物理学特別講義３‐Ａ

Selected Topics in Physics ３‐Ａ

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金井　要、若山　裕、阿部　智広、堤　潤也、井上　公、田村　雅史

Masafumi Tamura, Yoshiyuki Fukumoto, Kaname Kanai, Yutaka Wakayama, Jun’ya Tsutsumi, Isao H. Inoue

2024年度後期

2024 Second Semester

水曜3限

Wednesday 4th Period

創域理工学部　先端物理学科

Department of Physics and Astronomy, Faculty of Science and Technology

2.0単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

外部の研究機関に在職し，理工学研究科物理学専攻（連携大学院）の客員教員である研究者が講師として，物理学の基礎概念や実験技術が，材料科学や電子工学などとともに，先進技術開発の現場での，研究手法，性能評価法，新技術の着想などに活用されていくことを，それぞれの専門分野にかかわるトピックスの紹介を通じて，概説するシリーズ講義を中心とする。

先端的な研究開発において，物理学の基礎概念や実験技術が，研究手法，性能評価法，新技術の着想などに活用されていくことを，各トピックスの紹介を通じて実感できるようになる。

なお、本講義は、本学科のディプロマポリシーの
[2. 物理法則の確実な理解(基礎学力)と体系的な専門知識を有し、自分自身の力でさらなる真理追究や応用研究ができる。]に対応している。

大学で物理学を通じて学んできた知識，着想法，実験手法などが，社会にかかわる先端技術において実際に活用されていること，研究開発において何が問題になっているか，などを具体的に実感として得る。さらに，自分自身の問題として，学んだ物理学を将来どう活かしていくか，進路に照らして考えるヒントが得られることも期待される。

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/​​​

卒業研究履修中の学生の履修も可。

課題に対する作文　Essay／ディベート・ディスカッション　Debate/Discussion

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半年以内に卒業研究に着手する段階にふさわしいレベルで，物理学（特に物性分野）の基礎を理解していることが望ましい（電磁気学，量子力学，熱力学，物理学実験，および化学や物性物理学関係の選択科目）。また，下記の「授業計画」の記述に現れる用語について，語義を調べておくとよい。

2〜3回セットの講義の個々のトピックスを詳しく予習する必要はないが，授業では先端的な研究開発にかかわることも学ぶので，ていねいに復習したり情報に触れたりして，これまでに学んだ物理学の基礎的な理解とのかかわりを深く考え，その成果をレポートに活かすこと。

授業計画に示したシリーズ講義[２]〜[６]と「理論物理学研究紹介」[７]に対して、授業を聴講した上で、それぞれ
レポートを提出し、その評点によって成績を決定する。

・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

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。
​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/

授業の中で適宜指示することがある

[１] 授業の趣旨と概要の説明（田村）(第1回) 以下( )内に授業回を記す。
　以下，各講師がそれぞれ２〜３回のシリーズ講義[2]〜[6]をおこなう。[7]は当学科の理論系研究室で進められている研究の紹介と質疑である。

[２] 若山 (NIMS)「有機エレクトロニクス(I)」(2)〜(4)
2-1　「有機半導体の基礎」
　　有機エレクトロニクスに必要な材料科学。有機半導体の分子構造から結晶構造、薄膜成長まで。
2-2　「有機半導体の応用」
　　有機トランジスタ、有機EL、有機薄膜太陽電池の動作原理
2-3　「有機エレクトロニクスの最前線」
　　有機トランジスタを中心に最新の研究紹介。センサー、メモリ、回路設計などへの応用展開について。

[３] 金井「物質の表面と触媒」(5)〜(7)
　3-1　「表面の電子状態」
表面のエネルギーバンドの成り立ちなど、基礎的な知識に関する講義
　3-2　「固体表面における触媒反応」
触媒反応の微視的な理解に関する基礎的な知識に関する講義
　3-3　「光触媒研究の最近の動向」
光触媒研究の歴史と最近の動向に関する講義

[４] 堤（AIST）「有機エレクトロニクス(II)」(8)〜(10)
　4-1　「分子性材料の構造と電子構造」 分子性材料の結晶構造、分子間相互作用、バンド構造
　4-2　「分子性材料の物性」 分子性材料の光学的・電気的性質
　4-3 「有機エレクトロニクス」 有機トランジスタ、有機EL、有機薄膜太陽電池の動作原理と応用研究

[５] 田村「物性物理学の基礎から研究へ：低温で磁場と光で見る分子性物質の電子状態」(11)〜(12)
　5-1　「磁場中の固体の電子状態」Landau準位，磁気量子振動とFermi面，スピン一重項電子対と超伝導
　5-2　「分子性物質の磁性，磁気伝導，光応答」量子Hall効果，質量ゼロのDirac電子，奇妙なDrude weight

[６] 井上（AIST）「生物の神経系を模倣する電子素子・回路の開発」(13)〜(14)
　6-1「AIと呼ばれている機械学習では何をやっているのか」
　　学習と推論とは。perceptronからdeep learningへ。ChatGPTとtomeの遊び方。何が問題なのか？
　6-2「エッジ：低消費エネルギーでリアルタイム学習する必要」
　　神経系を模倣する(neuromorphic)電子素子を作る。素子の動作原理。
　　「神経模倣回路を作って筆跡認証に挑戦」
　　リザバーとは。FPGAとは。FPGAでのエミュレーション。神経模倣素子の実装へ。

[７]　「理論物理学研究紹介」（阿部） (15)
　理論物理学各分野（物性理論，統計力学，素粒子・原子核理論，天体物理学）のトピックス紹介（卒業研究レベル）を聴き，自由な形式で質疑に参加する。

国立研究開発法人産業技術総合研究所（AIST）と国立研究開発法人物質・材料研究機構（NIMS）の現職の研究者（本学連携大学院の客員教員），それぞれ2名と1名による，研究機関の観点を取り入れた講義を実施する。

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