量子電子工学

科目基礎情報

学校	米子工業高等専門学校	開講年度	平成31年度 (2019年度)
授業科目	量子電子工学
科目番号	0040	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	専攻科 生産システム工学専攻	対象学年	専2
開設期	後期	週時間数	2
教科書/教材	齋藤理一郎「量子物理学」培風館
担当教員	浅倉 邦彦

到達目標

(1)電子の波としての振舞いを理解できる。
(2)シュレディンガー方程式の導出ができ、本質を理解できる。
(3)様々なポテンシャル構造内の電子の振舞いを理解できる。

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
評価項目1	電子の波としての振舞いを理解でき、その応用ができる。	電子の波としての振舞いを理解できる。	電子の波としての振舞いを理解できない。
評価項目2	シュレディンガー方程式の導出ができ、本質を理解できる。	シュレディンガー方程式の導出ができる。	シュレディンガー方程式の導出ができない。
評価項目3	様々なポテンシャル構造内の電子の振舞いを理解でき、その応用ができる。	様々なポテンシャル構造内の電子の振舞いを理解できる。	様々なポテンシャル構造内の電子の振舞いを理解できない。

学科の到達目標項目との関係

学習・教育到達度目標 A-4 （機械・電気電子・物質工学などの各自の専門に関連した分野について，様々な技術的問題を解決するための基礎として必要とされる知識を修得する。）

JABEE d1 （専門工学（工学（融合複合・新領域）における専門工学の内容は申請高等教育機関が規定するものとする）の知識と能力）

教育方法等

概要:

まず、電子の波動性の根拠となる基本的な効果を解説する。続いて、電子の波としての振舞いを記述するシュレディンガー方程式を解説する。また、様々なポテンシャル構造内での電子の波としての振舞いを解説する。

授業の進め方・方法:

本講義は少人数が予想されるので、輪講形式で行うことになる。受講者全員の理解を確認しながら進めるので、個々が本質の理解に努めること。不明点、疑問点があれば、遠慮なくその都度トラップをかけてほしい。数学的に難解な内容であるため、日頃から数学力の向上を心がけてほしい。質問は原則講義中に受け付けるが、自学自習において疑問が生じた場合、研究室で随時受け付ける。

注意点:

本科目は学修単位であるので、次のような自学自習を60時間以上行うこと。
　・予習復習を行い、授業内容の理解を深める。
　・毎週与えられる課題に取り組む。

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
後期
	3rdQ
		1週	授業のガイダンス、電子デバイスの復習	授業の進め方を理解する。電子デバイスの基礎ができる。
		2週	原子、原子スペクトル	原子、原子スペクトルが理解できる。
		3週	光電効果	光電効果が理解できる。
		4週	コンプトン効果	コンプトン効果が理解できる。
		5週	電子線の干渉、物質波	電子線の干渉、物質波が理解できる。
		6週	電子波の固有振動、水素原子の準位	電子波の固有振動、水素原子の準位が理解できる。
		7週	中間試験	これまでの内容を復習し、各項目の到達目標に到達できる。
		8週	固有値、固有関数、運動量演算子	固有値、固有関数、運動量演算子が理解できる。
	4thQ
		9週	シュレディンガー方程式の導出	シュレディンガー方程式の導出ができる。
		10週	１次元井戸型ポテンシャルの問題、電子の存在確率と期待値	１次元井戸型ポテンシャルの問題が解ける。電子の存在確率と期待値が理解できる。
		11週	有限深さの量子井戸の問題	有限深さの量子井戸の問題が解ける。
		12週	不確定性原理、交換関係	不確定性原理、交換関係が理解できる。
		13週	トンネル効果（単一バリア構造）	トンネル効果（単一バリア構造）が理解できる。
		14週	トンネル効果（二重バリア構造）	トンネル効果（二重バリア構造）が理解できる。
		15週	量子箱	量子箱が理解できる。
		16週	期末試験	これまでの内容を復習し、各項目の到達目標に到達できる。

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	50	0	0	0	0	50	100
基礎的能力	50	0	0	0	0	50	100
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