金属材料物理学特論Ｂ

Advanced Study on Metallic Materials Physics B

998C202

82AMMAS601

田村　隆治

Ryuji Tamura

2026年度前期

2026年度

②Second semester

木曜3限

Thursday 3rd period

先進工学研究科　マテリアル創成工学専攻

Department of Materials Science and Technology, 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

金属材料の三存在形態である結晶、準結晶、アモルファスの構造及び特性について理解する。また、結晶の有する対称性（空間群）を理解し、構造が物性に及ぼす影響を対称性という切り口から理解する。

Understand the structure and properties of three existing forms of metallic materials, crystals, quasicrystals, and amorphous. In addition, understand the symmetry (space group) of crystals, and understand the influence of the structure on the physical properties from the viewpoint of the symmetry.

金属材料（結晶、準結晶、アモルファス）の構造と物性の関係を理解することが目的である。
本学部のディプロマポリシーに定める「工学の基礎となる幅広い知識とともに専門分野の問題発見・解決能力を修得している」および当学科の定めるディプロマポリシー「既存の工学の枠を超えて、自由な発想で基礎科学の融合と展開を図り、産業の発展に寄与する新しい材料と新しい工学を創出する」に該当する内容である。

The purpose of this course is to understand the relationship between the structure and physical properties of metallic materials, including crystals, quasicrystals, and amorphous materials.

This course corresponds to the faculty’s diploma policy, which states that students acquire broad foundational knowledge in engineering as well as the ability to identify and solve problems in their specialized fields. It also aligns with the department’s diploma policy, which emphasizes the creation of new materials and new engineering that contribute to industrial development through the integration and advancement of basic science.

ある所望の性質をもつ金属材料を提案できるようになることが目標である。

The goal is to be able to propose metallic materials with certain desired properties.

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事前の準備学習として、講義での配付資料やシラバスに記載の関連分野について、参考書等で調べ、要点をまとめておくこと。また、復習として講義の内容と参考書等を参照しておくこと。

As a preparatory study, examine the relevant materials described in the syllabus and the handouts given in the lectures by referring to reference books and summarizing the points. Also, refer to the contents of the lecture and reference books as a review.

試験　70%
レポート　30%

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

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[履修上の注意]
全授業回を対面で受講することを原則とする。なお、成績評価は「成績評価方法」に従って行う。

[項目と内容]
1. 熱と金属中の欠陥・相転移
　熱平衡空孔の概念を導入し、規則—不規則変態および連続相転移の基礎を学ぶ。

2. 相転移理論と磁性への応用
　連続相転移の一般論を概説し、強磁性転移への適用と磁気異方性の役割を理解する。

3. 固体磁性の基礎 I：磁気モーメント
　原子・電子の磁気モーメントとキュリーの法則を通して、磁性の基本概念を学ぶ。

4. 固体磁性の基礎 II：交換相互作用
　交換相互作用の起源を理解し、ハイゼンベルグ模型による磁性の記述を学ぶ。

5. 周期結晶中の電子状態
　周期ポテンシャル中の電子状態を扱い、ブロッホの定理の物理的意味を理解する。

6. 電子バンド構造の形成
　摂動論を用いて電子バンドの形成機構を学び、バンドギャップの起源を理解する。

7. 金属電子論 I：ヒューム＝ロザリー則
　金属電子論の立場から、ヒューム＝ロザリー則と合金相安定性を理解する。

8. 金属電子論 II：散乱と遷移確率
　フェルミの黄金律を導入し、不純物散乱と電子輸送の基礎を学ぶ。

9. 結晶の回折理論
　一・二次元結晶の回折を例に、回折条件およびデバイ＝ワラー因子の意味を理解する。

10. 一次元準格子の構成原理
　切断・射影法を用いて一次元フィボナッチ格子を構成し、その特徴を理解する。

11. 三次元準結晶の構造と回折 I
　正二十面体準結晶の構造的特徴と回折の基本概念を学ぶ。

12. 三次元準結晶の構造と回折 II
　正二十面体準結晶の近似結晶と回折図形の関係を理解する。

13. 近似結晶と準結晶の関係
　近似結晶と準結晶の構造的関係を整理し、指数付けの考え方を学ぶ。

14. 近似結晶における構造相転移
　近似結晶に特有の構造相転移を取り上げ、その物理的背景を理解する。

15. 到達度評価試験
　本授業で扱った内容について到達度評価試験を行う。


[Attendance Policy]
Attendance at all on-site classes is required in principle. Grades will be evaluated in accordance with the grading policy described in “Assessment Methods.”

[Items and Contents]

1. Thermal Effects and Defects in Metals; Phase Transitions
Introduce the concept of thermal equilibrium vacancies and study the fundamentals of order–disorder transformations and continuous phase transitions.

2. Phase Transition Theory and Its Application to Magnetism
Outline the general theory of continuous phase transitions and examine its application to ferromagnetic transitions, including the role of magnetic anisotropy.

3. Fundamentals of Magnetism in Solids I: Magnetic Moments
Study atomic and electronic magnetic moments and Curie’s law to understand the basic concepts of magnetism.

4. Fundamentals of Magnetism in Solids II: Exchange Interaction
Understand the origin of exchange interactions and learn how magnetism is described using the Heisenberg model.

5. Electronic States in Periodic Crystals
Treat electronic states in periodic potentials and understand the physical meaning of Bloch’s theorem.

6. Formation of Electronic Band Structures
Study the formation mechanism of electronic bands using perturbation theory and understand the origin of band gaps.

7. Theory of Electrons in Metals I: Hume–Rothery Rule
From the perspective of electron theory in metals, understand the Hume–Rothery rule and phase stability in alloys.

8. Theory of Electrons in Metals II: Scattering and Transition Probabilities
Introduce Fermi’s golden rule and study impurity scattering and the fundamentals of electronic transport.

9. Diffraction Theory of Crystals
Using one- and two-dimensional crystals as examples, understand diffraction conditions and the meaning of the Debye–Waller factor.

10. Construction Principles of One-Dimensional Quasilattices
Construct one-dimensional Fibonacci lattices using the cut-and-project method and understand their characteristic features.

11. Structure and Diffraction of Three-Dimensional Quasicrystals I
Study the structural characteristics of icosahedral quasicrystals and the fundamentals of their diffraction.

12. Structure and Diffraction of Three-Dimensional Quasicrystals II
Understand the relationship between approximant crystals and diffraction patterns of icosahedral quasicrystals.

13. Relationship between Approximant Crystals and Quasicrystals
Organize the structural relationship between approximant crystals and quasicrystals and learn the principles of indexing.

14. Structural Phase Transitions in Approximant Crystals
Examine structural phase transitions specific to approximant crystals and understand their physical background.

15. Achievement Evaluation Test
Conduct an achievement evaluation test covering the content of this course.

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