Superconductivity

Enseignants

Abreu Araujo Flavio;

Langue
d'enseignement

Anglais
> Facilités pour suivre le cours en français

Préalables

Cours de Physique de la Matière Condensée (LMAPR1492) ou de Physique de l’Etat Solide (LPHYS1345) :  propriétés électroniques

Thèmes abordés

L'unité d'enseignement étudiera la supraconductivité sous un prisme expérimental et suivant la chronologie des découvertes majeures associées à la supraconductivité. Les thèmes abordés seront : explications théoriques de la supraconductivité, caractéristiques de l'état mixte dans les supraconducteurs de type II, domaines d'applications de la supraconductivité, phénomènes quantiques à l'échelle macroscopique dans les supraconducteurs (SQUID), supraconductivité à l'échelle nanoscopique. Des laboratoires de supraconductivité réalisés à basse température illustreront les concepts théoriques vus au cours.

Acquis
d'apprentissage

A la fin de cette unité d’enseignement, l’étudiant est capable de :
1	a.     Contribution de l'unité d'enseignement aux acquis d'apprentissage du programme (PHYS2M) AA1: A1.1, A1.3, A1.4 AA2: A2.2 AA5: A5.3 b.    Acquis d'apprentissage spécifiques à l'unité d'enseignement Au terme de cette unité d'enseignement, l'étudiant.e sera capable de : 1.   décrire les principaux phénomènes physiques en lien avec l'état supraconducteur ; 2.   expliquer les mécanismes physiques qui régissent l'état supraconducteur ; 3.   relier les propriétés supraconductrices des matériaux (notamment leur réponse à un champ magnétique) avec leurs longueurs d'échelle électroniques ; 4.   identifier et appréhender les divers domaines d'applications des matériaux supraconducteurs ; 5.   citer les classes de matériaux supraconducteurs en les illustrant d'exemples d'application ; 6.   identifier les phénomènes quantiques à l'échelle macroscopique dans les supraconducteurs ; 7.   comprendre les différences fondamentales enregistrées dans les propriétés de supraconducteurs à l'échelle nanoscopique ; 8.   appréhender par le biais de séances de laboratoires les méthodes expérimentales associées à la caractérisation électrique et magnétique de supraconducteurs et identifier les incertitudes des observations.

Contenu

1. Principaux faits expérimentaux de l'état supraconducteur et implications. 2. Revue des principales applications de la supraconductivité. 3. Description physique de la supraconductivité (modèles phénoménologiques, théorie BCS). 4. Supraconducteurs de type II et état mixte. 5. Phénomènes quantiques à l'échelle macroscopique dans les supraconducteurs (effets de phase, SQUID). 6. Supraconductivité non conventionnelle et supraconductivité à l'échelle nanométrique. 7. Projet personnel : approfondissement d'un domaine d'application et d'un thème théorique, concrétisé par un rapport écrit et une présentation lors d'un mini-symposium. 8. Laboratoires de caractérisation de supraconducteurs à basse température.

Méthodes d'enseignement

L'unité d'enseignement combine, à parts sensiblement égales, des cours magistraux et un petit projet personnel encadré.
Les cours magistraux (première partie du quadrimestre) posent les fondements expérimentaux et théoriques de la supraconductivité.
Le projet personnel se déroule en parallèle et est jalonné d'échéances intermédiaires (choix du sujet, plan, version préliminaire, séance de feedback) menant à un rapport écrit et à une présentation lors d'un mini-symposium rassemblant tous les étudiants en fin de quadrimestre. Chaque étudiant.e y traite un domaine d'application de la supraconductivité et l'articule avec un approfondissement théorique. Les documents (rapport et présentation) sont préparés à l'aide d'outils modernes et collaboratifs (gestion de versions avec Git, modèles de documents fournis).
Des laboratoires (lévitation supraconductrice, transition résistive d'un supraconducteur à haute température critique) sont proposés en parallèle des cours afin de rendre plus concrets les concepts théoriques présentés. Ils assurent une initiation aux méthodes expérimentales de caractérisation à basse température de matériaux supraconducteurs (mesures électriques et magnétiques) et à l'analyse des résultats obtenus (température et champ magnétique critiques, largeur de la transition supraconductrice, ...).

Modes d'évaluation
des acquis des étudiants

L'évaluation comporte deux volets :

1. un projet personnel réalisé durant le quadrimestre (50 % des points), comprenant un rapport écrit (20 %) ainsi qu'une présentation orale lors d'un mini-symposium organisé en fin de quadrimestre (30 %, incluant la qualité des supports, de l'exposé et la participation aux sessions de questions-réponses) ;
2. un examen oral individuel en session (50 % des points), portant sur le contenu des cours magistraux ainsi que sur le rapport et les présentations du symposium.

Le rapport de laboratoire (petits groupes d'étudiant.e.s) est intégré en annexe du rapport de projet.

Ressources
en ligne

Les supports de cours (diapositives), les notes de cours, les consignes et modèles pour le projet ainsi que les données des laboratoires sont disponibles sur MoodleUCL.

Bibliographie

Introduction to Superconductivity. Michael Tinkham. Series: (International series in pure and applied physics). New York, McGraw-Hill.
Superconductivity, Superfluids and Condensates. James F. Annett. University of Bristol. Oxford University Press.

Support de cours

• Les diapositives présentées durant les cours et des notes spécifiques à la supraconductivité sont disponibles sur MoodleUCL.

Faculté ou entité
en charge

> PHYS