solido (esempi: effetto Hall quantistico, dinamica dei portatori di carica in metalli, superconduttori e semiconduttori, NMR, ESR - risonanza di spin, eccetera). In numerosi casi la frequenza di misura ¨¨ di molto inferiore alle energie caratteristiche degli stati microscopici, e la descrizione dell'interazione sonda-sistema ¨¨ effettuabile in maniera classica. In questi casi, la descrizione della risposta avviene usualmente attraverso la funzione impedenza superficiale, che ¨¨ peraltro la grandezza collegata direttamente alle quantit¨¤ misurate in laboratorio.
Aspetto peculiare dell'impedenza superficiale Z = R + iX ¨¨ la presenza simultanea, sia in R che in X, di contributi relativi sia alla parte reale che alla parte immaginaria della conducibilit¨¤. Tale particolarit¨¤ si dimostra di utilit¨¤ estrema nello studio dei superconduttori: pur essendo Z una propriet¨¤ di trasporto elettrico, essa resta ben misurabile e fornisce importanti informazioni anche per temperature ben al di sotto della transizione, dove la resistenza dc ¨¨ rigorosamente nulla. In particolare, sono ottenibili stime della densit¨¤ di portatori condensati nello stato super, nonch¨¦ delle lunghezze caratteristiche di un superconduttore (lunghezza di coerenza e di penetrazione).

La parte di stage, comune a tutte le tesi, consiste nella necessaria familiarizzazione e studio dei fondamenti della superconduttivit¨¤ (con attenzione anche all'effetto di campi magnetici esterni), nonch¨¦ delle tecniche di misura a microonde. In particolare si affronteranno i seguenti aspetti generali:
¨C Fenomenologia dei superconduttori.
¨C Elettrodinamica dei London.
¨C Penetrazione del campo elettromagnetico e impedenza superficiale.
¨C Misura dell'impedenza superficiale mediante l'uso di cavit¨¤ risonanti.
¨C Principali sorgenti di errore nella misura dei parametri di una cavit¨¤.
Durante lo stage gli studenti si confronteranno con tecniche caratteristiche degli esperimenti di fisica dello stato solido, fra cui produzione di alto vuoto e criogenia, nonch¨¦ con alcune problematiche relative alle onde e.m. guidate.

Le tesi consisteranno in gran parte nell'acquisizione di misure di impedenza superficiale (parte reale e immaginaria) in vari superconduttori non convenzionali (cuprati "paradigmatici" quali YBa2Cu3O7 e Bi2Sr2CaCu2O8, MgB2), al variare della temperatura e del campo magnetico applicato. Tale fase di "presa dati" sar¨¤ seguita dall'analisi in termini di modelli teorici noti. L'acquisizione di risultati originali non condiziona la conclusione della tesi, che ¨¨ invece focalizzata sulla comprensione, inquadramento e analisi di un determinato esperimento.
Data la complessit¨¤ della fisica e della scienza dei materiali dei superconduttori non convenzionali, il lavoro di ricerca su cui si innesteranno le tesi assegnate prevedono collaborazioni con altre istituzioni.

Alcuni titoli disponibili:

- Misure di impedenza superficiale in film superconduttori di MgB2 (in collaborazione con ENEA-Frascati e con Istituto Elettrotecnico Nazionale ¡°Galileo Ferraris¡± di Torino)
- Resistenza superficiale di YBa2Cu3O7 cresciuto su Si per applicazioni elettroniche (in collaborazione con Politecnico di Torino e CNR-Pozzuoli)
- Impedenza superficiale di monocristalli di Bi2Sr2CaCu2O8 nello stato misto (in collaborazione con Brookhaven National Laboratories)
- Effetti delle fluttuazioni termiche nella transizione superconduttiva dell' YBa2Cu3O7 (in collaborazione con Universit¨¤ di Salerno, Universit¨¤ "La Sapienza")
- Impedenza superficiale di film sottili di [RE]Ba2Cu3O7 (RE: terre rare) (in collaborazione con Universit¨¤ di Salerno).
- Effetti della microstruttura sull'impedenza superficiale di monodomini di [RE]Ba2Cu3O7 (RE: terre rare) (in collaborazione con Universit¨¤ di Liegi (Belgio).






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