光科学２

Optical Properties of Materials 2

9982302

82FSPHY301

曽我　公平

Prof. Kohei SOGA

2024年度前期

1st Semester, FY2023

木曜4限

4th Period, Thursday

先進工学部　マテリアル創成工学科

Department of Materials Science and Technology, Faculty of Advanced Engineering

2.0単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

ディプロマポリシーにおける習熟した基礎科学を専門分野の基礎学力に発展させる科目である。多電子系としての原子やイオンの中での電子や核のエネルギー状態を理解し、さらに周囲に存在する電子、原子やイオンからの電磁場や、外部から印加された電磁場との相互作用の基礎について理解することが目的である。この科目の履修を通して、物質中の電子、原子、イオンがおかれている状態や、物質の構造を分光学的に紐解く方法について、最終的に材料工学に応用することが重要である。
Understand the energy state of electrons and nuclei in atoms and ions as a multi-electron system, and on the basis of interaction with surrounding electrons, atoms and ions, and electromagnetic fields applied from the outside. The purpose is to understand. Through the course of this course, it is important to finally apply the state of electrons, atoms, and ions in a substance and the method of spectroscopically unraveling the structure of a substance to materials engineering.

多電子系としての原子やイオンの中での電子や核のエネルギー状態を理解し、さらに周囲に存在する電子、原子やイオンからの電磁場や、外部から印加された電磁場との相互作用の基礎について理解することが目的である。この科目の履修を通して、物質中の電子、原子、イオンがおかれている状態や、物質の構造を分光学的に紐解く方法について、最終的に材料工学に応用することが重要である。
Understand the energy state of electrons and nuclei in atoms and ions as a multi-electron system, and on the basis of interaction with surrounding electrons, atoms and ions, and electromagnetic fields applied from the outside. The purpose is to understand. Through the course of this course, it is important to finally apply the state of electrons, atoms, and ions in a substance and the method of spectroscopically unraveling the structure of a substance to materials engineering.

１．エネルギー準位の縮退と分裂について説明できる。
２．原子やイオンの多電子系のエネルギー準位について説明できる。
３．分光法として核磁気共鳴(NMR)、電子スピン共鳴(ESR)について説明できる。
1. To explain the degeneracy and division of energy levels.
2. To explain the energy levels of multi-electron systems of atoms and ions.
3. To explain nuclear magnetic resonance (NMR) and electron spin resonance (ESR) as spectroscopic methods.

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/​​​

量子力学、分子科学、光科学１の履修を前提とする｡
It is assumed that you have taken Quantum Mechanics, Molecular Science, and Optical Properties of Materials 1.

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この授業に関連のある基礎的な物理や化学、数学について十分に理解したうえで授業に臨むこと。復習においては、この授業で「何を学んだか」を整理するとともに、これまでに学んだ基礎的な物理や化学、数学がどのように応用されたかを考えること。
Students should fully understand the basic physics, chemistry, and mathematics related to this class before attending the class. In the review, organize "what you learned" in this class and think about how the basic physics, chemistry, and mathematics you have learned so far have been applied.

到達度評価試験の結果により評価する。　
Evaluate based on the result of achievement evaluation.

・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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G. Herzberg著、堀健夫訳「原子スペクトルと原子構造」（丸善、1988年）
アトキンス 物理化学（上）（下） 第10版（東京化学同人、2017年）

1　複雑な原子のスペクトル１ 「材料分子科学」で学んだ「水素原子の構造とスペクトル」、「多電子原子の構造」に関する復習。
2　複雑な原子のスペクトル２　一重項状態と三重項状態について説明できる。スピン軌道相互作用について説明できる。
3　複雑な原子のスペクトル３　項の記号と選択律について説明できる。
4　複雑な原子のスペクトル４　複雑な原子のスペクトルに関する総合的な演習問題に解答できる。
5　磁気共鳴１　磁場中の電子や原子のエネルギーについて説明できる。
6　磁気共鳴２　核磁気共鳴分光法(NIR)について説明できる。
7　磁気共鳴３　NMR分光計と化学シフト、微細構造について説明できる。
8　磁気共鳴４　パルスNMRについて説明できる。
9　磁気共鳴５　医学における核磁気共鳴イメージング(MRI)について説明できる。
10　磁気共鳴６　固体NMRについて説明できる。
11　磁気共鳴７　電子スピン共鳴(EPR)分光計について説明できる。
12　磁気共鳴８　EPRにおけるg値と超微細構造ついて説明できる。
13　磁気共鳴９　NMR、EPRの実際の測定例について解釈できる。
14　分光学総論　物質中で電子、原子、イオンがおかれている状態の分光学による解析方法について総合的に説明できる。
15　科目のまとめと到達度評価
1 Complex atomic spectrum 1 Review of "structure and spectrum of hydrogen atom" and "structure of multi-electron atom" learned in "material and molecular science".
2 Complex atomic spectrum 2 Explain the singlet state and triplet state. Explain spin-orbit interaction.
3 Explain the symbols and selection rules of the 3rd term of the spectrum of complex atoms.
4 Complex atom spectrum 4 Can answer comprehensive exercises related to complex atom spectrum.
5 Magnetic resonance 1 Explain the energy of electrons and atoms in a magnetic field.
6 Magnetic resonance 2 Explain nuclear magnetic resonance spectroscopy (NIR).
7 Magnetic resonance 3 Explain the NMR spectrometer, chemical shift, and microstructure.
8 Magnetic resonance 4 Explain pulse NMR.
9 Magnetic resonance 5 Explain nuclear magnetic resonance imaging (MRI) in medicine.
10 Magnetic resonance 6 Can explain solid-state NMR.
11 Magnetic resonance 7 Explain the electron spin resonance (EPR) spectrometer.
12 Magnetic resonance 8 Explain the g value and hyperfine structure in EPR.
13 Magnetic resonance 9 Can interpret actual measurement examples of NMR and EPR.
14 General remarks on spectroscopy Explain comprehensively the analysis method by spectroscopy in the state where electrons, atoms, and ions are placed in a substance.
15 Summary of subjects and achievement evaluation

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