材料物性Ⅱ

Course Information

College	Toyama College	Year	2015
Course Title	材料物性Ⅱ
Course Code	0016	Course Category	Specialized / Elective
Class Format	Lecture	Credits	Academic Credit: 2
Department	Department of Mechanical Engineering	Student Grade	5th
Term	Second Semester	Classes per Week	2
Textbook and/or Teaching Materials	固体物理学入門(上、下)：共訳：宇野良清、津屋昇、森田章、山下次郎、丸善株式会社
Instructor	Toshima Takeshi

Course Objectives

材料の性質を原子スケールで捉え、量子力学や統計力学の基本について材料の立場から理解する。
今まで学習してきた物理･化学について、その固体物性は数学的手法を用いて理解出来ることを学ぶ。
固体における電気的性質に焦点を絞るが、材料の強度や硬さ、熱伝導性や光学特性にも応用が利くことを学び取る。

Rubric

	理想的な到達レベルの目安	標準的な到達レベルの目安	未到達レベルの目安
評価項目1	BCC構造とFCC構造について基本単位胞の構造と原子位置について説明が出来る	BCC構造とFCC構造について充填率の導出が出来る	BCC構造とFCC構造について充填率の導出が出来ない
評価項目2	実空間および波数空間の並進対称性および回転対称性について理解している	逆格子ベクトルを用いて結晶の面間隔の導出が出来る	逆格子ベクトルを用いて結晶の面間隔の導出が出来ない
評価項目3	格子振動モードの違いについて説明が出来る	単純立方格子結晶における格子振動の伝搬速度の導出が出来る	単純立方格子結晶における格子振動の伝搬速度の導出が出来ない
評価項目4	ボルツマン因子、ヘルムホルツの自由エネルギー、化学ポテンシャル、エントロピーについて２系接触モデルを用いて説明が出来る	固体における統計量について系の説明が出来る	固体における統計量について系の説明が出来ない
評価項目5	結合力の物理的起源について理解し、差異について説明が出来る	各種の結合力の違いについて説明が出来る	各種の結合力の違いについて説明が出来ない
評価項目6	音響分枝と光学分枝の違いを説明が出来る	フォノンについて分散関係を説明が出来る	フォノンについて分散関係を説明が出来ない
評価項目7	３次元系におけるフェルミ面および群速度について説明出来る	１次元電子系におけるハミルトニアンからフェルミエネルギーの導出が出来る	１次元電子系におけるハミルトニアンからフェルミエネルギーの導出が出来ない
評価項目8	バンドギャップのメカニズムについて説明が出来る	バンド構造の違いから金属、半導体、絶縁体の伝導度の温度依存性について説明が出来る	バンド構造の違いから金属、半導体、絶縁体の伝導度の温度依存性について説明が出来ない
評価項目9	一次相転移と二次相転移の差異が生じる起源について説明が出来る	一次相転移と二次相転移の違いを説明出来る	一次相転移と二次相転移の違いを説明出来ない
評価項目10	磁性体の工業的性能の評価手段について説明出来る	磁性体材料の分類が出来る	磁性体材料の分類が出来ない
評価項目11	超伝導転移前後における物性値の変化について図示出来る	超伝導現象の主な特徴について説明が出来る	超伝導現象の主な特徴について説明が出来ない

Teaching Method

Outline:

材料の性質を原子スケールで捉え、量子力学や統計力学の基本について材料の立場から理解する。今まで学習してきた物理･化学について、その固体物性は数学的手法を用いて理解出来ることを学ぶ。固体における電気的性質に焦点を絞るが、材料の強度や硬さ、熱伝導性や光学特性にも応用が利くことを学び取る。

Style:

実施体制は教員単独による講義形式を取り、到達状況を確認する課題について演習形式で解く。

Notice:

微積分やフーリエ変換等、物理や数学などの基礎科目で学習してきた数学的手法は十分に身に着いたものと前提して授業を進めるので、自信が無い場合は予め関係するであろう数学参考書は用意をしておくこと(数学の参考書については特にこちらから指定はしない)
また、授業計画は，学生の理解度に応じて変更する場合がある。

Course Plan

			Theme	Goals
2nd Semester
	3rd Quarter
		1st	ガイダンス、固体物理学を学ぶ上で必要な予備知識の確認
		2nd	結晶構造と逆格子Ⅰ 結晶構造と逆格子	実空間と波数空間の関係について理解する
		3rd	結晶構造と逆格子Ⅱ 結晶の結合力と弾性	種々の結合力の起源について理解する
		4th	固体における統計Ⅰ 熱平衡とエントロピー	２体接触系における平衡状態から求められる物理量について理解する
		5th	固体における統計Ⅱ ボルツマン因子とギブス因子	２体接触系における平衡状態から求められる物理量について理解する
		6th	結晶格子の振動Ⅰ 結晶の振動と弾性波の量子化	結晶中を伝搬するフォノンについて単純立方格子での導出を行う
		7th	結晶格子の振動Ⅱ フォノン比熱と状態密度	フォノンの分散関係について理解する
		8th	フェルミ粒子とボーズ粒子Ⅰ フェルミ･ディラック分布関数	１次元電子系におけるハミルトニアンからフェルミエネルギーを導出する
	4th Quarter
		9th	フェルミ粒子とボーズ粒子Ⅱ ボーズ･アインシュタイン分布関数	3次元系に拡張した電子系におけるフェルミ面および群速度について説明が出来る
		10th	エネルギーバンドエネルギーバンドとエネルギーギャップ	エネルギーバンドの起源について理解する
		11th	フェルミ面と金属･半導体フェルミ面、金属と半導体の違い	バンド構造の差異から生じる伝導度の違いについて理解する
		12th	誘電体　マクスウェル方程式と分極、巨視的電場と局所電場	誘電体に対する外部電場の影響について理解する
		13th	磁性体　磁化と磁化率、反磁性と常磁性	磁性体に対する外部磁場の影響について理解する
		14th	超伝導体　BCS理論、超伝導材料の工業的応用	超伝導現象について特徴的な物理量の変化と工業的応用に当たっての注意点について学ぶ
		15th	期末試験
		16th	解説と到達度の確認

Evaluation Method and Weight (%)

	試験	発表	相互評価	態度	ポートフォリオ	演習･課題	Total
Subtotal	80	0	0	0	0	20	100
基礎的能力	0	0	0	0	0	0	0
専門的能力	80	0	0	0	0	20	100
分野横断的能力	0	0	0	0	0	0	0