到達目標
①量子力学の生まれた背景を理解し、シュレディンガー方程式を説明できる。
②ポテンシャル問題に対して、シュレディンガー方程式を適用し、状態解析ができる。
③量子効果を活用した技術を説明できる。
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 | 最低限の到達レベルの目
安（可）
| 未到達レベルの目安 |
| 評価項目1 | 古典的な波動方程式からシュレディンガー方程式を導出でし、自由粒子問題を説明できる。 | 自由粒子について、シュレディンガー方程式を用いた解法を説明できる。 | 量子力学の生まれた背景について１つ以上理解し、シュレディンガー方程式を説明できる。 | シュレディンガー方程式を説明できない。 |
| 評価項目2 | ３つ以上のポテンシャル問題に対して、シュレディンガー方程式を適用し、状態解析ができる。 | ２つ以上のポテンシャル問題に対して、シュレディンガー方程式を適用し、状態解析ができる。 | １つ以上のポテンシャル問題に対して、シュレディンガー方程式を適用し、状態解析ができる。 | ポテンシャル問題に対して、シュレディンガー方程式を適用し、状態解析ができない。 |
| 評価項目3 | 量子効果について、３つ以上の事例を用いて説明できる。 | 量子効果について、２つ以上の事例を用いて説明できる。 | 量子効果について、１つ以上の事例を用いて説明できる。 | 量子効果について説明できない。 |
学科の到達目標項目との関係
JABEE (d)-(1)
説明
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教育目標 （Ｅ）②
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教育方法等
概要:
第１学期開講
近年の微細加工技術の進展によるデバイス寸法の微小化に伴い、その動作には当然量子現象が現れてくる。逆に量子現象を利用したデバイス（量子効果デバイス）の開発も進められている。これらの動作の正しい理解には量子力学の知識が必要である。本授業では、量子力学の基礎的知識を習得することを目的とする。
授業の進め方・方法:
数学的な手続きはできる限り省略（プリント配布で対応）し、導出過程（考え方）及び数式から読み取れることに関する説明に注力します。
注意点:
数学、物理の知識が重要です。半導体工学の基礎知識を持っていることが望ましいです。
近年ではナノテクノロジーという言葉をよく耳にしますが、ナノの世界での現象を理解するためには、粒子の波動性が重要になってきます。目には見えない現象を取り扱うので、想像力が大切です。導出した解が教えてくれ意味を読み取れる力をつけましょう。
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
古典力学の限界 |
ボーアの理論による水素原子のスペクトル解釈を通して、量子力学の誕生について説明できる。
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| 2週 |
量子力学の基礎① |
波動の基本的性質について説明できる。
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| 3週 |
量子力学の基礎② |
シュレディンガー方程式と波動関数について説明できる。
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| 4週 |
自由粒子と量子閉じ込め① |
シュレディンガー方程式を閉じ込められた１次元自由粒子に適用し、固有状態について分析することができる。
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| 5週 |
量子力学の基礎③ |
量子力学における物理量を示す固有値、期待値について説明できる。
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| 6週 |
自由粒子と量子閉じ込め② |
モデルを1次元から3次元に拡張し、縮退について検証できる。
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| 7週 |
量子力学の基礎④ |
演算子の交換関係と物理量の観測との関係について説明できる。また、不確定性原理について説明できる。
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| 8週 |
井戸型ポテンシャルと量子井戸① |
シュレディンガー方程式を井戸型ポテンシャル問題に適用し、境界条件について説明できる。
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| 2ndQ |
| 9週 |
井戸型ポテンシャルと量子井戸② |
井戸型ポテンシャル内の粒子のエネルギー準位及び波動関数を分析し、量子効果について検証できる。
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| 10週 |
トンネル効果① |
階段型ポテンシャルにおける粒子の反射率・透過率を分析し、古典力学との違いを検証できる。
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| 11週 |
トンネル効果② |
山型ポテンシャルを透過する粒子（トンネル効果）について検証できる。
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| 12週 |
トンネル効果③ |
トンネル効果に関連する現象ついて説明できる。
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| 13週 |
水素原子模型① |
シュレディンガー方程式を水素原子問題に適用できる。
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| 14週 |
水素原子模型② |
水素原子内の離散的な電子の状態について説明できる。
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| 15週 |
定期試験 |
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| 16週 |
試験返却 |
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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 | レポート | 合計 |
| 総合評価割合 | 70 | 0 | 0 | 0 | 0 | 30 | 100 |
| 知識の基本的な理解 | 40 | 0 | 0 | 0 | 0 | 15 | 55 |
| 思考・推論・創造への 適用力 | 30 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 | 40 |
| 汎用的技能 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 態度・志向性(人間力) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 | 5 |
| 総合的な学習経験と 創造的思考力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |