到達目標
1.金属の自由電子論を理解する。
2.量子力学を使った定式化ができ、導かれる性質を理解する。
ルーブリック
| 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
金属の自由電子論の理解 | 古典的扱いと量子論的扱いを理解できている。 | 電子気体の基底状態の性質を理解している。 | 電子気体の基底状態の性質が理解できていない。 |
評価項目2
結晶構造の表現方法の理解。 | 結晶構造(結晶面、結晶軸)の数学的な表現方法を理解できていること。 | 各種結晶構造の幾何学的な特徴を理解し、そのイメージを頭の中で描くことができること。 | 各種結晶構造の幾何学的な特徴を理解できていない。 |
評価項目3
周期ポテンシャル中の電子状態の理解。 | 一般的定式化、および導かれる一般的性質を理解している。 | 独立電子近似を理解している。 | 独立電子近似を理解していない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
原著(SOLID STATE PHYSICS, Ashcroft/Mermin)を4分割した日本語訳の先頭巻(上・1巻)を中心に授業を行います。
固体物理の基本的な理論体系をしっかり理解します。
授業の進め方・方法:
使用する教科書(固体物理の基礎 上・1)は原著の4分割の先頭部分に相当します。金属の理論、自由電子モデルの破綻、結晶格子(逆格子、X線回折による結晶構造決定)、周期ポテンシャル中の電子状態等を学びます。セミナー形式の発表・報告を取り入れつつ、授業を進めます。
注意点:
基本的な理論体系を理解するためには「数学力」はもちろんですが「読解力」も大切です。教科書は英語原著の日本語訳ですが、理解や解釈が曖昧になりそうな箇所があれば、原著の対応する部分の英文を直接読み込むことがあります。
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
後期 |
3rdQ |
1週 |
ガイダンス、固体物理学入門 |
各自の専攻と物性物理のつながりを探す。
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2週 |
金属のDrude理論 |
モデルの基礎仮定を理解する。
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3週 |
電子気体の基底状態の性質 |
量子化条件を理解する。
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4週 |
自由電子気体の熱的性質 |
フェルミディラック分布、フェルミエネルギーを理解する。
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5週 |
金属のゾンマーフェルト理論 |
古典速度分布をフェルミディラック分布で置き換え検討する。
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6週 |
自由電子モデルの破綻 |
ゾンマーフェルト自由電子モデルと実験の矛盾点を把握する。
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7週 |
結晶格子 |
ブラベー格子、基本単位格子、単位構造のある格子を理解する。
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8週 |
逆格子 |
逆格子の定義、ブリルアンゾーン、格子面のミラー指数を理解する。
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4thQ |
9週 |
X線回折による結晶構造の決定 |
固体の微視的構造がX線回折でどのように決定されるか理解する。
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10週 |
演習 |
前週までの重要なポイントを演習により確認する。
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11週 |
周期ポテンシャルとブロッホの定理 |
ブロッホの定理について、第一の証明、第二の証明ができる。
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12週 |
状態密度 |
1電子の物理量を電子状態について重みをつけて計算できる。
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13週 |
弱い周期ポテンシャルの中の電子 |
ポテンシャルが弱い場合のシュレーディンガー方程式に対する一般的近似を理解する。
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14週 |
エネルギーバンド |
エネルギーギャップが電子の輸送現象において重要となる由来を理解する。
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15週 |
期末試験 |
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16週 |
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
評価割合
| 試験 | 課題 | 合計 |
総合評価割合 | 80 | 20 | 100 |
基礎的能力 | 0 | 0 | 0 |
専門的能力 | 80 | 20 | 100 |
分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 |