本講義は材料量子力学ならびに量子化学Aと対の授業である。量子化学Aにおいて、量子力学の定式化、すなわち、演算子、古典物理量と固有値、交換関係などの量子論の原則を習得し、その上で、量子力学における近似解法である摂動法、変分原理などの計算方法を学んだ上で、量子化学Bでは「分子軌道法」や「光と物質の相互作用」といった具体的な問題に対する展開的理解力を獲得する。
【到達目標】 最先端の材料科学を習得するためには、原子・分子の世界を支配する量子力学の体系を学び、これを材料や化学の諸問題に適用して、材料がどのような構造や性質を持つに至るかを理解する必要がある。本講義では、量子化学Aで修得した量子化学の近似解法を応用して、「分子軌道」や「光と物質の相互作用」といった具体的な問題に対する展開的理解力を得ることを目標とする。
【テーマ】 対象となる系が複雑になると、量子力学は厳密解を得ることができない。本講義では、量子化学Aで修得した摂動法や変分原理などの近似法の基礎を用いて、これらの手法の量子化学への応用を学ぶ。
分子軌道法、対称性、群論、光と物質の相互作用、半古典論、時間依存のシュレディンガー方程式、時間による摂動、光の吸収と放出、遷移確率、自然放出と誘導放出
✔ 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) |
前もってテキストを配布しますので、各回の授業内容の部分をよく読み、課題を予習・復習で行ってください。
授業計画 | 課題 | |
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第1回 | 量子化学における近似解法の復習 | 授業内容に即した課題を与える |
第2回 | 分子軌道法(1) | |
第3回 | 分子軌道法(2)(対称性と群論) | |
第4回 | 光と物質の相互作用(1)(半古典論の取り扱い、電磁気学の復習) | |
第5回 | 光と物質の相互作用(2)(時間依存のシュレディンガー方程式、時間による摂動) | |
第6回 | 光と物質の相互作用(3)(光の吸収と放出、遷移確率) | |
第7回 | 光と物質の相互作用(4)(自然放出と誘導放出) | |
第8回 | 理解度確認のための総合演習 |
講義資料は前もって配布する
原田義也著「量子化学」(上) 裳華房、 大岩正芳著「化学者のための数学十講」 化学同人、 P. アトキンス著 「物理化学第8版」(上、下) 東京化学同人
宿題などの提出物:20%、中間試験::40%、期末試験:40%を目安に、授業に対する取り組みも加味して総合的に判定する。
必須ではないが、1年次に基礎物理学系課目ならびに線形代数、微分方程式に親しんでいると理解しやすい。量子化学Aを受講していることが望ましい。