物質の構造と性質

科目基礎情報

学校	仙台高等専門学校	開講年度	平成31年度 (2019年度)
授業科目	物質の構造と性質
科目番号	0012	科目区分	専門 / 選択
授業形態	講義	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	情報電子システム工学専攻	対象学年	専2
開設期	前期	週時間数	2
教科書/教材	基礎の固体物理学　斯波弘行著　培風館
担当教員	松枝 宏明

到達目標

（１）固体物理の基礎としての量子力学に慣れ，色々な物理系に応用可能な幾つかの基礎的量子モデルの波動関数が導出できる．
（２）結晶固体の基本的な性質が理解できる．
（３）金属・半導体・絶縁体の違いを電子のエネルギー・バンド構造の立場から説明できる．

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
物性理解のための量子力学の基礎	水素様原子の問題が十分理解できる．	井戸型ポテンシャルの問題などの基礎的な量子力学の問題を取り扱うことができる．	量子力学の取り扱いが不十分である．
結晶構造と構造解析	逆格子の計算やＸ線構造解析について十分な理解ができる．	結晶構造の基本的な分類ができる．	結晶構造の分類が不十分である．
自由電子	自由電子系の物理量が自在に計算できる．	電子のフェルミ統計的性質が理解できる．	電子集団の性質が理解できない．
バンド構造	色々な結晶構造の上の電子に対するバンド構造を計算し，電子状態を調べることができる．	単純な結晶構造のエネルギーバンドが計算できる．	バンド構造の理解ができない．

教育方法等

概要:

量子力学や統計力学に基づき，固体の構造や電子物性について微視的立場から理解を深める．結晶固体の構造に関する基本的な性質を理解する．また，金属・半導体・絶縁体の違いを電子のバンド構造の立場から理解する．磁性や超伝導など，多体電子系の特徴的な状態についても触れる．

授業の進め方・方法:

授業は基本的にホワイトボードに記述しながら進めます．適宜，パワーポイントを使用します．

注意点:

成績評価は以下の通りとします．
試験：70点，レポート：30点，合計：100点満点

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
前期
	1stQ
		1週	電子物性の醍醐味	物質の多様性とその背後にある物理法則を理解することの面白さ・必要性について，講義全体の序論として理解ができる．
		2週	量子力学の復習１	井戸型ポテンシャルや調和振動子等の典型問題に共通した固有関数の性質を理解できる．
		3週	量子力学の復習2	水素様原子の電子構造と化学結合について理解できる．
		4週	結晶構造	結晶構造を分類ができる．
		5週	逆格子	典型的な結晶構造の逆格子空間が計算で導出できる．
		6週	Ｘ線構造解析	結晶構造解析の基本的な手法が理解できる．
		7週	自由電子モデル	固体中の電子の基本的な記述方が理解できる．
		8週	フェルミ面と状態密度	フェルミ面・状態密度などの説明ができる．
	2ndQ
		9週	ブロッホの定理	ブロッホの定理を満たす波動関数の特徴について説明ができる．
		10週	ブリルアン・ゾーン	ブリルアン・ゾーンの説明ができる．
		11週	ほとんど自由な電子の近似	ほどんと自由な電子の近似によるバンド構造が計算できる．
		12週	強く束縛された電子の近似	結晶格子に強く束縛された電子のバンド構造が計算できる．
		13週	磁性	統計力学に基づいて磁性の基礎と相転移が理解できる．
		14週	超伝導	完全導電性・マイスナー効果が説明できる．ロンドン理論の基礎が理解できる．
		15週	定期試験	この講義で学んだことを確認するための試験を実施する．
		16週

評価割合

	試験	レポート	相互評価	態度	ポートフォリオ	その他	合計
総合評価割合	70	30	0	0	0	0	100
基礎的能力	0	0	0	0	0	0	0
専門的能力	70	30	0	0	0	0	100
分野横断的能力	0	0	0	0	0	0	0