本講義は1,2年次で学んだ力学、電磁気学、量子化学、統計力学の知識をベースに、固体結晶の示すマクロな熱的・電気的現象をミクロな原理に基づいて理解することを目的とする。
具体的な内容としては、固体の構造、固体の比熱、電気伝導度、光学的性質、磁性の振舞いを、金属、半導体、絶縁体の場合において場合を分けつつ、定性的、かつ定量的に理解する。
本講義を履修することによって以下の能力を習得する。
1)固体の構造、電子状態を記述する方法を理解し、固体の性質の把握に応用できる
2)固体の比熱、電気伝導度、光学的性質、磁性の振る舞いを正しく理解できる。
3)金属、半導体、絶縁体における固体の性質の差異について正しく理解できる。
単位格子、逆格子、電気伝導度、比熱、フォノン、バンド構造、フェル面、バンドギャップ、プラズモン、常磁性、強磁性、反強磁性
✔ 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) |
講義と簡単な演習を基本に進めます。
授業計画 | 課題 | |
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第1回 | 固体化学のアウトライン | 固体の特徴について説明せよ |
第2回 | 結晶構造と逆格子 | 結晶構造と逆格子について説明せよ。 |
第3回 | 結晶結合 | 結晶における結合力の起源について説明せよ。 |
第4回 | 1次元格子の運動と分散関係 | 1次元格子の運動と分散関係について説明せよ。 |
第5回 | 格子比熱1:アインシュタインモデル | アインシュタインモデルに基づき格子比熱を説明せよ。 |
第6回 | 格子比熱2:デバイモデル | デバイモデルに基づき格子比熱を求めよ。 |
第7回 | 固体の電子状態の基礎 | 1,2,3次元金属におけるエネルギーと状態密度の関係を求めよ。 |
第8回 | 金属の電気伝導、電気抵抗の起源 | 金属の電気伝導、電気抵抗の起源を説明せよ。 |
第9回 | バンド理論の基礎 | 波数とエネルギーの関係を求めよ。 |
第10回 | ほとんど自由な電子のモデルによるバンド理論 | バンドギャップの起源について説明せよ。 |
第11回 | バンド理論の応用:絶縁体と金属の違い | 絶縁体と金属の違いを説明せよ。 |
第12回 | 半導体の電子状態 | 半導体の電子状態を説明せよ。 |
第13回 | 電子の集団励起:プラズモン | プラズモン吸収の周波数依存性を求めよ。 |
第14回 | 金属の磁性とパウリの常磁性 | 金属の磁性とパウリの常磁性について説明せよ。 |
第15回 | 強磁性と反強磁性 | 強磁性と反強磁性について説明せよ。 |
特になし
キッテル 固体物理学
期末試験により評価する。
履修の条件を設けない。