物性物理学特論２

Condensed Matter Physics 2

996C203

62PHCMP504

田村　雅史

Masafumi TAMURA

2023年度後期

2023/Second Semester

木曜2限

Thursday 2nd Period

創域理工学研究科　先端物理学専攻

Department of Physics and Astronomy, Graduate School of Science and Technology

2.0単位

講義

Lecture

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対面授業/On-site class

分子およびその集団の電子状態と，それが物性にどのように反映されるかを学ぶ。
To learn how the electronic states of a molecule and a molecular assembly are constructed, and how the physical properties of molecular materials are conducted by their electronic states.

分子およびその集団の電子状態が，原子・分子間の相互作用と対称性によって決まっていることを理解し，その電子状態の特徴が電気伝導や磁性などの物性にどのように現れてくるかを学ぶ。
Understanding, first, the molecular orbitals and the band structures are formed by interatomic and intermolecular transfer interactions, particularly in terms of the structural symmetry, then next, the physical behavior such as conduction, optical, and magnetic behavior probes the characteristics of the electronic states of the molecular materials.

分子が構成する系に，量子力学・統計力学を適用して，電気的・磁気的・分光学的性質を予測したり，測定結果と結びつけたりできるようになる。
To predict or interpret experimental results of the electric, magnetic, optical properties of a molecular material in terms of quantum and statistical theories for electrons.

なし
None

課題に対する作文　Essay

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準備としては学部３年生程度の量子力学，統計力学，物性物理学の基本を身につけておくことが望ましい。復習はノートや紹介された資料を見ながらレポート課題がこなせるようにおこなうとよい。（目安として，3〜４回の授業に対して，5時間程度の集中した取り組み）
Basic theories of quantum mechanics, statistical physics, and condensed matter physics are desired. Students are expected to review the lecture notebook and related documents towards the assignments (report) to be submitted.

２回のレポート課題により総合的に評価する。
Evaluated by submitted reports (assignments) (twice).

・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

N

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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/​​​

学部の教育ですでに使った量子力学，統計力学，電磁気学の教科書等
Any kind of quantum mechanics, quantum chemistry, electromagnetism, and condensed matter physics book will help your understanding.
研究論文等をLETUS上で紹介する。
Some literatures or references are to be available on LETUS.

以下の内容を理解し，修士課程での研究やレポート課題に応用できるようになること。

A. 分子の電子状態
1　　量子論の復習，原子の軌道
2　　分子軌道（１）：線形結合
3　　分子軌道（２）：対称性
4　　分子振動，エネルギーの階層性

B．分子固体の電子状態 ：
5　　対称性の利用とバンド構造
6　　バンド構造とフェルミ面
7　　例題
8　　金属と半導体の電気伝導
9　　絶縁体と電子相関
10　  光学応答

C. 分子スピン系
11　量子スピンモデル
12　有機強磁性体の設計
13　分子磁性体

D．分子の機能性
14　種々の実験の紹介（１）
15　種々の実験の紹介（２）

Students are expected to understand the following topics and to acquire skills to apply these to their own research.

A. Electronic States of a Molecule
1　　Short Review of Atomic Orbitals and Angular Momenta
2　　Molecular Orbitals (1)：Orbital Interference and Linear Combination
3　　Molecular Orbitals (2)：Role of Symmetry
4　　Molecular Vibrations and Hierarchical Structure of Energy Levels

B．Electronic Structure of Molecular Solids (Band Structure)
5　　Translational Symmetry Applied for Band Theory
6　　Band Structure and Fermi Surface
7　　Examples
8　　Electronic Conduction in Metals and Semiconductors
9　　Electronic Correlation (A Simple Hubbard Model and Spin States)
10　 Optical and Spectroscopic Behavior of Electronic Systems

C. Molecular Spin Systems
11　Quantum Spin Model (Heisenberg Hamiltonian)
12　Design of Organic Ferromagnets
13　Molecular Magnets

D．Functions of Molecular Materials
14　Examples of Experimental Findings (1)
15　Examples of Experimental Findings (2)

理化学研究所（2000-2008）で分子性磁性体・分子性導体の物性研究に従事した経験を反映させた授業をおこなう。

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卒研生の先行履修を認める。
Open for B4 students doing graduation research.