2020年度 無機固体化学特論第一   Advanced Solid State Chemistry I

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開講元
応用化学コース
担当教員名
大友 明 
授業形態
講義
メディア利用
Zoom
曜日・時限(講義室)
月3-4(H104)  
クラス
-
科目コード
CAP.A461
単位数
1
開講年度
2020年度
開講クォーター
1Q
シラバス更新日
2020年9月18日
講義資料更新日
-
使用言語
英語
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講義の概要とねらい

[講義の概要] 本講義では、化学結合の性質や結晶学的な周期ポテンシャルの考え方を適用して固体の電気的性質について解説する。ここで扱う電気的性質には、金属、半導体、絶縁体、超伝導体、量子閉じ込め構造における電気伝導と電子構造が含まれる。
[講義のねらい] 本講義では、歴史上固体化学と固体物理が相補的に発展してきたことを踏まえ、固体化学と固体物性の知識を結びつけて理解できるように各回のテーマを設定する。具体的にはまず固体化学の諸原理を論じ、次に関連する物性理論を講述する。現代化学の多くの分野では、有用な化合物の物理的性質を明らかにし、その物理的性質から新しい化合物の組成や構造を設計する双方向のサイクルで発展してきた。一方、ある原理で体系化された化合物群の中から新しい物性や機能が見つかること珍しくない。このような観点から、ディスカッションや演習に重点におく。

到達目標

本講義を履修することによって、
1) 化学結合の性質や結晶学的な周期ポテンシャルの考え方を適用して固体の電気的性質を説明できる。
2) 分子軌道理論、自由電子理論、バンド理論を組み合わせて固体の電気的性質を支配する原理を説明できる。

キーワード

エネルギーバンド、自由電子理論、状態密度関数、逆格子、消滅則、X線回折、ホール効果、金属-絶縁体転移、モット絶縁体、量子井戸、高温超伝導銅酸化物

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

本講義は、(1)化学結合、(2)バンド理論、(3)結晶学、(4)電気伝導の順番で進める。そして最終回に、理解度確認のための演習と解説を実施する。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 固体化学に関する総論 講義の目的を説明できる。
第2回 原子の性質と化学結合 化学結合における共有結合とイオン結合の寄与について説明できる。
第3回 バンド理論 自由電子理論を基にバンド理論を説明できる。
第4回 結晶学と結晶構造 逆格子空間や運動量空間におけるバンド分散について説明できる。
第5回 金属と半導体の電気伝導 電気伝導の測定法やその原理を説明できる。
第6回 電子構造の分光学的評価法 電子分光法の特徴やその原理を説明できる。
第7回 理解度確認のための演習と解説 演習により総合的な理解度を高め,到達度を自己評価する。

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

R. J. D. Tilley著、滝澤、田中、大友、貝沼 訳「固体材料の科学」(東京化学同人)ISBN: 978-4807908585.

参考書、講義資料等

A. R. West著、遠藤、武田、井川、池田、 伊藤、菅野 訳「ウエスト 固体化学入門」(講談社)ISBN: 978-4061533714.
他の講義資料は講義中に配布するとともにOCW-iにアップロードする。

成績評価の基準及び方法

期末試験(60%)、レポート課題(30%)、演習(10%)で到達目標の達成度を評価する。

関連する科目

  • CAP.A401 : 応用化学概論第一A
  • CAP.A462 : 無機固体化学特論第二
  • CAP.A443 : 固体物理化学特論第一
  • CAP.A444 : 固体物理化学特論第二

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

特になし。

連絡先(メール、電話番号)    ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。

大友明 aohtomo[at]apc.titech.ac.jp

オフィスアワー

メールで事前予約すること。

その他

同じく第1Qに開講される固体物理化学特論第一(CAP.A443)を本講義と相補的に履修することを奨めます。

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