電子物性特論１

Advanced Lectures on Solid State Physics 1

998B216

81ELPRS501

常盤　和靖

Kazuyasu Tokiwa

2024年度後期

2024/Second Semester

月曜3限

Monday/3rd Period

先進工学研究科　電子システム工学専攻

Department of Applied Electronics, Graduate School 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

結晶中の電子の運動を通して、物質の性質を理解する。

Understand the nature of matter through the movement of electrons in the crystal.

この科目の目的はエレクトロニクスの基礎及び専門の知識を基盤として、高度な研究を行うために必要となる深い知識を身に付け、専門的な研究を行うための能力を身に付ける事である。

The purpose of this subject is to acquire the deep knowledge necessary for advanced research and the ability to perform specialized research based on the fundamentals and specialized knowledge of electronics.

デバイス動作をつかさどる固体中の電子の運動を理解するために必要不可欠な量子力学とその応用である固体の電子伝導の基礎を理解することを目標とする。

The aim is to understand the fundamentals of quantum mechanics and the basis of electron conduction in solids which is its application in order to understand the motion of electrons in the solids responsible for device operation.

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/​​​

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事前に、参考書等を使って関連する内容を調べ、要点をまとめておくこと。また、復習として、板書や参考書を利用して、講義の内容をまとめておくこと。
　
Investigate the relevant contents using a reference book etc. and summarize the main points in advance .Also, surmalrize the contents of the lecture using a board book or reference book as a review.

試験(60%)およびレポート(40%)

Exam (60%) and Report (40%)

・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。
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｢金属電子論」上下　水谷宇一郎　内田老鶴圃

1.ガイダンス
内容：半期分の講義内容についてアウトラインを説明する。

2. 周期ポテンシャルの中の伝導電子
内容：周期ポテンシャル中を運動する電子のエネルギー状態を理解する。

3. 周期ポテンシャルの中の伝導電子
内容：ブロッホの定理を理解する。

4. 周期ポテンシャルの中の伝導電子
内容：クローニッヒ・ペニー模型を理解する。

5. 周期ポテンシャルの中の伝導電子
内容：弱いが有限の周期ポテンシャルが存在するときの電子の状態を理解する。

6. 周期ポテンシャルの中の伝導電子
内容：弱いが有限の周期ポテンシャルが存在するときの電子状態を理解する。
特に、ブリルアンゾーン境界における電子の散乱について理解する。

7. 周期ポテンシャルの中の伝導電子
内容：いくつかの典型的な結晶格子のブリルアンゾーンを理解する。

8. 周期ポテンシャルの中の伝導電子
内容：フェルミ面とブリルアンゾーンの関係を理解し、金属・半導体・絶縁体の違いを理解する。

9. 金属の電子状態
内容：典型的な金属(アルカリ金属・アルカリ土類金属等)のエネルギーバンドについて理解する。

10. 金属の伝導現象
内容： 電子を古典的な粒子として扱い、オームの法則、電気伝導度、緩和時間について理解する。

11. 金属の伝導現象
内容：結晶中の電子を波束として扱い、波動方程式を解いて、結晶中の電子の運動がバンド構造に依存することを理解する。

12. 金属の伝導現象
内容： 結晶中の電子の運動を波数空間で考え、群速度や有効質量の波数依存性を理解する。

13. 金属の伝導現象
内容：ボルツマン方程式ついて理解する。

14. 金属の伝導現象
内容：電場のみが作用する系についてボルツマン方程式を用いて電気伝導度を理解する。


15. 金属の伝導現象
内容：周期性の乱れや格子振動が金属の電気伝導に及ぼす影響について理解する。

1 Guidance
   Content: Give an outline of the lecture content for the quarter.

2. Conducting electrons in the periodic potential
Contents: Understand the energy state of electrons moving in a periodic potential.

3. Conduction electrons in the periodic potential
   Content: Understand Bloch's theorem.

4. Conduction electrons in the periodic potential
   Content: Understand the Kronig-Penny model.

5. Conducting electrons in the periodic potential
   Content: Understand the electron's state when a weak but finite periodic potential exists.

6. Conduction electrons in the periodic potential
   Content: Understand the electronic state when a weak but finite periodic potential exists. In particular, understand electron scattering at the Brillouin zone boundary.

7. Conducting electrons in the periodic potential
    Content: Understand the Brillouin zone of some typical crystal lattices.

8. Conducting electrons in the periodic potential
    Content: Understand the relationship between the Fermi surface and the Brillouin zone, and understand the difference between metals, semiconductors, and insulators.

9. Electronic states of metals
   Contents: Understand the energy bands of typical metals (such as alkali metals and alkaline earth metals).

10. Conduction phenomenon of metals
    Content: By treating electrons as classical particles, you understand Ohm's law, conductivity, and relaxation time.

11. Conduction phenomenon of metals
    Content: By treating the electrons in the crystal as wave packets and solving the wave equation, you understand that the motion of the electrons in the crystal depends on the band structure.

12. Conduction phenomenon of metals
    Content: Consider the motion of electrons in the crystal in reciprocal space, and understand the wavenumber dependence of group velocity and effective mass.

13. Conduction phenomenon of metals
    Content: Understand the Boltzmann equation.

14. Conduction phenomenon of metals
    Content: Understand the conductivity using the Boltzmann equation for systems where only an electric field is present.

15. Conduction phenomenon of metals
   Contents: Understand the effects of disorder and lattice vibrations on the electrical conductivity of metals.

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