物性論２Ｃ

Solid State Physics 2C

9912215

12PHCMP305

徳永　英司

Tokunaga Eiji

2024年度後期

2024/2nd Semester

火曜2限

Tuesday  2nd period (10:30-12:00)

理学部第一部　物理学科

Department of Physics, Faculty of Science Division Ⅰ

1.0単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

光と物質の相互作用は多彩な現象を引き起こし、現代社会に必須の光電子工学の基礎となっている。例えば、光のエネルギーは物質を電子励起するエネルギーと等しいことから、可視光で観測できる世界は物質の電子的性質を反映している。光と物質の相互作用を学習することで、これらのことを実感として理解してもらうことが講義の目標である。話は必ずしも固体に限定せず、できるだけ具体例を挙げながら、物質の光学的性質について重要な概念を中心に講義する。
物性論２Ｃで　光と物質の相互作用　物性論３Ｃで　物質の電子状態と光学遷移 　を扱う。

本授業は物理学科のディプロマ・ポリシー項目2に定める「物理学の高度な専門知識」を
身に付けるための科目である。 また、物理学科ルーブリックの評価軸2の「専門学力」の項目
に該当する科目である。

光と物質の相互作用の物理学を理解する。

・光学定数（屈折率や吸収係数）の物理的起源（光と物質の相互作用）を理解し、光学定数を使って物質の光学的性質を記述できる。　
・誘電率に周波数依存性（分散）があるのはなぜか、Ｋ−Ｋの関係式がなぜ成り立つかを理解する。
・光と物質の相互作用を力学振動子モデルに基づいて記述し、誘電関数を計算できる。
・光を古典的な電磁波、物質を量子力学的波動関数で扱い、光と物質の相互作用を量子論的に理解し、振動子強度、光学遷移の選択則の物理的意味を理解する。

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

物性論1A, 1Bを履修していることが望ましいが、できるだけそれらを前提としないで講義する。

学科Webサイトにある物性論群俯瞰図スライドショー
https://dept.tus.ac.jp/physics/education/curriculum/
を見て、物性論２Cがどのように他のコア科目と関連しているか？を把握すること）

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毎回の提出課題で評価する。

・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。
​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
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櫛田孝司　光物性物理学　朝倉書店（推奨）
工藤恵栄　光物性基礎　　オーム社
Yu&Cardona, Fundamentals of Semiconductors, Springer

光と物質の相互作用
第１回　　ガイダンス　光物性とは何か
光物性を学ぶ意義を考える。

第２回　　分光スペクトルの単位、複素屈折率と吸収・反射、誘電率の分散の古典論
複素屈折率・複素誘電率と吸収・反射の関係がわかる。光と物質の相互作用を表す力学振動子モデルに基づく誘電関数を導ける。

第３回　 分極と感受率、振動子強度、屈折率の起源(分極によってなぜ光速は遅くなる？)
物質中への入射電磁波が分極を起こし、その分極が2次電磁波を放出し、入射電磁波とコヒーレントに重ね合わされて屈折率や吸収・誘導放出の原因となることを理解する。

第４回　静的・光学的誘電率(LSTの関係)、金属のドルーデモデル 　
複数の共鳴周波数がある実際の物質の誘電関数の広い周波数範囲にわたる特徴を理解する。
金属反射の原因について理解する。

第５回　ポラリトン
群速度と位相速度の違いを理解する。
電磁波と分極波の連成波としてのポラリトンから、誘電関数を理解する。

第６回　応答関数と分散、Kramers-Kronigの関係式
誘電率に周波数依存性(分散)があるのはなぜかを時間領域の応答関数から理解する。
因果律からＫ−Ｋの関係式が成り立つことを理解する。

第７回　誘電率の分散の量子論（半古典論）
光を古典的な電磁波、物質を量子力学的波動関数で扱い、光と物質の相互作用の量子論的理解を得る。振動子強度、光学遷移の選択則の物理的意味を理解する。

第８回　誘導吸収・放出、自然放出、レーザー
レーザーの基礎を理解する。

コロナ対応による遠隔授業で板書内容をすべて電子化したため、上記の内容だけだと時間が余るので、適宜学んだ内容と関連のある徳永研における研究についても紹介する。

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