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物性科学２ （本科目は物理学科の「物性物理学２」として開講する）
| 科目名 平成27年度以前入学者 |
物性科学２ （本科目は物理学科の「物性物理学２」として開講する） | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 教員名 | 石田浩 | ||||
| 単位数 | 2 | 学年 | 3 | 開講区分 | 文理学部 |
| 科目群 | 物理学科、生命科学科 | ||||
| 学期 | 後期 | 履修区分 | 選択必修 | ||
| 授業概要 | “物性”すなわち、物質の性質をミクロの物理法則から理解する |
|---|---|
| 授業のねらい・到達目標 | 物性物理学の目的は、物質の巨視的な性質（色、硬さ、電気特性など）を、物質中のイオンと電子の振舞いにさかのぼって微視的に理解することである。この際、イオンや電子の運動を記述するため量子力学が必要となり、また熱平衡状態の莫大な個数の粒子を扱うため統計力学が必要となる。本講義では、固体の電子物性を中心に学ぶ。まず、自由電子モデルを用いて、波数空間、状態密度、フェルミ準位等の概念に親しむ。次に結晶格子ポテンシャルによって、電子のエネルギーバンド構造が生じることを学ぶ。エネルギーバンド構造に基づいて、固体の電気物性（金属、半導体、絶縁体）や光学特性が理解できることを示す。また電子と格子振動の結合によって超伝導状態が発生することを学ぶ。 この科目は文理学部（学士（理学））のディプロマポリシーDP6及びカリキュラムポリシーCP9に対応しています。 |
| 授業の方法 | 通常の講義形式の授業を行う。 本授業の事前・事後学習は，各２時間の学習を目安とします。 |
| 授業計画 | |
|---|---|
| 1 |
イントロダクション 授業テーマや到達目標および授業の方法について説明する 【事前学習】 次回テーマに関して参考書等に目を通しておく 【事後学習】 ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと |
| 2 |
古典電子論による金属の誘電率計算、プラズマ振動、光の反射率 【事前学習】 次回テーマに関して参考書等に目を通しておく 【事後学習】 ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと |
| 3 |
自由電子モデル１：電子のシュレーディンガー方程式、周期境界条件、波数空間 【事前学習】 次回テーマに関して参考書等に目を通しておく 【事後学習】 ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと |
| 4 |
自由電子モデル２：フェルミ波数、フェルミエネルギー、フェルミ面、状態密度 【事前学習】 次回テーマに関して参考書等に目を通しておく 【事後学習】 ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと |
| 5 |
金属の電気伝導１：外場中の電子の運動方程式 【事前学習】 次回テーマに関して参考書等に目を通しておく 【事後学習】 ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと |
| 6 |
金属の電気伝導２：緩和時間、電気抵抗、電気伝導率 【事前学習】 次回テーマに関して参考書等に目を通しておく 【事後学習】 ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと |
| 7 |
エネルギーバンド構造１：周期ポテンシャル中の電子のシュレーディンガー方程式 【事前学習】 次回テーマに関して参考書等に目を通しておく 【事後学習】 ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと |
| 8 |
エネルギーバンド構造２：Brillouinゾーン、エネルギーバンド、バンドギャップ 【事前学習】 次回テーマに関して参考書等に目を通しておく 【事後学習】 ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと |
| 9 |
エネルギーバンド構造３：金属と絶縁体 【事前学習】 次回テーマに関して参考書等に目を通しておく 【事後学習】 ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと |
| 10 |
半導体の物理：真性半導体 【事前学習】 次回テーマに関して参考書等に目を通しておく 【事後学習】 ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと |
| 11 |
半導体の物理：不純物半導体 【事前学習】 次回テーマに関して参考書等に目を通しておく 【事後学習】 ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと |
| 12 |
半導体の物理：pn接合、ダイオード、トンネルダイオード、トランジスタ 【事前学習】 次回テーマに関して参考書等に目を通しておく 【事後学習】 ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと |
| 13 |
超伝導の熱力学 【事前学習】 次回テーマに関して参考書等に目を通しておく 【事後学習】 ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと |
| 14 |
超伝導の微視的な理論 【事前学習】 次回テーマに関して参考書等に目を通しておく 【事後学習】 ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと |
| 15 |
授業の総括と復習 【事前学習】 次回テーマに関して参考書等に目を通しておく 【事後学習】 ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと |
| その他 | |
|---|---|
| 教科書 | 使用しない |
| 参考書 | 使用しない |
| 成績評価の方法及び基準 | 授業内テスト(70%)、授業参画度(30%) 出席回数が十分でない場合は成績評価の対象としない |
| オフィスアワー | 授業内容に関する質問は授業後あるいは学科事務室で受け付けます。その後、時間を調整して、物理学科図書室または本館1階で応対します。 |