電子物性工学

科目基礎情報

学校	都城工業高等専門学校	開講年度	令和05年度 (2023年度)
授業科目	電子物性工学
科目番号	0028	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	機械電気工学専攻	対象学年	専2
開設期	後期	週時間数	2
教科書/教材	教科書は使用しない。
担当教員	野地 英樹

到達目標

1) 結晶の成り立ちと空間格子について十分に理解できる。
2) 1次元格子モデルを用いた格子振動について十分に理解できる。
3) 固体の比熱と熱伝導について正確に説明できる。
4) 古典論を用いた金属の電子伝導の理論について正確に説明できる。

ルーブリック

	理想的な到達レベルの目安 　　　　　　A	標準的な到達レベルの目安 　　　　　　B	最低レベルの目安(可) 　　　　C	（学生記入欄） 到達したレベルに〇をすること。
評価項目1	結晶の成り立ちと空間格子について十分に説明できる。	結晶の成り立ちと空間格子について理解できる。	結晶の成り立ちと空間格子について、教員の説明により理解できる。	A　・　B　・　C
評価項目2	1次元格子モデルを用いた格子振動について十分に説明できる。	1次元格子モデルを用いた格子振動について理解できる。	1次元格子モデルを用いた格子振動について、教員の説明により理解できる。	A　・　B　・　C
評価項目3	固体の比熱と熱伝導について十分に説明できる。	固体の比熱と熱伝導について理解できる。	固体の比熱と熱伝導について、教員の説明により理解できる。	A　・　B　・　C
評価項目4	古典論を用いた金属の電子伝導の理論について十分に説明できる。	古典論を用いた金属の電子伝導の理論について理解できる。	古典論を用いた金属の電子伝導の理論について、教員の説明により理解できる。	A　・　B　・　C

学科の到達目標項目との関係

学習・教育到達度目標 A （あらゆる可能性を追求できる豊かな創造性を有する技術者の育成）

学習・教育到達度目標 B （科学と工学の知識を駆使して技術的問題を解決し，新規生産技術をデザインできる優れた知性を有する技術者の育成）

JABEE c （数学，自然科学および情報技術に関する知識とそれらを応用できる能力）

JABEE d （該当する分野の専門技術に関する知識とそれらを問題解決に応用できる能力（分野別要件））

JABEE e （種々の科学，技術および情報を利用して社会の要求を解決するためのデザイン能）

教育方法等

概要:

　今後の科学技術の発展のためには新しい機能性を持った新材料の開発が必要不可欠であり、その開発のためには固体物理学の基礎知識は欠かすことができない。この授業では、初等的な量子力学と古典的な固体物理学の基礎知識の習得を目的とする。

授業の進め方・方法:

　教科書をベースに作成したコンテンツ（PDFファイル）をTeamsを使って配布し、学生が自ら学習していく形式。2週に1回小テストがある。中間レポート及び期末レポートがある。授業内容としては、物性の古典論から初等量子論まで。
■履修上の注意
　小テストの回答、定期レポートの提出は、締切りを守ること。
■事前に行う準備学習や自己学習
準備学習として、電気材料の基礎を十分に理解しておくこと。

注意点:

ポートフォリオ

（学生記入欄）
【授業計画の説明】実施状況を記入してください。

【理解の度合】理解の度合について記入してください。
　　　　　　（記入例）ファラデーの法則、交流の発生についてはほぼ理解できたが、渦電流についてはあまり理解できなかった。
　・前期中間試験まで：　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　・前期末試験まで　：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　・後期中間試験まで：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　・学年末試験まで　：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【試験の結果】定期試験の点数を記入し、試験全体の総評をしてください。
　　　　　　　（記入例）ファラデーの法則に関する基礎問題はできたが、応用問題が解けず、理解不足だった。
　・前期中間試験　点数：　　　　　　総評：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　・前期末試験　　点数：　　　　　　総評：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　・後期中間試験　点数：　　　　　　総評：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　・学年末試験　　点数：　　　　　　総評：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　


【総合到達度】「到達目標」どおりに達成することができたかどうか、記入してください。
　・総合評価の点数：　　　　　　総評：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　


