Печать

Введение в физику сверхпроводников

Автор программы: профессор, д. ф.-м. н., Рязанов В.В.

Цель дисциплины: дать студенту систематическое изложение основ физики сверхпроводимости. Все полученные в курсе лекций результаты восходят к "первопринципам", так чтобы за выводом возможно было проследить от начала до конца.  Вместе с тем,  целью выводов часто является качественный результат и оценка по порядку величины, что позволяет избегать сложных теорий и расчетов, необходимых для получения точных результатов. Курс содержит современные материалы, связанные с особенностями сверхпроводимости наноструктур, сверхпроводящим транспортом в гибридных и низкоразмерных структурах.
Задачи: развитие у студентов навыков физического мышления, умения ставить и решать задачи по сверхпроводимости, свободно владеть основными определениями и терминологией в рамках данного курса.

Краткое содержание дисциплины:

1

История сверхпроводимости. Классы сверхпроводников. Идеальная проводимость и идеальный диамагнетизм. Эффект Мейсснера-Оксенфельда. Квазиклассическое уравнение сверхпроводимости. Квантование магнитного потока.
Градиентная инвариантность уравнений сверхпроводимости.

2

Линейная электродинамика сверхпроводников. Уравнения Лондонов. Глубина проникновения магнитного поля.
Кинетическая индуктивность.

3

Линейная электродинамика сверхпроводников. Распределение поля и тока в сверхпроводящей пластине, помещенной в магнитное поле. Комплексная проводимость, скин-эффект и поверхностный импеданс сверхпроводника.

4

Термодинамика сверхпроводников. Новый тип конденсированного состояния. Свободная энергия, критическое поле, энтропия и теплоемкость. Термодинамика магнитных систем.

5

Теория Гинзбурга-Ландау. Комплексный параметр порядка, симметрия параметра порядка. Уравнения Гинзбурга-Ландау. Параметр Гинзбурга-Ландау.

6

Применение теориии Гинзбурга-Ландау.
Эффект близости. Энергия NS-границы (нормальный металл - сверхпроводник). Сверхпроводники I и II рода.
Промежуточное состояние в сверхпроводниках I рода.
Критические поля и токи тонких пленок.

7

Обратимые магнитные свойства сверхпроводников II рода. Первое критическое поле и структура одиночного абрикосовского вихря. Второе и третье критические поля.

8

Взаимодействие абрикосовского вихря и сверхпроводящего тока. Сопротивление течения потока, модель Бардина-Стефена.

9

Необратимые магнитные свойства сверхпроводников II рода. Проникновение вихрей, повехностный барьер. Пиннинг и крип абрикосовских вихрей.

10

Слабая сверхпроводимость. Виды слабых связей. Эффекты Джозефсона. Генерация электромагнитных волн, ступени Шапиро.

11

Нормальное и джозефсоновское туннелирование в сверхпроводящих туннельных переходах. Энергия джозефсоновского перехода. Тепловые и квантовые флуктуации. Макроскопическое квантовое туннелирование в субмикронных структурах.

12

Отклик джозефсоновского перехода на магнитное поле. Сверхпроводящие квантовые интерферометры (сквиды). Сквид постоянного тока и высокочастотный сквид. Применения слабой сверхпроводимости.

13

Микроскопическая теория сверхпроводимости. Электрон-фононное взаимодействие, изотопический эффект в сверхпроводниках. Модель Бардина-Купера-Шриффера и другие модели сверхпроводимости. Высокотемпературные, органические и тяжелофермионные сверхпроводники.

14

Основное состояние сверхпроводника. Электроно- и дырочно-подобные возбуждения, спектр возбуждений в сверхпроводнике. Энергетическая щель в сверхпроводнике. Магнитные возмущения и бесщелевая сверпроводимость.

15

Андреевское отражение нормальных возбуждений на NS-границе, избыточный ток в сверхпроводящих нано-мостиках.

Общая трудоемкость дисциплины: 2 зачетные единицы.

Форма промежуточной аттестации: зачет с оценкой.