2022年度 物性物理学I   Condensed Matter Physics I

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開講元
物理学系
担当教員名
平山 博之  打田 正輝 
授業形態
講義     
メディア利用科目
曜日・時限(講義室)
  
クラス
-
科目コード
PHY.C341
単位数
2
開講年度
2022年度
開講クォーター
4Q
シラバス更新日
2022年4月20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

 下記の到達目標に従い、局在モーメントが示す磁性、金属系の電気伝導の量子論、半導体物性とトポロジカル絶縁体、超伝導、原子層物質について、基本的事項を解説する。
 本講義を通して、物性物理学の対象となる様々な物質において起こる新奇な現象と、その背景にある基本的な物理的概念を学習する。

到達目標

物質の多様な性質を解き明かす物性物理学が扱う分野と研究対象は多岐にわたっている。各種の先端科学・技術の基盤となっている物性物理学の諸分野について、基本的事項を理解することを目指す。

キーワード

磁性、半導体物理学、原子層物質、金属

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

授業計画に記載されている下記の事項を取り上げ、講義を行う。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 群速度・有効質量・正孔 結晶中の電子の運動とバンド構造の関係について理解する。
第2回 Drudeモデル・Boltzmann方程式 電気伝導の基本的な定式化について理解する。
第3回 Bloch-Grüneisenの式・Matthiesen則 金属における電気伝導を決める要因について理解する。
第4回 Hall効果・熱電効果・Wiedemann-Franz則 磁場中や温度差がある状況での伝導について理解する。
第5回 半導体のバンド構造 半導体のバンド構造について理解する。
第6回 真性半導体・不純物半導体 半導体における電気伝導を決める要因について理解する。
第7回 p-n接合・ヘテロ構造 異なる物質の接合における伝導について理解する。
第8回 電子の軌道運動、スピンによる磁気モーメント 固体の磁気的性質の起源となる電子の軌道運動、スピンによる磁気モーメントについて理解する。
第9回 原子、イオンの磁性 原子やイオン中に含まれる複数の電子の軌道運動とスピンによって生じる磁性を理解する。
第10回 交換相互作用と磁気的秩序I 局在磁気モーメント間の交換相互作用と磁気的秩序について理解する。
第11回 交換相互作用と磁気的秩序II 局在磁気モーメント間の交換相互作用と磁気的秩序について理解する。
第12回 伝導電子による磁性 金属や半導体中の伝導電子に関連した固体の磁気的現象を理解する。
第13回 原子層物質I グラフェンを例に、原子層物質の構造と興味深い電子状態を理解する。
第14回 原子層物質II グラフェンを例に、原子層物質の構造と興味深い電子状態を理解する。。

教科書

必要な講義資料は授業中に配布する。

参考書、講義資料等

矢口裕、「基礎から学ぶ固体物理学」、KS物理専門書(2017).

〔打田〕: H.イバッハ, H.リュート「固体物理学 - 21世紀物質科学の基礎」シュプリンガー (2012).

成績評価の基準及び方法

期末試験、レポート等による

関連する科目

  • PHY.C340 : 基礎固体物理学
  • ZUB.Q204 : 量子力学第一
  • ZUB.S205 : 熱・統計力学第一
  • PHY.C342 : 物性物理学II

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

量子力学第一、熱・統計物理学第一、基礎固体物理学を履修していること。

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