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2022年度 現代固体物理学 B (3026)

クラス基本情報

科目区分 基盤科目 教職科目 理科
単位数 1 選択・必修・自由 選択
授業形態 講義 主な使用言語 英語
開講時期 履修登録システム 使用する
履修登録期間 2022/10/07~2022/10/28 履修取消期限 2022/11/18

教育プログラム別の履修区分

プログラム名 IS BS MS DS DGI
履修区分
コア科目
履修方法 ・修士論文研究又は特別課題研究を履修する場合は、序論科目、基盤科目及び専門科目から14単位以上履修すること。
・課題研究を履修する場合は、序論科目、基盤科目及び専門科目から16単位以上履修すること。

授業科目概要

担当責任教員 松下 智裕
担当教員 松下智裕、香月浩之
教育目的/学修到達目標 【教育目的】
電気伝導・光学特性・磁性などの多様な物性は、固体の電子状態を基本概念としている。講義では、金属や半導体の諸物性を理解する上で必須となる電子の運動やエネルギーバンドの基本概念を中心に解説する。特にバンドギャップの理解は光ナノマテリアル研究のための重要な基礎となる。
【学修到達目標】
1) 固体のフォノン比熱について理解し、説明、記述できる。
2) バンド構造とについて理解し、説明、記述できる。
3) 金属の電子状態について理解し、説明、記述できる。
4) 半導体の電子状態について理解し、説明、記述できる。
5) 半導体デバイスの動作原理について理解し、説明、記述できる。
授業概要/指導方針 【授業概要/指導方針】
電子材料の諸物性を司る結晶性固体を念頭に置き、座学形式で講義を行う。全八回の講義を行い、内容は授業計画に記すよう、統計力学までを包含する固体物理学全体とする。成績評価は固体物理の基本概念の理解、基礎知識の習得を基準とし、評価は、試験、演習または宿題レポート等によって行う。
【授業時間外学習(予習・復習など)の目安】
各回毎に授業内で与えられたAssignmentの予習2時間
各回毎に復習2時間程度

授業計画

[1限目 9:20-10:50] [2限目 11:00-12:30] [3限目 13:30-15:00] [4限目 15:10-16:40] [5限目 16:50-18:20] [6限目 18:30-20:00]
回数 日付 [時間] 担当教員 テーマ 内容
1 11/17 [1] 香月 浩之 固体の弾性と格⼦振動 フックの法則(歪み、応⼒)、弾性波の運動⽅程式と縦波・横波、結晶の格⼦振動(LA/TA/LO/TOモード)
2 11/18 [1] 香月 浩之 フォノン フォノンの分散関係、比熱、デバイモデル、アインシュタインモデル、熱膨張、熱伝導率
3 11/21 [1] 松下 智裕 自由電⼦フェルミ気体 境界条件、1次元・2次元・3次元系の状態密度、フェルミエネルギー、電子密度のエネルギー・温度依存性、自由電⼦気体の例
4 11/22 [1] 松下 智裕 ⾦属の電気伝導 フェルミ球、電気伝導度、不純物・フォノン散乱、散乱時間、磁場内の運動、ホール効果
5 11/24 [1] 香月 浩之 自由電子近似のエネルギーバンド 金属・半導体・絶縁体、自由電子近似、ブロッホ関数、周期ポテンシャルでの解、ブリルアンゾーン、還元・周期・拡張ゾーン
6 11/25 [1] 香月 浩之 強束縛近似のエネルギーバンド LCAO近似、ブロッホ定理、ハミルトン行列、永年方程式の解、一次元極性結晶・閃亜鉛構造のバンド分散
7 11/30 [1] 松下 智裕 フェルミ面と⾦属 フェルミ⾯、電子軌道、正孔軌道、開いた軌道、3次元バンド分散とフェルミ⾯の例
8 12/1 [1] 松下 智裕 表⾯・界⾯のバンド バンドの実空間分布、真空準位、仕事関数、電⼦親和⼒、表面準位、界面準位、バンド湾曲、pn接合・ヘテロ接合・有機薄膜のバンド

授業日程

[1限目 9:20-10:50] [2限目 11:00-12:30] [3限目 13:30-15:00] [4限目 15:10-16:40] [5限目 16:50-18:20] [6限目 18:30-20:00]
回数 日付 時間 講義室 備考
1 11/17 1 F106(MS)
2 11/18 1 F106(MS)
3 11/21 1 F106(MS)
4 11/22 1 F106(MS)
5 11/24 1 F106(MS)
6 11/25 1 F106(MS)
7 11/30 1 F106(MS)
8 12/1 1 F106(MS)

テキスト・参考書

テキスト ・キッテル著、宇野良清ら訳「固体物理学入門 上 第8版」 (丸善)
 ・必要に応じてプリントを配布する。
参考書 ・家 泰弘著「物性物理」 (産業図書)
 ・イバッハ・リュート著、「固体物理学」 (シュプリンガー・フェアラーク東京)

その他

履修条件 大学初年度程度の熱力学、高等学校レベルの数学、大学初年度程度の偏微分を習得を前提とする。
演習問題においてΣやexpの計算を行う場合があるため、関数電卓や同等の機能を有するもの(近年はスマートフォンにも搭載されている事が多い)を持ってくること。
オンライン受講を希望する場合、前もって担当教員(1,2,5,6回: 香月(katsuki@ms.naist.jp), 3,4,7,8回: 松下(t-matusita@ms.naist.jp))に連絡すること。連絡がない場合には欠席と見なします。
オフィスアワー 質問希望の受講生はEメール(講義資料に記載)で担当教員に面会希望日時を連絡のこと。
成績評価の方法と基準 ・5段階(秀・優・良・可・不可)で評価する。
・評価は、試験、演習または宿題レポート等によって行う。
・固体や表面の原子構造・電子状態、及びそれらの測定手法の基本概念の理解、基礎知識の習得を基準とする。
関連科目 現代半導体物性
関連学位 理学、工学
注意事項 本講義は原則対面型としますが、オンライン受講を希望する場合、各講義の 担当教員に連絡の上、追って公開される講義のアーカイブを視聴してください。成績評価は、対面型受講者と同様に、各教員から出された課題(演習、レポー ト)を期日までに提出することによって行います。課題内容および提出期日はこ のシラバスシステムに掲示します。

授業関連URL



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配布資料

  資料名 備考 公開期限
現代固体物理学_3_資料 2023/02/19 学内専用
現代固体物理学-3 レポート問題 2023/02/19 学内専用
現代固体物理学_4_資料 2023/02/19 学内専用
現代固体物理学-4 レポート問題 2023/02/19 学内専用
資料(英語版)1 2023/02/22 学内専用
資料(英語版)2 2023/02/22 学内専用
資料(英語版)5 2023/02/22 学内専用
資料(英語版)6 2023/02/22 学内専用
レポート問題1 2023/02/22 学内専用
レポート問題2 2023/02/22 学内専用
レポート問題5 2023/02/22 学内専用
現代固体物理学_7_資料 2023/02/28 学内専用
現代固体物理学-7 レポート問題 2023/02/28 学内専用
現代固体物理学-8 レポート問題 2023/02/28 学内専用
現代固体物理学_8_資料 2023/03/01 学内専用