物性論３Ｃ

Solid State Physics 3C

9912217

12PHCMP308

山下　恭平

Kyohei Yamashita

2026年度後期

2026年度

②Second semester

火曜2限

Tuesday  2nd period (10:30-12:00)

理学部第一部　物理学科

Department of Physics, Faculty of Science Division Ⅰ

1.00単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

物性論2Cで学んだ光と物質の相互作用を基礎として、発光・エネルギー移動・光電変換・光制御に関する現象とその応用を体系的に学ぶ。
半導体デバイスから生体システムまでを対象に、光応答やエネルギー変換の仕組みを横断的に捉えることで、物理学の専門知識を深めるとともに、多角的な視点を養う。
さらに、レーザー、LED、撮像素子、ナノ構造による光制御、メタマテリアルなどの具体例を通して、光物性の原理が現代科学技術にどのように活用されているかを理解する。
あわせて、関連する学術文献を調査し、自ら問いを立てて考察する実践を通じて、卒業研究にもつながる情報探索・分析の基礎力を身につける。

本授業は物理学科のディプロマ・ポリシー項目2に定める「物理学の十分な基礎学力」、
同項目1に定める「横断的にものごとを俯瞰できる能力」身に付けるための科目である。
また、物理学科ルーブリックの評価軸2の「専門学力」の項目に該当する科目である。

物性論2Cで学んだ光と物質の相互作用を基礎とし、その原理が応用されている多彩な自然現象や最新の科学技術への理解を深めることを目的とする。
半導体デバイスと生体システムにおける光応答を対比させ、発光やエネルギー変換の仕組みを横断的に捉えることで、物理学の専門知識と多角的な視点を養う。
さらに、自ら問いを立てて信頼できる情報源を調査・考察する実践を通じ、社会で役立つ光物性の広範な概念と、卒業研究にも繋がる情報探索スキルを習得する。

下記の理解を深める。

• 光と物質の相互作用に関する理論
• 多様な発光現象とエネルギー移動プロセス
• 光デバイスの動作原理と材料物性
• ナノ構造・外部環境による光制御技術
  
  

授業内容に関連する学術文献を調べ、自ら問を立てる習慣を身に付ける。

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/​​​

物性論２Cを履修していることが望ましいが、履修していなくても理解できる内容になっている。

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授業後に公開される授業資料で復習し、課題レポートの作成を行うこと。

• 毎回の出席、レポート課題による評価

※ 半分以上の欠席、または課題未提出がある場合は評価対象としない

・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/

色と光の科学 物理と化学で読み解く色彩の起源,　小島憲道, 末元徹（講談社）

光工学が一番わかる,  前田譲治, 海老澤賢史（技術評論社）

光メタマテリアル入門（丸善出版）

◯授業計画

• 第1回：ガイダンス 授業概要の説明
• 第2回：光の波動性と偏光・視覚の物理
  　　　  光の電磁波としての性質、偏光（直線・円偏光）の仕組みとブリュースター角、視細胞の光受容プロセスと進化、旋光現象、磁場による偏光面回転（ファラデー効果）
• 第3回：波動伝播と発光プロセスの基礎理論
               位相速度・群速度と情報伝達制限。フランク・コンドンの原理やカシャの原理に基づく発光機構、分子性物質（GFP等）や生物・化学発光、希土類・遷移金属の発光特性
• 第4回：電子遷移とエネルギー移動の物理
               スピン多重度（一重項・三重項）と項間交差、蛍光・リン光の遷移確率の違い。ルビーやマンガン化合物の発光比較、および励起エネルギー移動の理論
• 第5回：レーザー光の特性と反転分布の原理
               レーザー光の特徴（指向性・単色性・集光性・可干渉性）とスペックル現象。二準位系モデルにおける誘導放出と、光増幅に不可欠な反転分布（負の温度状態）の形成原理。
• 第6回：レーザー工学と次世代ディスプレイの光学
               3準位・4準位系レーザー、および各種レーザー（He-Ne、色素、CO2）の動作機構。半導体のバンド構造とLED発光効率、液晶・有機EL・量子ドットを用いた最新の光デバイス技術
• 第7回：光電変換素子と画像情報の物理
               撮像素子（CCD、CMOS）における電荷蓄積・転送原理。各種フォトダイオードの受光機構、カラーフィルターによる分光技術、コンピュテーショナルフォトグラフィー
• 第8回：ナノ構造による光制御と環境応答性発色
               量子閉じ込め効果による発光制御、局在表面プラズモン共鳴の原理と応用。外部環境（温度・溶媒・圧力・光等）で色が変化するクロミズム現象、光メタマテリアルの基礎

※ 授業内容・順序は変更となることがある。

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