Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Superconductivity and Superfluity
Course of study:
2018/2019
Code:
JFM-2-003-DE-s
Faculty of:
Physics and Applied Computer Science
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Dozymetria i elektronika w medycynie
Field of study:
Medical Physics
Semester:
0
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
dr hab. Woch Wiesław Marek (wmwoch@agh.edu.pl)
Academic teachers:
mgr inż. Zalecki Ryszard (zalecki@agh.edu.pl)
dr hab. Woch Wiesław Marek (wmwoch@agh.edu.pl)
Module summary

Poznanie podstawowych zjawisk z zakresu nadprzewodnictwa i nadciekłości, podstawowych metod pomiarowych i elementów teorii.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 potrafi konstruktywnie współpracować w zespole rozwiązującym problemy laboratoryjne FM2A_W02, FM2A_W01 Activity during classes,
Test,
Participation in a discussion,
Execution of laboratory classes
M_K002 angażuje się w dyskusję w grupie, jak również z prowadzącym, i potrafi dobrze sformułować swoje argumenty FM2A_W02, FM2A_W01 Activity during classes,
Oral answer,
Participation in a discussion,
Test results,
Completion of laboratory classes
Skills
M_U001 Student potrafi zmierzyć i opracować opornościowe i magnetyczne przejście do stanu nadprzewodnictwa Student potrafi wytworzyć nadprzewodnik wysokotemperaturowy typu Y-Ba-Cu-O, Student potrafi wskazać, które nadprzewodniki mają zastosowania w technice w formie litej i cienkowarstwowej, FM2A_W02, FM2A_W01 Activity during classes,
Test,
Execution of laboratory classes
M_U002 potrafi zmierzyć i opisać właściwości przejścia do stanu nadciekłego w helu 4, przy użyciu kriostatu helowego z He4Student potrafi scharakteryzować obie nadciekłe fazy Helu 4 i Helu 3 FM2A_W02, FM2A_W01 Activity during classes,
Test,
Execution of exercises,
Test results
Knowledge
M_W001 Student posiada wiedzę o właściwościach fizycznych oraz zna i rozumie definicje wielkości fizycznych charakteryzujących stan nadprzewodzący t.j. temperatura przejścia, oporność, namagnesowanie, ciepło właściwe, pola i prądy krytyczne, struktura worteksów, kwantowanie strumienia pola magnetycznego,Student potrafi wymienić najważniejsze klasy nadprzewodników FM2A_W02, FM2A_W01 Activity during classes,
Test,
Execution of laboratory classes
M_W002 posiada wiedzę o właściwościach fizycznych oraz zna i rozumie definicje wielkości fizycznych charakteryzujących stan nadciekły t.j.temperatura przejścia, współczynnik lepkości,gęstość, ciepło właściwe, kwantowanie wirów prędkości, FM2A_W02, FM2A_W01 Activity during classes,
Oral answer,
Participation in a discussion,
Execution of laboratory classes,
Test results
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 potrafi konstruktywnie współpracować w zespole rozwiązującym problemy laboratoryjne + - + - - - - - - - -
M_K002 angażuje się w dyskusję w grupie, jak również z prowadzącym, i potrafi dobrze sformułować swoje argumenty + - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi zmierzyć i opracować opornościowe i magnetyczne przejście do stanu nadprzewodnictwa Student potrafi wytworzyć nadprzewodnik wysokotemperaturowy typu Y-Ba-Cu-O, Student potrafi wskazać, które nadprzewodniki mają zastosowania w technice w formie litej i cienkowarstwowej, + - + - - - - - - - -
M_U002 potrafi zmierzyć i opisać właściwości przejścia do stanu nadciekłego w helu 4, przy użyciu kriostatu helowego z He4Student potrafi scharakteryzować obie nadciekłe fazy Helu 4 i Helu 3 + - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student posiada wiedzę o właściwościach fizycznych oraz zna i rozumie definicje wielkości fizycznych charakteryzujących stan nadprzewodzący t.j. temperatura przejścia, oporność, namagnesowanie, ciepło właściwe, pola i prądy krytyczne, struktura worteksów, kwantowanie strumienia pola magnetycznego,Student potrafi wymienić najważniejsze klasy nadprzewodników + - + - - - - - - - -
M_W002 posiada wiedzę o właściwościach fizycznych oraz zna i rozumie definicje wielkości fizycznych charakteryzujących stan nadciekły t.j.temperatura przejścia, współczynnik lepkości,gęstość, ciepło właściwe, kwantowanie wirów prędkości, + - + - - - - - - - -
Module content
Lectures:
Nadprzewodnictwo i nadciekłość