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（教員記入欄）
【授業計画の説明】実施状況を記入してください。
　　
　　
【授業の実施状況】実施状況を記入してください。
　　・前期中間試験まで：　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　・前期末試験まで　：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　・後期中間試験まで：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　・学年末試験まで　：　
　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【評価の実施状況】総合評価を出した後に記入してください。
　
　　　　

授業の属性・履修上の区分

遠隔授業対応

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
後期
	3rdQ
		1週	授業計画の説明 1 結晶構造 1.1 結晶の結合力	結合に関与している力の種類について理解できる。
		2週	1.1.1 イオン結合 1.1.2 共有結合	イオン結合、共有結合について理解できる。
		3週	1.1.3 金属結合 1.1.4 ファン・デル・ワールス結合 1.2 空間格子	金属結合、ファン・デル・ワールス結合について理解できる。格子定数、単位格子、空間格子内の原子の位置について理解できる。
		4週	1.3 格子方向と格子面 1.4 ブラベー格子	格子方向、格子面のミラー指数の決め方、ミラー面が表す格子面について理解できる。ブラベー格子について理解できる。
		5週	1.5 代表的な結晶構造	体心立方格子、面心立方格子、塩化ナトリウム構造、六方最密構造、ダイヤモンド構造、閃亜鉛鉱構造について理解できる。
		6週	1.6 X線回折と結晶構造 2. 格子振動 2.1 同種原子からなる1次元格子振動	ブラッグの回析条件について理解できる。1次元格子の平衡状態と平衡状態からの各原子の変位について理解できる。
		7週	2.1 同種原子からなる1次元格子振動 2.2 2種類の原子からなる1次元格子振動	１次元格子振動における分散関係について理解できる。質量の異なる2種類の原子からなる1次元格子振動について理解できる。
		8週	2.2 2種類の原子からなる1次元格子振動 2.3 格子振動の量子化	2種類の原子からなる1次元格子振動における分散関係について理解できる。フォノン、フォトン、プランク分布について理解できる。
	4thQ
		9週	中間レポート	レポート成績60点以上
		10週	試験答案の返却及び解説 3 固体の熱的性質 3.1 固体の比熱 3.1.1 古典論 3.1.2 アインシュタインの理論 3.1.3 デバイの理論	固体の比熱に関する古典論、アインシュタインの理論、デバイの理論について理解できる。
		11週	3.2 固体の熱伝導	熱伝導における格子振動と自由電子の役割について理解できる。
		12週	4 古典的電子伝導モデル 4.1 自由電子 4.2 ドリフト速度、緩和時間、移動度	金属中の自由電子の動きについて理解できる。電界中の自由電子の動き、電子の電界方向の速度成分の時間的変化について理解できる。
		13週	4.2 ドリフト速度、緩和時間、移動度 4.3 合成緩和時間、合成抵抗率	電子の移動度、電流密度と導電率、抵抗率の関係について理解できる。金属の抵抗率の温度依存性について理解できる。
		14週	5 量子力学の基礎 5.1 物質の粒子性と波動性 5.2 不確定性原理 5.3 シュレディンガーの波動方程式	プランクのエネルギーの量子化説、アインシュタインの光量子説について理解できる。ハイゼンベルグの不確定性原理について理解できる。シュレディンガーの波動方程式について理解できる。
		15週	5.4 井戸型ポテンシャル 5.5 トンネル効果 5.6 水素原子	シュレディンガーの波動方程式の応用例として、井戸型ポテンシャル、1次元ポテンシャル障壁（トンネル効果）、水素原子中の電子について理解できる。
		16週	学年末レポート	レポート成績60点以上

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
専門的能力	分野別の専門工学	電気・電子系分野	電子工学	結晶、エネルギーバンドの形成、フェルミ・ディラック分布を理解し、金属と絶縁体のエネルギーバンド図を説明できる。	5	後1,後2,後3,後4
				金属の電気的性質を説明し、移動度や導電率の計算ができる。	5	後11,後12

評価割合

	定期レポ―ト	小テスト	合計
総合評価割合	50	50	100
知識の基本的な理解	50	50	100