量子物理学

Quantum Physics

998E200

84PHCMP501

遠山　貴巳

Takami Tohyama

2026年度前期

2026年度

①First semester

水曜3限

Wednseday, 3rd period

先進工学研究科　物理工学専攻

Department of Applied Physics, Graduate School of Advanced Engineering

2.00単位

講義

Lecture

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⑤ [対面]ブレンド型授業/ [On-site] Blended format (must include 50%-or-more classes held on-site)

量子力学に基づいて、固体の電子状態の特徴と固体が示す磁気的・電気的・光学的性質について講義する。

The characteristics of electronic states and the magnetic, electrical, and optical properties of solids will be addressed on the basis of quantum mechanics.

固体の中の電子の振る舞いは量子力学によって記述される。量子効果によってどのような電子状態が出現するか、またその電子状態の特徴ががどのような物理量に表れるか理解する。本専攻のカリキュラム・ポリシーに定める高度な専門知識を身に付けるために必要な「基礎科目」である。

The behavior of electrons in solids is described by quantum mechanics. Students will understand what type of electronic state appears owing to the quantum effect and what type of physical quantity appears as a consequence of the electronic states. This is a "basic subject," necessary to acquire the advanced expertise specified in the curriculum policy of this department.

固体が示す磁気的・電気的・光学的性質の基礎となる電子状態の特徴について理解できる。また、電子状態と固体が示す物性との対応について説明できる。

Students will understand the characteristics of the electronic states, which is the basis of the magnetic, electrical, and optical properties in solids. Students are also expected to explain the correspondence between electronic states and physical properties exhibited by a solid.

授業の内容を理解するため、指示に従って問題解答を毎回提出すること。

To understand the content of the class, students are required to submit an answer for a problem each time as instructed.

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各回ごとの準備学習・復習についてはそのつど指示する。

Preparation and study review will be indicated for each case.

到達度評価レポート(60%) と随時出題するレポートを含む授業へ望む姿勢(40%)で評価する。

To be evaluated by a final report (60%), taking into account the attendance and attitude in class, and the reports to be submitted at any time.

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

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必要に応じて紹介する

To be introduced as necessary.

この授業を履修する者は、全授業回数のうち半数以上の回を対面で受講すること。
1. 原子の電子状態
　水素様波動関数の復習と原子の中の電子軌道について理解できる。
2. 結晶の中の遍歴する電子(1)
　ブロッホの定理について理解できる。
3. 結晶の中の遍歴する電子(2)
　強束縛電子近似を用いたいくつかの物質のバンド構造について理解できる。
4. 第二量子化
　多電子系を記述するための基礎であるスレーター行列式と第二量子化について理解できる。
5. グリーン関数
　多電子系の一粒子励起を記述するグリーン関数について理解できる。
6. フェルミ液体論
　相互作用がある多電子系を記述するフェルミ液体論の基礎について理解できる。
7. 磁場中の伝導電子
　磁場により量子化された伝導電子の運動について理解できる。
8. 電気伝導
　ボルツマン方程式による電気伝導について理解できる。
9. 熱輸送現象
　熱電効果と熱伝導度について理解できる。
10. 誘電的性質
　古典論による物質の誘電的性質について理解できる。
11. 光学応答の量子論
　線形応答理論による光学応答について理解できる。
12. 結晶場中の局在電子
　結晶場の中にいる磁性イオンの振る舞いについて理解できる。
13. 磁性イオン間の相互作用
　磁性体のイオン間に働く磁気的相互作用や強磁性・反強磁性物質のスピンダイナミクスについて理解できる。
14. 強相関効果
　モット絶縁体とそれに関わる物性について理解できる。
15. 到達度評価レポート課題の解説

1. Electronic states of atoms
Hydrogen-like wave function and orbitals in the atom.
2. Itinerant electrons in crystals (1)
Bloch's theorem.
3. Itinerant electrons in crystals (2)
Band structure of several materials using the tight-binding approximation.
4. Second quantization
The Slater determinant and second quantization, which are the basis for describing many-electron systems.
5. Green's function
Green's function, which describes the single particle excitation of many-electron systems.
6. Fermi liquid theory
Fundamentals of the Fermi liquid theory, which describes many-electron systems with interactions.
7. Conduction electrons in a magnetic field
Motion of the conduction electrons quantized by the magnetic field.
8. Electric transport
Electric transport using the Boltzmann equation.
9. Heat transport phenomenon
Thermoelectric effect and thermal conductivity.
10. Dielectric properties
Dielectric properties of materials according to the classical theory.
11. Quantum theory of optical response
Optical response according to the linear response theory.
12. Localized electrons in the crystal field
Behavior of magnetic ions in a crystal field.
13. Interaction between magnetic ions
Magnetic interaction between the ions of a magnetic material and the spin dynamics of ferromagnetic / antiferromagnetic materials.
14. Strong correlation effect
Mott insulator and its physical properties.
15. Commentary on the final report.

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