超伝導体総論

Physics of Superconductor

991FC01

15PHCMP502

宮川　宣明

Nobuaki MIYAKAWA

2023年度後期

Second semester, 2023

金曜2限

Fri, 10:30-12:00

理学研究科　応用物理学専攻

Department of Applied Physics, Graduate School of Science

2.0単位

講義

Lecture

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オンライン授業（同期）/Online (synchronized remote)

本講義では超伝導体研究の歴史、基本的性質の理解、現象論的取り扱い、微視的理論を学ぶ

Learning the basics of superconductivity (history, basic properties, phenomenological handling and microscopic theory)

超伝導の現象論的および微視的理論を学ぶことによって超伝導体の基本的性質を理解することを目的とする。
本講義は本専攻のディプロマポリシー「物理学の基礎あるいはその応用分野において高度な専門的学識と研究能力を持つことで、その分野の諸問題を解決できる能力」を身に付けることに相当する科目である．


To understand the fundamental properties of superconductors by learning the phenomenological and microscopic theories of superconductivity.

Finally, students will develop the mindset of an independent researcher in applied physics.

超伝導体の様々な実験的事実の知識を身に付け、超伝導を取り扱う基礎的な理論的枠組みを理解する。また、超伝導材料がどのように応用されるかも理解する。

Acquire knowledge of various experimental results of superconductors and understand the fundamental theoretical framework of superconductivity. In addition, students will learn how superconducting materials are applied.

特になし

No prerequisites

課題に対する作文　Essay

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各回の予習（2時間/回）
各回の講義内容を十分に復習しておくこと。（2時間/回）

Preparation and Review of each lecture content
(2 hours)

数回の中間レポートと最終レポートにより評価。

Evaluated by several mid-term reports and a final report.

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

丹羽雅昭著「超伝導の基礎」東京電機大学出版
小池洋二著　超伝導　内田老鶴圃
超伝導ハンドブック、福山秀俊・秋光純編　朝倉書店
その他。必要に応じて講義中に適宜必要な論文や参考書を紹介する。

Course materials and journal articles will be announced in lectures.

第１回：ガイダンスおよび超伝導体の歴史&実験事実　（液体ヘリウムの液化成功から現在までの超伝導歴史を知ることができるようになる）
第２回：超伝導体の熱力学および2流体モデル （現象論的モデルとしてCorter-Casimirの2流体モデルを理解できるようになる）

第３〜４回：ロンドン方程式（マイスナー効果を説明するLondon方程式を理解できるようになり、その物理的意味を理解できるようになる）
ピパード方程式（不純物効果添加した時の実験結果の理解ができるようになる）

第５回：相転移に関するランダウの一般論

第６〜７回：GL理論　（Landauの相転移論より、GL方程式を導き、フラクソイドの量子化、表面エネルギー、第1種及び第2種超伝導体を理解できるようになる）

第8回：超伝導体の磁気的振る舞い

第9~11回　微視的理論への準備（第二量子化、場の量子化、フォノンを介した相互作用を理解できるようになる）

第１2〜１4回：BCS理論　（物理学の金字塔と言われるBCS理論を理解できるようになる）

第15回：超伝導体の応用 （超伝導材料がどの様な分野で応用できるのかを理解できるようになる）

1.History & Experimental Facts of Superconductors

2.The thermodynamics of superconductors and two fluid model by Gorter-Casimir

3-4. London theory and its physical meaning (Understanding the Meissner effect)
　　Pippard’s phenomenology (Understanding the Impurity Effect)

５. Landau’s theory on phase transition　　

6-7. Ginzburg-Landau theory (Learn the following: derivation of GL-equation, quantization of fluxoid, surface energy, two kinds of superconductors)

8. Magnetic properties of superconductors

9. Introduction to microscopic theory (Learn the following: field operators, properties of free particle systems, density of states, electron-phonon interaction)

10-14. BCS theory (Learn the following: attractive interaction between electrons, Cooper pair, BCS ground states, BCS reduced Hamiltonian, excited states, mean field approximation, behavior of the gap function at finite temperatures, calculation of thermodynamic physical quantities in superconducting states, quasiparticle density of states, electromagnetic mechanics of superconductors)


15. Application of superconductors

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必要に応じてLETUSを利用するので、チェックすること

As LETUS will be used as necessary, be sure to check it.