物性物理学Ｃ

Condensed Matter Physics C

9962570

62PHCMP303

岡崎　竜二、秋元　琢磨、金井　要

Kaname Kanai, Ryuji Okazaki, Takuma Akimoto

2024年度後期

2024/Second semester

木曜3限

Thursday/Third 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

物質中の電子や分子の集団が示す多彩な性質を調べる物性物理学について、異なる専門分野に属する3名の教員から、その基礎と応用、最先端の研究について学ぶ。

In this course, students will learn about the fundamentals, applications, and cutting-edge research for condensed matter physics, which describes the various emergent properties caused by electrons and molecules in solids and liquids. This course is organized by three teachers, the major of which is different from each other.

最前線で行われている物性物理学の研究例やその基本原理を学び、今後行う研究への理解を深める。本科目では特に、「物質の輸送現象」「半導体の電子構造」「ソフトマター」について、基礎と応用例を解説する。
本科目は、ディプロマ・ポリシーの
「1. 物理学は素粒子・原子から環境・宇宙までのあらゆるスケールの現象に法則性を見出すことで成り立っていることを踏まえ、自由に物事を見渡して本質を見通すことができる。
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、それを応用できる。
6. 修得した物理学・一般教養科目の土台のもと、個々の専門分野におけるキャリア形成のために必要な知識・技能を自ら学び続けていく自己管理能力。」
を実現するための科目である。

Students should learn the principles and research examples of condensed matter physics to deepen their understanding of research. Particularly, in this course, fundamentals and applications of "transport properties in solids", "electronic structure of semiconductors", and "soft matter" will be explained.
This course corresponds to the diploma policy of the department Nos. 1, 2, 6.

物性物理学の基礎を理解し、その実験的・理論的研究についての知見を深め、興味あるテーマについて積極的に洞察していく力を身につける。

Students should understand the fundamentals of condensed matter physics, deepen the knowledge of experimental and theoretical research, and obtain the abilities of thinking interesting issues logically and positively.

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/​​​

物性物理学ＡとＢで学ぶ事項に加えて、力学・解析力学・物理学実験・電磁気学・振動と波動・熱力学・統計力学・量子力学などこれまでに履修した科目の基本事項を用いる。授業でも必要事項を随時示すが、言い換えればこれらの基礎分野の基本事項を活用できる形で整理・理解・習得するよい機会である。
この機会を利用して進んで復習し、物理学の基礎知識が多様あるいは劇的な自然現象にどうかかわるかを学ぶことに集中できるようにすることが望ましい。

In this course, students need the various knowledge of mechanics, analytical dynamics, physics experiments, electromagnetism, oscillations and waves, thermodynamics, statistical physics, and quantum physics, in addition to the learnings in condensed matter physics A and B. This is also a good opportunity to understand and acquire the fundamentals of above subjects.
Through this course, students should review the above courses actively, and learn how the fundamental knowledge of physics relate to various and dramatic physical phenomena.

課題に対する作文　Essay

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履修上の注意に述べたように、力学・解析力学・物理学実験・電磁気学・振動と波動・熱力学・統計力学・量子力学の基本事項を、物質の機能性や現象、測定と関連付け、重要性に応じて自ら整理しなおして再理解しておくことが最も有効である。
この授業そのものについては、特に復習に重点を置くこと。また、授業では簡単にしか触れなかった現象や考え方についても、積極的に知識を広げ、物理法則のもつ普遍性を実感できるようになること。

It is the most important to review the fundamental courses listed in "Course notes prerequisites".
In this course, students should review and look back each lecture, and actively learn the knowledge beyond the lecture to realize the universality in physics.

・3名の教員から提示するレポート課題にて評価を行う。レポート課題の詳細や解答例は授業内で提示する。
・単位認定のためには、3通のレポートを全て提出する必要がある。
・ただし、3通のレポートの評価点のうち、上位2つの平均で評価点を決定する。

・Evaluation is done by the reports. Details of the report assignment and sample answers will be explained in class.
・One report is given by one teacher, and students must submit three reports for the recognition of credit.
・The evaluation score is determined by the average of the top two scores among the three submitted reports.

・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/

予習の際には、過去に使った熱力学、統計力学、物性物理学、量子力学、電磁気学、物理学実験などの本の関連する部分を読み直すこと。個別テーマの復習に役立つ参考書は、授業中などにその都度紹介する。

参考図書例：
基礎から学ぶ強相関電子系（内田老鶴圃）　勝藤拓郎著
ソフトマター物理学入門（岩波書店）　土井正男著

Students should read the textbooks for thermodynamics, statistical physics, solid state physics, quantum physics, electromagnetism, and physics experiments. Useful course materials will be introduced in the lecture.

Examples (in Japanese):
Introduction for the strongly correlated electron systems by Prof. T. Katsufuji;
Introduction for the soft matter physics by Prof. M. Doi.

各教員がそれぞれ５回ずつ講義を担当する。

「半導体」　担当：金井
1. 電気伝導の古典的な取り扱い
2. 電気伝導の量子力学的な取り扱い
3. エネルギーバンド理論の基礎
4. エネルギーバンド理論における電子の運動
5. 半導体とは

「ソフトマター」　担当：秋元
1. ソフトマターとは
2. 高分子溶液
3. ブラウン運動と熱揺らぎI
4. ブラウン運動と熱揺らぎII
5. 異常拡散現象について

「物質の輸送現象」　担当：岡崎
1. ドルーデモデルの導入、電子系が示す電気的・光学的性質の古典的理解
2. 電子系の熱的性質の理解
3. 量子統計の導入
4. ボルツマン方程式
5. 熱電効果について、最近の研究も交えて


"Semiconductors" by Prof. Kanai:
1. Semi-classical transport picture
2. Quantum-mechanical transport picture
3. Introduction to energy band theory of solids
4. Electron as a classical particle in energy band theory
5. What is semiconductor?

"Soft matter" by Prof. Akimoto:
1. What is soft matter?
2. Polymer solutions
3. Brownian motion and thermal fluctuations I
4. Brownian motion and thermal fluctuations II
5. Anomalous diffusion

"Transport properties in solids" by Prof. Okazaki:
1. Drude model, classical transport of electrons
2. Thermal properties of solids
3. Quantum Statstics
4. Boltzmann equation
5. Thermoelectric phenomena

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C++

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