1.Zerowa oporność i idealny diamagnetyzm; 2 godz.
2.Nadprzewodnictwo pierwszego i drugiego rodzaju; 1 godz.
3.Pola i prądy krytyczne; termodynamika stanu nadprzewodzącego 2 godz.
4.Sieć worteksów i siła piningu – 2 godz.
5.Kwantowanie strumienia; mikroskopowe wielkości charakteryzujące nadprzewodnik – 2 godz.
6.Teorie nadprzewodnictwa; – 3 godz.
Fenomenologiczna teoria Londonów,
Teoria Ginzburga- Landaua- Abrikosova- Gorkova,
Zarys teorii Bardina- Coopera- Schriefera,
7.Przegląd materiałów nadprzewodzących- 4 godz:
związki typu A-15, stopy,nadprzewodniki magnetyczne,
związki ciężkofermionowe,nadprzewodniki organiczne,
nadprzewodniki wysokotemperaturowe miedziowo-tlenowe, nadprzewodniki wysokotemperaturowe żelazowo-arsenowe i inne.
8.Nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe; 2 godz.
9.Zastosowania nadprzewodników: 4 godz.
druty i magnesy nadprzewodzące, cienkie warstwy, elementy logiczne na złączach Josephsona,interferencyjny magnetometr nadprzewodzący , magazyny energii, inne
10.Właściwości ciekłego helu; diagramy fazowe – 2 godz. 11.Nadciekłość helu 4 i helu 3: 2 godz.
12.Specyficzne zjawiska w nadciekłym helu: efekt termomechaniczny, płynięcie warstwy, efekt fontannowy, drugi dzwięk- 2 godz.
13.Stan podstawowy i wzbudzenia elementarne w nadciekłym He-II, teoria i kryterium Landaua, kwantyzacja wirów, rotony, sieć wirów w nadcieczach- 2 godz.

Laboratory classes:
Nadprzewodnictwo i nadciekłość

Opis: Studenci wykonują 5 ćwiczeń laboratoryjnych w grupach ok. 5 osób w laboratoriach naukowych Katedry Fizyki Ciała Stałego wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej
Zadania do wykonania:
1.Przygotowanie wysokotemperaturowego nadprzewodnika typu Y-Ba-Cu-O – 5 godz.
Efekty kształcenia:student potrafi opisać poszczególne etapy przygotowania nadprzewodnika metodą reakcji w fazie stałej i wytworzyć taki nadprzewodnik
2.Pomiar oporowego i magnetycznego przejścia do stanu nadprzewodzącego nadprzewodnika wysokotemperaturowego–5 godz.
Efekty kształcenia:student potrafi zmierzyć przejście nadprzewodzące metodą czteropunktowego pomiaru oporu lub metodą mostkowego pomiaru magnetycznej podatności dynamicznej
3.Przeprowadzenie zjawiska lewitacji – 2 godz.
Efekty kształcenia: student potrafi opisać i przeprowadzić pokaz zjawiska lewitacji magnesu Nd-Fe-B nad wysokotemperaturowym nadprzewodnikiem typu Y-Ba-Cu-O przy użyciu kriostatu azotowego.
4.Pomiary prądów krytycznych i pól nieodwracalności nadprzewodnika wysokotemperaturowego – 3 godz.
Efekty kształcenia: student potrafi wykonać pomiar prądu i magnetycznych pól krytycznych metodą transportową i magnetyczną
5.Opcjonalnie: pokaz przejścia do stanu nadciekłego dla Helu 4 – 2 godz.
Efekty kształcenia: Student potrafi zaprojektować i opisać sposób obserwacji przejścia do stanu nadciekłego Helu 4 w kriostacie helowym.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 110 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Participation in lectures 30 h
Participation in laboratory classes 15 h
Realization of independently performed tasks 40 h
Preparation for classes 10 h
Contact hours 10 h
Preparation of a report, presentation, written work, etc. 5 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Oceny z ćwiczeń laboratoryjnych (L) oraz z kollokwium zaliczeniowego (K) obliczane są następująco:
Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ocen z kolokwium (K) i z ćwiczeń laboratoryjnych (L):
OK = 0.5 x K + 0.5 x L

