量子材料学

科目基礎情報

学校 北九州工業高等専門学校 開講年度 平成31年度 (2019年度)
授業科目 量子材料学
科目番号 0071 科目区分 専門 / 選択
授業形態 授業 単位の種別と単位数 学修単位: 2
開設学科 生産デザイン工学専攻 対象学年 専2
開設期 後期 週時間数 2
教科書/教材 【教科書】「初歩から学ぶ 固体物理学」,矢口 裕之 著,講談社,【参考書】「キッテル 固体物理学入門」(上),(下),宇野 良清ほか3名 共訳,丸善
担当教員 松嶋 茂憲

目的・到達目標

1. 固体の結晶構造,逆格子に関する基本を理解することができる。
2. 量子力学,統計力学の基本を理解することができる。
3. 固体物性の基本を理解することができる。固体物性の基本とは、化学結合,格子振動,熱的性質,自由電子論,バンド理論,電気伝導,光学的性質,磁気的性質,半導体,超電導である。

ルーブリック

理想的な到達レベルの目安(優)標準的な到達レベルの目安(良)未到達レベルの目安(不可)
評価項目1固体の結晶構造,逆格子の基本について理解し、応用することができる。固体の結晶構造,逆格子の基本について理解することができる。固体の結晶構造,逆格子の基本について理解することができない。
評価項目2量子力学,統計力学の基本を理解し、応用することができる。量子力学,統計力学の基本を理解することができる。量子力学,統計力学の基本を理解することができない。
評価項目3各固体物性の基本を理解し、応用することができる。各固体物性の基本を理解することができる。各固体物性の基本を理解することができない。

学科の到達目標項目との関係

専攻科課程教育目標、JABEE学習教育到達目標 SA① 説明 閉じる
専攻科課程教育目標、JABEE学習教育到達目標 SB② 説明 閉じる

教育方法等

概要:
物質及び材料の構造や物性は、すべて電子の振舞いによって支配されている。現代の材料設計や開発は原子レベルで精密制御されており、固体構造やその機能を理解するためには、量子力学に基づいた理解が不可欠である。本授業では、固体の結晶構造について述べた後、量子力学の基本を説明し、バラエティに富む固体物性を紹介する。
授業の進め方と授業内容・方法:
量子材料学では、初等的でない物理や数学を扱う機会が多い。納得した理解を得るために、教科書記載の数式の導出や量子数学に関する練習問題を自ら解くことを勧める。
注意点:
量子材料学では、本科で履修した数学的内容以外に、群論,特殊関数やフーリエ変換等の知識も不可欠である。少なくとも、本科で履修した数学,物理,理論化学をよく復習しておくこと。

授業計画

授業内容・方法 週ごとの到達目標
後期
3rdQ
1週 結晶構造 固体の結晶構造を理解することができる。
2週 逆格子 逆格子を理解することができる。
3週 量子力学の基礎 量子力学の基礎を理解することができる。
4週 量子力学の基礎 量子力学の基礎を理解することができる。
5週 統計力学の基礎 統計力学の基礎を理解することができる。
6週 化学結合 固体の結合を理解することができる。
7週 格子振動 格子振動を理解することができる。
8週 熱的性質 固体の熱的性質を理解することができる。
4thQ
9週 自由電子論 自由電子論を理解することができる。
10週 バンド理論 バンド理論を理解することができる。
11週 電気伝導 固体の電気伝導を理解することができる。
12週 光学的性質 固体の光学的性質を理解することができる。
13週 磁気的性質 固体の磁気的性質を理解することができる。
14週 半導体 半導体の性質を理解することができる。
15週 超電導 超電導を理解することができる。
16週 定期試験

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10000000100
基礎的能力0000000
専門的能力10000000100
分野横断的能力0000000