Seminario de Superconductividad y Superfluidez

La superconductividad y la superfluidez son fenómenos cuánticos con efectos sorprendentes, como la levitación y el efecto fuente, y con múltiples aplicaciones tecnológicas, como la fabricación de imanes superpotentes o la computación cuántica. A pesar de que se conocen desde hace más de un siglo, aún queda mucho por entender y descubrir.  Este seminario presenta los aspectos físicos fundamentales y las estrategias experimentales necesarias para entender dichos fenómenos.

Fechas: del 6 al 10 de Noviembre del 2023, de 17:00 a 20:00

Localización: Campus de Móstoles de la Universidad Rey Juan Carlos (URJC), Edificio Departamental 1, Salón de Grados 151

INSCRIPCIÓN: Rellena el formulario de inscripción en el siguiente enlace

Si eres estudiante de la URJC, puedes solicitar la convalidación de 16 horas de créditos. (1,6 créditos ECTS)

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Este seminario, organizado por el Grupo de Bajas Temperaturas de la URJC, consiste en una introducción al mundo de la investigación en superconductividad y superfluidez para el estudiante.
El seminario está dirigido a:

Si eres estudiante de la URJC, puedes solicitar la convalidación de 16 horas de créditos (1.6 créditos ECTS).

El objetivo general de este seminario es ofrecer una guía a través de algunos de los aspectos físicos fundamentales en los que se basan la superconductividad y la superfluidez, y de las estrategias experimentales utilizadas para entender dichos fenómenos.

El objetivo general de este seminario es ofrecer una guía a través de algunos de los aspectos físicos fundamentales en los que se basan la superconductividad y la superfluidez, y de las estrategias experimentales utilizadas para entender dichos fenómenos. Para ello, se han diseñado una serie de lecciones que permitan una información autocontenida en estas materias a partir de las aptitudes y conocimientos básicos obtenidos en los primeros cursos de un grado científico o tecnológico.

En la primera lección, se realizará una introducción al fenómeno de la superfluidez. Se presentarán distintos experimentos de principios del siglo XX en los que por primera vez se observó el fenómeno, y las primeras teorías descriptivas del fenómeno.

En la segunda lección, nos centraremos en la tecnología de criogenia, totalmente necesaria para estudiar tanto la superconductividad como la superfluidez. Daremos una descripción termodinámica de los ciclos de refrigeración totalmente enfocada a la consecución de las muy bajas temperaturas necesarias para la realización de este tipo de experimentos. Daremos unos breves apuntes sobre experimentos con presión y pasaremos a explicar el proceso de obtención superfluidez en Helio. También veremos un caso práctico, el proyecto NAUTILUS, que consiste en la levitación magnética de una esfera en He4, para mostrar con un experimento real las características y dificultades de este tipo de experimentos. Por último, mostraremos experimentos de superconductores, condensados de Bose-Einstein y superfluidos.

En la tercera lección presentaremos los resultados fundamentales de la teoría BCS de superconductividad. Para ello, tenemos que introducir el concepto de cuasipartícula, el de bandas electrónicas en materiales, el principio de exclusión de Pauli y las estadísticas cuánticas. Con todo ello, empezaremos con una descripción del condensado de Bose-Einstein para, a continuación, introducir el modelo de superconductividad BCS, en el que se condensan pares de Cooper dando lugar a un estado de conducción sin pérdidas.

En la cuarta lección nos centraremos en la descripción teórica de los superfluidos. Para ello, daremos una descripción inicial de fluidos, empezando por la ecuación de Boltzmann y una descripción del método de Chapman-Enskog para obtener las ecuaciones de la dinámica de fluidos. Usando esta descripción y la fenomenología descrita en la primera lección, mostraremos cómo adaptar estas ecuaciones para el caso del superfluido y presentaremos el modelo de los 2 fluidos, con sus éxitos y limitaciones. Concluiremos con una breve discusión sobre las condiciones de contorno del fluido y del superfluido con superficies y con una discusión sobre aspectos en los que valdría la pena profundizar, como es la vorticidad en fluidos y la cuantización de la misma en superfluidos, la aparición de estados ligados de Andreev y de Majorana, sobre dimensionalidad, sobre la turbulencia y los regímenes muy diluídos.

En la quinta lección nos centraremos en una descripción del condensado con la ecuación de Gross-Pitaevskii, que se usará para la modelización de singularidades tipo vórtice y sus consecuencias en la descripción de la turbulencia cuántica y de aquello que la diferencia de la turbulencia clásica.

Relación de investigadores y profesores participantes: