到達目標
量子力学の基本となるSchrödinger方程式の導入について学び、波動関数の意味、物理量と演算子の関係、期待値などの基本を学び、さらに量子統計の基本となるFermi－Dirac統計、Bose-Einstein統計、古典統計のMaxwell－Boltzmann統計を学ぶ。これらを基本としてアインシュタインの挑戦し た物体の比熱の計算、分子の吸収波長の計算や応用例（走査トンネル顕微鏡（STM）、超伝導量子干 渉磁束計（SQUID）など）への応用を学び、先端科学技術を駆使したものづくりに役立てられる基本が身に付くことを目標とする。
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 | | | |
| 評価項目2 | | | |
| 評価項目3 | | | |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
ナノテクノロジーやマイクロテクノロジーだけでなく、これらを融合したテクノロジーは今やあらゆる分野で応用され、電化製品だけでなく日用品、化粧品、文房具など我々の身の回りで活用され、しかも日々応用製品は進化、発展し続けている。固体物性工学はこれらの技術を支える重要な学問の一つであり、量子力学と統計力学を基本として、国体のマクロの物理的性質をオングストロームスケール、ナノスケール、マイクロスケールからの視点から構築し、基礎学習からその応用まで学習する。
授業の進め方・方法:
◆授業の進め方：講義を中心にして、PowerPoint（マイクロソフト社）による画像を活用したり、Blackboard社のLMSを活用してeラーニングによる授業を進める予定。
◆授業内容：教科書を中心にして、応用例としてアインシュタインの挑戦し た物体の比熱の計算、分子の吸収波長の計算や応用例（走査トンネル顕微鏡（STM）、超伝導量子干 渉磁束計
（SQUID）など）を学び、先端科学技術を駆使したものづくりに役立てられるよう心がけて講義 する。
◆評価方法：各テーマ毎ににレポートを課題として出す（７０％評価）。最後に簡単な内容理解の確認テストを行う予定（３０％評価）。
注意点:
学士課程の工学系学生においては、量子力学、量子統計力学は基本的素養となっていることに注意すること。また学科によって準学士課程で少しかじった学生は、時間的なこともあり、複雑な計算過程を省略して概要的な学習だけにならざうるを得ない状況になっているので、学部学生卒程度の学習レベルに達する努力をする事が必要であることに注意する事。
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 |
【導入】先端技術と固体物性工学 |
先端技術と固体物性工学の相互依存関係が理解できる。
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| 2週 |
【量子力学】量子力学の考え方Ⅰ
量子力学の考え方Ⅱ |
（１）古典力学との違いが理解できる。
（２）シュレディンガー方程式とハイゼンベルグの不確定性原理が理解できる。
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| 3週 |
（１）固有関数とエネルギー固有値 Ⅰ
（２）固有関数とエネルギー固有値 Ⅱ |
（１）井戸型ポテンシャルに閉じ込められた電子の波動関数、エネルギー準位の計算ができる。
（２）１次元調和振動子の波動関数、エネルギー準位が計算できる。
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| 4週 |
（１）水素様原子の解法
（２）スピンとパウリの排他律 |
（１）水素様原子の電子の波動関数及びエネルギー準位が計算できる。
（２）スピン演算子、ゼーマン効果、パウリの排他律が理解できる。
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| 5週 |
【統計力学】（１）統計力学の考え方
（２）量子統計と古典統計
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（１）統計集団、統計力学の基本仮定が理解できる。
（２）量子統計（Fermi-Dirac統計、Bose-Einstein統計）と
古典（Maxwell-Boltzmann統計）が理解できる。
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| 6週 |
【応用例】（１）固体の比熱 |
（１）比熱に関するアインシュタインの理論、デバイの理論を理解できる。電子比熱を理解しフェルミ準位近傍の状態密度が計算できる。
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| 7週 |
（２）超伝導
（３）分子の吸収波長の計算
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（２）マイスナー効果、ジョセフソン効果、SQUIDが理解できる。
（３）自由電子模型によって分子の吸収波長が計算できる。
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| 8週 |
（３）トンネル効果
（４）トンネル磁気抵抗（TMR)効果 |
（３）トンネル効果が理解できる。トンネル効果を利用したトンネルデバイスと走査型トンネル顕微鏡について理解できる。
（４）TMR効果とその応用が理解できる。
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| 4thQ |
| 9週 |
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| 10週 |
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| 11週 |
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| 12週 |
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| 13週 |
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| 14週 |
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| 15週 |
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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 | 発表 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
| 総合評価割合 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |