2020年度 基礎固体物理学   Basic Solid State Physics

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開講元
物理学系
担当教員名
佐藤 琢哉 
授業形態
講義
メディア利用
Zoom
曜日・時限(講義室)
火1-2(H116)  金1-2(H116)  
クラス
-
科目コード
PHY.C340
単位数
2
開講年度
2020年度
開講クォーター
3Q
シラバス更新日
2020年10月6日
講義資料更新日
-
使用言語
日本語
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講義の概要とねらい

本講義では、結晶構造の基本的概念を説明し、ブラベー格子の種別や逆格子の基本を解説する。さらに、原子間に働く相互作用によって、結晶が様々な種別に分類されることを説明する。さらに結晶において、原子核の運動である格子振動や結晶中の電子が取り得る量子状態について説明する。またそれら量子状態のエネルギー分布の様子から金属(導体)と半導体(絶縁体)が統一的に理解できることを解説し、金属および半導体の基本物性について説明する。
本講義を履修することで、量子力学に基づいて固体結晶の物理の基本的な性質を理解し、それがいかに実験結果と対応するか理解できる。

到達目標

本講義を履修することによって次の能力を習得する。
1) 与えられた結晶構造に対して基本並進ベクトルや逆格子ベクトルの計算をすることができる。
2) さまざまな結晶の結晶結合の違いを説明できる。
3) 固体結晶のバンド構造の基本的な性質を説明できる。
4) 固体の光学的性質を説明できる。

キーワード

並進ベクトル、単位格子、ブラベー格子,逆格子、ブリルアンゾーン、フォノン、金属、絶縁体、バンド構造、半導体

学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)

専門力 教養力 コミュニケーション力 展開力(探究力又は設定力) 展開力(実践力又は解決力)

授業の進め方

講義の最後でその日の内容に関する簡単な演習問題に取り組んでもらう回を数回設けます。各回の学習目標をよく読み,課題を予習・復習で行って下さい。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 結晶構造 結晶構造の説明
第2回 逆格子 逆格子の説明
第3回 逆格子 逆格子の説明
第4回 固体における結合 固体における結合の説明
第5回 格子振動とフォノン 格子振動とフォノンの説明
第6回 固体の熱的性質 固体の熱的性質の説明
第7回 自由電子論 自由電子論の説明
第8回 バンド理論 バンド理論の説明
第9回 バンド理論 バンド理論の定理
第10回 固体中の電気伝導 固体中の電気伝導の説明
第11回 固体の光学的性質(物質中のマクスウェル方程式) 固体の光学的性質(物質中のマクスウェル方程式)の説明
第12回 固体の光学的性質(電気分極) 固体の光学的性質(電気分極)の説明
第13回 固体の光学的性質(導体) 固体の光学的性質(導体)の説明
第14回 固体の光学的性質(半導体) 固体の光学的性質(半導体)の説明

授業時間外学修(予習・復習等)

学修効果を上げるため,教科書や配布資料等の該当箇所を参照し,「毎授業」授業内容に関する予習と復習(課題含む)をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

別途、指定する

参考書、講義資料等

授業で紹介する

成績評価の基準及び方法

毎回のレポートによる

関連する科目

  • PHY.Q207 : 量子力学入門
  • PHY.S301 : 統計力学
  • PHY.E205 : 電磁気学

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

電磁気学、統計力学、量子力学を履修していること、または同等の知識があること

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