固体構造解析学

Structural Analysis of Solid StateMaterials

9982208

82FSPHY208

石黒　孝

Takashi Ishiguro

2026年度後期

2026年度

②Second semester

月曜4限

Monday 4th period

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

2.00単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

本科目は材料工学科のカリキュラムポリシー３における材料工学の専門家としての能力を養うため「専門科目　必修科目」の一つである。ディプロマポリシーに適うべく基本的専門科目として編成されている。

物質は原子の集合体である。どのような原子がどのように配置するかによって様々な物性が現れる。原子の配置を調べる方法の一つとして回折法がある。
この講義ではX線回折、電子線回折などによる物質構造解析の原理、方法の基本を理解する。
さらに諸君が学生実験、卒業研究、さらには大学院における研究において実際に出会うであろう構造解析の実際について知ることができる｡

Matter is composed of atoms. Various physical properties emerge depending on which atoms are present and how they are arranged. One method for investigating atomic arrangement is diffraction.
This lecture covers the principles and fundamental methods of material structure analysis using techniques such as X-ray diffraction and electron diffraction.
Furthermore, you will gain practical knowledge of structure analysis applicable to student experiments, graduation research, and even graduate-level research.

結晶構造について理解し、構造解析の基本を学ぶことを目的とする。

The objective is to understand crystal structures and learn the fundamentals of structural analysis.

波の数理を理解し計算できる。
結晶構造の記述法を理解できる。
結晶構造因子の意味を理解し、計算できる。

Understand and calculate wave mechanics.
Understand methods for describing crystal structures.
Understand the meaning of crystal structure factors and calculate them.

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/​​​

講義聴講時には毎回、各⾃PCを⽤意してください。
講義中の説明画面はTeamsで共有します。適宜、PrintScreenして、後で自分の講義ノートとしてまとめてください｡

Please bring your own laptop to every lecture.
Presentation slides will be shared via Teams during class. Take screenshots as needed to compile your own lecture notes later.

小テストの実施　Quiz type test／-

講義中に、演習に取り組み、結果を提出もしくはuploadしてもらうことがあります。
During lectures, you may be asked to work on exercises and submit or upload your results.

準備：　事前にBoxに講義ノートや資料をuploadします。それらをできれば紙印刷して講義を聴講してください。
復習：　各回の内容を1頁ずつにまとめて14回目に提出してもらいます。課題や演習を解答することで理解を深めること。Preparation: Upload lecture notes and materials to Box in advance. If possible, print them out and bring them to class.
Review: Summarize each session's content on one page and submit it by the 14th session. Deepen your understanding by solving problems and exercises.

各回の課題（概ね50±10点）に加えて、達成度評価試験（概ね50±10点）
合計100点

Assignments for each session (approximately 50±10 points) plus an achievement evaluation exam (approximately 50±10 points)
Total: 100 points

・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://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

材料物性と波動　　石黒孝、小野浩司、濱崎勝義　著　（内田老鶴圃）

X線構造解析　　　早稲田嘉夫、松原英一郎　著　（内田老鶴圃）

X線回折要論　　　Cullity著　(アグネ）　　　★すでに絶版であるが図書館に常備されている　名著！！

全対面授業回の受講を原則とします。尚、成績評価点は「成績評価方法」に従います。
講義はTeams配信を行います。各自、PCを持参して当該教室にて聴講してください。
必要に応じて随時screenshotsを取って、自分のノートを作成してください。

講義内容は下記のとおりです。
1    基本数学
　　　 テイラー展開・指数関数の学びを基にオイラーの公式を導出できる。　
2    波の数理１
　　　オイラーの公式に位相を導入することで波を表現できることを学ぶ。
3    波の数理２
　　　平面波、球面波を理解し、位相を時空空間に配置することで波の進行の意味を理解する。
　　　「波の重ね合わせ」、「波に分解」を数式化したフーリエ変換について学ぶ。
4    波の数理３
　　　ホイヘンスの素元波の考え方を定式化したキルヒホッフの回折理論を学ぶ。
5    いろいろな結晶
　　　具体的な物質の構造について学ぶ。
6    対称性１　
　　　点群について学び、対称操作を表現するための行列・逆行列について学ぶ。
7    対称性２
　　　ブラベー格子について学び、格子と逆格子の関係について幾何学、代数から理解できる。
8    結晶構造と回折条件
　　　空間群の表現について学ぶとともに、ラウエ、ブラッグの回折条件を理解する。
9    逆空間における回折条件
　　　エバルドの作図を踏まえて、X線回折、透過型電子顕微鏡についてそれらの原理を学ぶ。
10  原子散乱因子
　　　1原子からのX線回折波を計算する。
11  結晶構造因子１
　　　逆格子点とラウエ関数の関係を理解したうえで、単位胞からの回折波を計算する。
12  結晶構造因子２
　　　種々の単位胞からの結晶構造因子を計算し、消滅則について理解する。
13  X線回折実験
　　　X線の発生について学び、それを用いた例えばディフラクトメータの回折パターンを計算する。
14  総括
　　　講義全体を俯瞰し、回折実験の意味を考える。加えて試験のポイントについて述べる。　　　
15  達成度評価試験
(14と15回目は状況に応じて前後することがある）

Attendance at all in-person class sessions is required. Grading will follow the “Performance grading policy”.
Lectures will be delivered via Microsoft Teams. Please bring your own PC and attend in the designated classroom. Take screenshots as needed to create your own notes.
The lecture content is as follows:
1   Basic Mathematics
　　Derive Euler's formula based on learning Taylor series and exponential functions.　
2   Mathematics of Waves 1
　　Learn how introducing phase into Euler's formula enables wave representation.
3   Mathematics of Waves 2
　　Understand plane waves and spherical waves. Grasp wave propagation by placing phase in spacetime.
　　Study Fourier transforms, which mathematically express “wave superposition” and “wave decomposition”.
4   Mathematics of Waves 3
　　Learn Kirchhoff's diffraction theory, which formalizes Huygens' principle of secondary wavelets.
5   Various Crystals
　　Study the structures of specific materials.
6   Symmetry 1
　　Learn about point groups and matrices/inverse matrices for representing symmetry operations.
7   Symmetry 2
　　Learn about Bravais lattices and understand the relationship between lattices and reciprocal lattices geometrically and algebraically.
8   Crystal Structure and Diffraction Conditions
　　Learn about the representation of space groups and understand the diffraction conditions of Laue and Bragg.
9   Diffraction Conditions in Reciprocal Space
　　Based on Ewald's construction, learn the principles of X-ray diffraction and transmission electron microscopy.
10  Atomic Scattering Factor
    Calculate X-ray diffraction waves from a single atom.
11  Crystal Structure Factor 1
    Understand the relationship between reciprocal lattice points and Laue functions, then calculate diffraction waves from a unit cell.
12  Crystal Structure Factor 2
    Calculate crystal structure factors from various unit cells and understand the extinction rule.
13  X-ray Diffraction Experiment
　  Learn about X-ray generation and calculate diffraction patterns from equipment like a diffractometer.
14  Summary
　  Review the entire lecture series and consider the significance of diffraction experiments. Additionally, discuss key points for the exam.
15  Achievement Assessment Exam
(Sessions 14 and 15 may be swapped depending on circumstances)

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