原子が静止している周期的な結晶構造を出発点とし,熱による格子振動を説明し,このような格子振動を波として扱い,固体の熱的物性の物理を理解してもらいます.また,固体の結合から電子の固体の中の結合状態を知り,電子の運動状態,エネルギー分布から金属や半導体の電気的な物性を理解してもらいます.さらに,3d殻の電子の状態により遷移金属原子の磁気モーメントの発現,遷移金属結晶の磁性を理解し,強磁性金属の磁化過程も理解してもらいます.
金属の示す熱的,電気的,磁気的物性を知り,さらに,ミクロな視点から理解することを本講義の目標としています.
基本的に金属のミクロ的な構造(原子構造,電子構造)および原子,電子の運動から金属(固体)のマクロ的な物性を理解します.例えば,格子振動から金属(固体)の熱的な物性を理解し,自由電子モデル,バンド構造から金属(固体)の電気的な物性を理解,電子の運動と交換相互作用から磁気的な物性を理解します.
金属結晶,金属結合,格子振動,比熱,熱伝導,自由電子,電気伝導,バンド構造,半導体,キャリア,金属の磁性,磁化
✔ 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) |
毎回講義の初めは,前回内容のまとめを行い,その後その回の内容について説明する.必要に応じて,勉強した知識を使って問題を解かせる.
授業計画 | 課題 | |
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第1回 | 結晶構造,基本単位胞,周期構造とk空間 | 結晶構造および逆格子空間の説明. |
第2回 | 固体の結合 | 固体の結合,電子構造について説明する. |
第3回 | 格子振動,弾性波,振動モード,状態密度 | 格子振動に関する基本概念を説明する. |
第4回 | 比熱のアインシュタインモデルとデバイモデル | 格子振動から固体の熱物性を理解する(比熱). |
第5回 | 格子波,熱伝導 | 格子振動から固体の熱物性を理解する(熱伝導). |
第6回 | 自由電子,フェルミエネルギー,分布関数,状態密度 | 自由電子モデルを理解する. |
第7回 | オーム法則,電気伝導率 | 自由電子モデルから金属の電気特性を理解する. |
第8回 | 理解度確認総合演習(1) | 理解度チェック中間試験 |
第9回 | エネルギーバンド,固体の分類(金属,絶縁体,半導体) | エネルギーバンド構造から,電気特性による固体の分類について理解する. |
第10回 | 半導体の電気伝導,キャリア,有効質量 | 半導体の電気伝導特性を理解する.有効質量の導入. |
第11回 | 不純物半導体,キャリアの移動度 | 不純物半導体キャリア濃度の計算,およびキャリア濃度の温度依存性. |
第12回 | 金属の磁性,原子の磁気モーメント | 磁性の発生について理解する. |
第13回 | 強磁性体,自発磁化,磁区構造 | 強磁性体の特徴,自発磁化のメカニズムについて理解する. |
第14回 | 磁化曲線,磁気異方性 | 強磁性体の磁化過程について理解する. |
第15回 | 理解度確認総合演習(2) | 理解を深めるための総合演習 |
教員が準備する配布物
岡崎 誠著 『固体物理学ー工学のために』 裳華房,M. Ali Omar著 『Elemnetaray Solid State Physics』 Addison-Wesley
Charles Kittel著 『Introduction to Solid State Physics』 Wiley
小テストと演習(20%),中間試験(40%),期末試験(40%)によって評価します.
なし