到達目標
(1) 電子の運動とエネルギーの取り扱いについて理解する.(課題/定期試験)
(2) 量子力学的に固体中の電子のふるまいを理解する.(課題/定期試験)
(3) 固体内の電子の散乱機構について学び,金属,絶縁体,半導体中の電子の運動を理解する.(課題/定期試験)
(4) 物質の磁気的,誘電的性質,光学的性質を理解する.(課題/定期試験)
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 |
目的・到達目標(1)の評価指標 | 電子の運動とエネルギーの取り扱いについて理解することができ,それらについての問題が解ける. | 電子の運動とエネルギーの取り扱いについて理解することができ,それらについての問題の一部が解ける. | 電子の運動とエネルギーの取り扱いについて理解することができない. |
目的・到達目標(2)の評価指標 | 量子力学的な電子の取扱い方について理解することができ,問題が解ける. | 量子力学的な電子の取り扱いについて理解することができ,それらについての問題の一部が解ける. | 量子力学的な電子のふるまいについて理解するができない. |
目的・到達目標(3)の評価指標 | 固体内の電子の散乱機構にういて学び,金属,絶縁体,半導体中の電子の運動を理解し,問題が解ける. | 固体内の電子の散乱機構について学び,金属,絶縁体,半導体中の電子の運動を理解することができ,それらについての問題の一部が解ける. | 固体内の電子の散乱機構について学び,金属,絶縁体,半導体中の電子の運動を理解することができない. |
目的・到達目標(4)の評価指標 | 物質の誘電的性質,光学的性質を理解することができ,問題が解ける. | 物質の誘電的性質,光学的性質を理解することができ,それらについての問題の一部が解ける. | 物質の誘電的性質,光学的性質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
学習・教育目標 (E1)
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JABEE 1.2(d)(1)
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JABEE 1.2(g)
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教育方法等
概要:
電子材料が示す種々の性質には,材料内での電子の振る舞いが大きな役割を果たしている.材料開発やデバイス設計には,材料内における電子の振る舞いを理解することが重要である.本教科では,電子状態を記述するシュレディンガー方程式,固体中の電子伝導,比熱,量子サイズ効果などについて学び,種々の電子物性を理解するための基礎知識を得る.また,誘電的,光学的な物性について電子のふるまいから理解する.
(科目情報)
教育プログラム第3学年 〇科目
授業の進め方・方法:
(講義の進め方)
配布資料と板書ベースに講義を進める.適宜,課題を設ける.
(事前学習)
前回学んだことを復習すること.ほとんどの講義後に課題を設けるので,次回の講義開始まで課題をすませ,開始時に提出すること.
注意点:
(履修上の注意)
講義は配布資料を基本に進めるため,各自ファイリングをしておくこと.また,必要事項は適宜,資料に書き込むこと.
(自学上の注意)
本科で学修した電子工学や電磁気学,電気材料について事前に復習すること.
講義までに前回の内容について復習すること.
評価
(総合評価)
総合評価=(学年末試験の評点)×0.7+(レポート課の平均点)×0.3
(再試実施条件)
総合評価が60点未満の学生に対し再試験を実施し,60点以上で合格とする.
正当な理由なく定期試験を欠席した学生,不正行為で不合格となった学生,レポート課題が未提出の学生には,再試験の受験資格を与えない.
※課題の6割以上の提出が単位取得の条件
授業の属性・履修上の区分
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 |
電子の電荷とエネルギー |
電気素量等について復習し,クーロンブロッケード現象について学ぶ.
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2週 |
熱エネルギー |
熱エネルギー,エネルギー等分配則,ボルツマン因子等について学ぶ.また,材料ごとの電気抵抗率と温度の関係について学ぶ.
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3週 |
電子に働く力と運動 |
真空中の電子について考え,空間電荷制限電流等について学ぶ.併せて電子ビームの応用例について知る.
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4週 |
結晶構造と結合 |
結合種と結晶構造,X線回折による構造解析について学ぶ.
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5週 |
格子振動と格子比熱 |
格子振動と格子比熱について考え,デュロンプティの法則などについて学ぶ.
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6週 |
不確定性関係とシュレディンガー方程式 |
不確定性関係について学ぶ.また,シュレディンガー方程式について,無限に深い井戸型ポテンシャルを例にその性質について学ぶ.
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7週 |
演算子と期待値 |
演算子,期待値,自乗揺らぎ,交換関係について学ぶ.
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8週 |
原子核に束縛された電子 |
水素原子モデルをもとに束縛された電子について学ぶとともに,量子力学のための基礎を身につける.
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4thQ |
9週 |
エネルギーバンド理論 |
自由電子モデルから出発し,クローニッヒペニーモデルについて学ぶ.
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10週 |
同上 |
同上
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11週 |
物質の誘電的性質 |
局所電界の概念から分極機構を理解し,周波数依存性を考察する.
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12週 |
物質の光学的性質 |
光子の性質,光の放出と吸収の過程を理解し,エレクトロルミネセンス等の原理を理解する.非線形光学やプラズモニクスについて学ぶ.
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13週 |
同上 |
同上
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14週 |
固体の量子効果(超電導,量子ドット) |
超電導材料や量子ドットなど,量子効果を利用した材料について学ぶ.
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15週 |
期末試験 |
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16週 |
期末試験の解答と解説 |
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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 | 課題 | 合計 |
総合評価割合 | 70 | 30 | 100 |
基礎的能力 | 0 | 0 | 0 |
専門的能力 | 70 | 30 | 100 |
分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 |