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凝縮系物理学特論

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令和2年度以降入学者 凝縮系物理学特論
令和元年度以前入学者 凝縮系物理学特論
教員名 久保康則
単位数    2 課程 前期課程 開講区分 文理学部
科目群 相関理化学専攻
学期 前期 履修区分 選択必修
授業の形態 オンデマンド型授業(12回の遠隔授業と3回の課題研究の組み合わせ。)

BlackboardコースID: 月曜4限―>20214110
授業概要 ミクロな要素(電子・原子・分子)が凝縮したマクロな系は、要素間の相互作用により、元の要素とは異なった新しい物理・化学現象が発現する。このような多数の要素が織りなす多様な物理・化学現象を量子論の視点から理解を深める。
授業のねらい・到達目標 原子・分子の電子状態の基本的な捉え方を量子論的な扱いにより学び、凝縮系が示す森羅万象の物理・化学現象のからくりを理解し、身に着ける。
授業の方法 授業の形式:【講義】
授業実施日(12回)に、オンデマンド教材(音声付きパワーポイント)を配信する。受講者はその教材を視聴し学習する。その際に課題を提示するので、課題を解いて期日までに(翌週の講義まで)所定の方法で提出すること。別途、課題研究を3回実施する。
履修条件 特になし。
授業計画
1 ガイダンス:授業のテーマ、到達目標及び授業の方法について説明する。[オンデマンド型]
【事前学習】シラバスを事前に確認すること。 (2時間)
【事後学習】第一回の課題を解き翌週の授業までに提出すること。 (2時間)
2 量子数と原子軌道:量子論の基礎テーマである水素原子のシュレーディンガー方程式の解を調べる。[オンデマンド型]
【事前学習】ハミルトニアンとシュレーディンガー方程式の関係を理解しておくこと。 (2時間)
【事後学習】第二回の課題を解き翌週の授業までに提出すること。 (2時間)
3 多電子原子と周期表:ヘリウム原子以降の原子の電子状態の捉え方を学ぶ。[オンデマンド型]
【事前学習】周期律表に見られる多電子原子の電子配置について調べておくこと。 (2時間)
【事後学習】第三回の課題を解き翌週の授業までに提出すること。 (2時間)
4 多電子原子の軌道エネルギー:水素原子と多電子原子の軌道エネルギーの相違について学ぶ。[オンデマンド型]
【事前学習】多電子原子の軌道エネルギーの特徴について調べておくこと。 (2時間)
【事後学習】第四回の課題を解き翌週の授業までに提出すること。 (2時間)
5 二体系の基礎:水素分子イオンのシュレーディンガー方程式の解と意味を探る。[オンデマンド型]
【事前学習】水素原子と水素イオン分子のハミルトニアンを表記し、その違いを理解しておくこと。 (2時間)
【事後学習】第五回の課題を解き翌週の授業までに提出すること。 (2時間)
6 二体系の解法:水素分子のシュレーディンガー方程式の解の問題点を探る。[オンデマンド型]
【事前学習】2電子以上からなる多粒子系のシュレーディンガー方程式の問題点を調べておくこと。 (2時間)
【事後学習】第六回の課題を解き翌週の授業までに提出すること。 (2時間)
7 変分原理:水素分子のシュレーディンガー方程式の変分原理による解法を学ぶ。[オンデマンド型]
【事前学習】変分原理について調べておくこと。 (2時間)
【事後学習】第七回の課題を解き翌週の授業までに提出すること。 (2時間)
8 自己無撞着解法:多電子系のシュレーディンガー方程式(永年方程式)を解く手段である自己無撞着法について学ぶ。[オンデマンド型]
【事前学習】自己無撞着法とは何かについて調べておくこと。 (2時間)
【事後学習】第八回の課題を解き翌週の授業までに提出すること。 (2時間)
9 多原子分子の電子状態I:原子価結合法の捉え方について学ぶ。[オンデマンド型]
【事前学習】原子価について調べておくこと。 (2時間)
【事後学習】第九回の課題を解き翌週の授業までに提出すること (2時間)
10 多原子分子の電子状態II:分子軌道法の捉え方について学ぶ。[オンデマンド型]
【事前学習】分子軌道とは何かを調べておくこと。 (2時間)
【事後学習】第十回の課題を解き翌週の授業までに提出すること。 (2時間)
11 多原子分子系の電子軌道:ヒュッケルによって提案された分子軌道法を学び分子の電子状態を探る。[オンデマンド型]
【事前学習】ヒュッケル近似とは何かを調べておくこと。 (2時間)
【事後学習】第十一回の課題を解き翌週の授業までに提出すること。 (2時間)
12 周期的境界条件:同一パターンの繰り返しからなる分子集合体の捉え方を学ぶ。[オンデマンド型]
【事前学習】周期的境界条件について調べておくこと。 (2時間)
【事後学習】第十二回の課題を解き翌週の授業までに提出すること。 (2時間)
13 バンド構造:分子集合体の電子状態を波数空間で記述する手法について学ぶ。[オンデマンド型と課題研究]
【事前学習】バンド構造とは何かについて調べておくこと。 (2時間)
【事後学習】ベンゼンのバンド構造についての課題研究をレポートにして提出すること。 (2時間)
14 金属と超伝導:金属が超伝導を示すシナリオについて学ぶ。[オンデマンド型と課題研究]
【事前学習】金属と超伝導の違いについて調べておくこと。 (2時間)
【事後学習】超伝導の電子状態についての課題研究をレポートにして提出すること。 (2時間)
15 絶縁体と超伝導:絶縁体が超伝導を示すシナリオについて学ぶ。[オンデマンド型と課題研究]
【事前学習】電子相関の強い電子状態について調べておくこと。 (2時間)
【事後学習】非従来型超伝導の電子状態についての課題研究をレポートにして提出すること。 (2時間)
その他
参考書 真船文隆 『「量子化学―基礎からのアプローチ」』 化学同人 2008年
岩本光正 『「電子物性の基礎―量子化学と物性論」』 朝倉書店 1999年
作道恒太郎 『「固体物理―磁性・超伝導―(修訂版)」』 裳華房 1993年
山本知之 『「量子物質科学入門―量子化学と固体電子論:二つの見方」』 コロナ社 2010年
大野公一 『「量子化学」』 岩波書店 2012年
成績評価の方法及び基準 レポート:12回の課題提示の提出と3回の課題研究の提出(60%)、授業参画度:オンデマンドの視聴状況(40%)
オフィスアワー メールを通しての質疑応答を行う。

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