物性論１Ｂ

Solid State Physics (1-B)

9922651

22PHCMP302

趙　新為

Xinwei ZHAO

2024年度後期

2024, 9

金曜5限

Friday 5

理学部第二部　物理学科

Department of Physics, Faculty of Science Division Ⅱ

2.0単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

本講義は物理を専攻する大学3年生を対象にしており、物性論１Aの後継科目である。物性論1Aにおいてまず、様々な物質(特に固体)の性質が結晶構造や原子・電子の運動をもとにしてどのように説明されるかその基礎を学び、専門課程で物性を学ぶための基礎となる事項を理解する。まず、結晶結合と結晶の幾何学的な周期性に関する基本概念、結晶を作るのにどのような力が原子間に働くか、格子振動（原子の微小振動の集団的運動）を記述する基本的な考え方について理解する。これをもとに格子振動と熱的性質の関係を理解する。そして本授業では、結晶内の周期的なポテンシャルの大小による電子状態の特徴、バンド構造の概念を理解する。これをもとに、金属および半導体中の電子状態とキャリアの振る舞いを理解する。超伝導や磁性、誘電体等も紹介する。

本講義は物性論１Aの後続科目であり、１Aで様々な物質の性質が結晶構造や原子・電子の運動によって説明されること基礎理論を学び、専門課程で物性を学ぶための基礎となる事項を理解する。本授業では、結晶内の周期的なポテンシャルの大小による電子状態の特徴、バンド構造の概念をさらに理解し、これをもとに、金属および半導体中の電子状態とキャリアの振る舞いを理解できることを目的としている。
本学科のディプロマシー「理論的思考能力の基礎を作る」に該当する科目である。

１．結晶内の周期的なポテンシャルの大小による電子状態の特徴、バンド構造の概念を理解する。
２．金属および半導体中の電子状態とキャリアの振る舞いを理解する。
３．半導体や磁性体、超伝導体に関する理解を深める。

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/​​​

【重要】
授業はすべて対面で行う。
COVID-19蔓延の時や、遠隔授業の時はオンライン（同期）を取り混ぜたブレンド授業として開講する。詳細はLETUSに載せているので、常にチェックすること。　

コロナ蔓延状況により、試験形態も変わるので、定期試験とレポートの比重も判断する材料になる。


本授業を理解するには、量子力学、熱力学と統計力学、振動と波動、フーリエ解析などの基礎知識が必要であり、それを履修した上で受講することを勧める。また、物性論1の履修を条件とする（成績は条件としない）。物性系の研究室に入り卒業研究や大学院進学を希望する学生は、物性論２を引き続き履修する事を推奨する。

課題に対する作文　Essay／小テストの実施　Quiz type test／プレゼンテーション　Presentation

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物性論1Aの復習を事前に行う。
授業に関して、予習は特に必要ないが、宿題を通じて復習し、理解を深める。

到達度評価に参加し、出席状況、宿題とレポートの提出状況などを総合考慮して評価する。特に、必要に応じて英文の宿題やレポートがある。

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

１．材料科学者のための固体物理学入門(志賀正幸、内田老鶴圃）　２．応用物性論（青木昌治、朝倉書店）　３．固体物理学ー新世紀物質科学への基礎（イバッハ、リュート、石井、木村訳、シュプリンガー・フェアラーク東京）４．固体物理学入門（キッテル、宇野良清他訳丸善）５．固体物理学演習（沼井貴陽、丸善）。他もたくさんある。本講義は２と４をメイン参考書としている。

【重要】
授業はすべて対面で行う。
COVID-19蔓延の時や、遠隔授業の時はオンライン（同期）を取り混ぜたブレンド授業として開講する。詳細はLETUSに載せているので、常にチェックすること。　

コロナ蔓延状況により、試験形態も変わるので、定期試験とレポートの比重も判断する材料になる。


本授業を理解するには、量子力学、熱力学と統計力学、振動と波動、フーリエ解析などの基礎知識が必要であり、それを履修した上で受講することを勧める。また、物性論1の履修を条件とする（成績は条件としない）。物性系の研究室に入り卒業研究や大学院進学を希望する学生は、物性論２を引き続き履修する事を推奨する。

1.固体の熱的性質I
固体の比熱、フォノン比熱、分布関数、状態密度を理解する。
2.固体の熱的性質II
アインシュタインモデルとデバイモデル、デバイ温度を理解する。
3.固体の熱的性質III
結晶における非調和効果、熱伝導と熱膨張を理解する。
4.金属の電子論I
金属の電気伝導と熱伝導、自由電子フェルミ気体、移動度を理解する。
5.金属の電子論II
1次元のエネルギー準位、分布関数、フェルミ準位を理解する。
6.金属の電子論III
3次元電子気体、電子比熱、電子伝導率とオーム法則を理解する。
7.金属の電子論IV
磁場中の電子、ホール効果と磁気抵抗を理解する。
8.エネルギーバンドI
周期的ポテンシャルの中の電子、エネルギーギャップ、ブロッホ定理を理解する。
9.エネルギーバンドII
ブロッホ関数、クローニッヒ‐ペニーモデル、電子の波動方程式を理解する。
10.エネルギーバンドIII
自由電子近似と強く束縛された電子の近似、その適応対象を理解する。
11.エネルギーバンドIV
ゾーン境界での解と空格子近似、金属、半導体と絶縁体のバンド構造を理解する。
12.半導体I
半導体の特徴、電子と正孔、真性半導体の導電率について理解する。
13.半導体II
不純物添加、ｎ型とｐ型半導体、イオン化について理解する。
14.半導体III
半導体中の自由キャリア統計、有効質量と移動度、ホール効果について理解する。
15.半導体IV
PN接合、半導体素子、超格子について紹介する。全体のまとめ。新研究の紹介。

前職（理化学研究所）での研究の実務経験が本授業の役に立っている。

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なし

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