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość podstaw fizyki ciała stałego.

Recommended literature and teaching resources:

1. W.M. Woch– Materiały pomocnicze do przedmiotu: Nadprzewodnictwo i nadciekłość http://home.agh.edu.pl/~wmwoch
2. Wstęp do nadprzewodnictwa i nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe, M Cyrot and D Pavuna , PWN, 2003; tłum. z ang. (Introduction to Superconductivity, M Cyrot and D Pavuna, World Scientific, 1995).
3. Superfluidity and Superconductivity, D Tilley , J Tilley , Institute of Physics Publishing, Oxford, 1986
4. High- temperature Superconductivity, G Burns , Academic Press, London, 1992
5. Rozdziały w książkach Fizyki Ciała Stałego

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

R.Zalecki, W.Woch, M.Chrobak, A.Kołodziejczyk
AC Susceptibility of YBCO 1:2:3 Films on Silver Substrates
Acta Physica Polonica A, 126/4A (2014) 13-15

R.Zalecki, W.Woch, A.Kołodziejczyk, W.T.Konig, G.Gritzner

Penetration Depth of Tl2Ba2Ca2Cu3Oy and Tl0.58Pb0.4Sr1.6Ba0.4Ca2Cu3Oy Bulk Superconductors
Acta Physica Polonica A, 126/4A (2014) 133-136

M.Chrobak, W.Woch, G.Szwachta, R.Zalecki, Ł.Gondek, A.Kołodziejczyk, J.Kusiński
Thermal Fluctuations in YBCO Thin Film on MgO Substrate
Acta Physica Polonica A, 126/4A (2014) 88-91

R. Zalecki, W.M. Woch, M. Chrobak, A. Kołodziejczyk,
Penetration Depth of Magnetic Field into YBa2Cu3Ox Film on Polycrystalline Ag Substrate, Acta Phys. Pol. A 127 (2015) 272.

M. Chrobak, W.M. Woch, R. Zalecki, A. Kołodziejczyk,
Thermal Fluctuations of Bismuth Based 1G Tape,
Acta Phys. Pol. A 127 (2015) 306.

W.M. Woch, M. Chrobak, M. Kowalik, R. Zalecki, J. Przewoźnik, Cz. Kapusta, Magnetoresistance and irreversibility fields of bismuth based 1G tape,
J. Supercond. Nov. Magn. 29 (2016) 2333–2336,

W.M. Woch, M. Chrobak, M. Kowalik, R. Zalecki, M. Giebułtowski, J. Niewolski, Ł. Gondek,
Magnetoconductance of Bi1.6Pb0.4Sr2Ca2Cu3Ox bulk superconductor in the fluctuation region
Journal All. Comp. 692 (2017) 359.

W.M. Woch, R. Zalecki, M. Chrobak, A. Kołodziejczyk,
Critical Currents of Bismuth 1G Tape,
Acta Phys. Pol. A 127 (2015) 315.

Additional information:

W zajęciach uczestniczą studenci po kursie Fizyki, (na pierwszym czy drugim roku), zawierającym Elementy Fizyki Ciała Stałego.

Zaległości związane z nieobecnością na zajęciach laboratoryjnych zostaną odrobione w dodatkowo ustalonym terminie z prowadzącym zajęcia.