【固体物理学】
(Solid State Physics)
[物理学科 3群 A選択 科目(配当年次: 第3学年 ) ]
 
単  位:2単位 単位認定者: 黒田圭司
授業期間: 前期  15コマ 科目分担者:
授業形態: 講義  週1コマ
 
授業の目的

固体内での実験研究において、周りの環境の影響を完全に取り除いた形で行うことは難しい。そこでは格子振動や電子との相互作用が現れる。もちろんそれら自体も重要な研究対象となる。このような観点から、格子振動や熱、電子のバンド構造など固体内で起きる物理現象を学ぶ。

教育内容

これまでに学んだ力学、熱力学、電磁気学等の基礎がどのように実際の物理現象と結び付くのかを学ぶ。また量子力学的記述が不可欠な現象が現れるので、量子力学の講義とどのように結びついているのか理解する。

教育方法

基本的に板書形式によって行うが、具体的な問題が有効な場合には演習問題を解いてもらう。

 
講義内容(シラバス)
項  目 担当者 授業内容

1回

はじめに
結晶に関する復習1

黒田

本講義の目的と全体像を概説したうえで、結晶構造に関して重要な点を復習の意味でまとめる

2回

結晶に関する復習2

黒田

結晶による波の回折と逆格子、結晶構造と弾性波

3回

フォノン:結晶の振動

黒田

第1ブリルアンゾーンと長波長、短波長極限

4回

フォノン:格子振動の量子化

黒田

量子化された格子振動のエネルギーと運動量

5回

フォノン:フォノン比熱1

黒田

デバイモデル

6回

フォノン:フォノン比熱2

黒田

アインシュタインモデル

7回

フォノン:非調和相互作用

黒田

熱膨張と熱伝導率

8回

自由電子気体:1次元

黒田

エネルギー準位とフェルミエネルギー

9回

自由電子気体:3次元

黒田

エネルギー準位とフェルミエネルギー、電子気体の比熱

10回

自由電子気体:各種性質

黒田

電気伝導率と熱伝導率

11回

エネルギーバンド

黒田

自由電子モデル

12回

半導体

黒田

バンドギャップと運動方程式

13回

フェルミ面と金属

黒田

軌道とエネルギーバンド

14回

超伝導

黒田

理論的側面

15回

まとめ

黒田

全体の確認と復習

 
到達目標

実際に測定を行う時に現れる現象を捉えるにあたっての基礎的な方法論を身につける。応用として半導体や超伝導を扱う予定であるが、固体内での現象において重要であるフォノンと電子のバンド構造に関して特に理解を深める。

評価基準

演習問題(40%)と期末試験(60%)の総合評価とする。割合は概算であり演習問題数によって調整する。欠席は減点となる。

準備学習
(予習・復習)

復習を入念に行うこと。教科書の図、式との対応を明確にしながら講義を進めていくので、講義ノートをとるだけではなく教科書を読みなおしてしっかりと復習してほしい。

 
  (書  名) (著者名) (出版社名) (定価)
教科書 固体物理学入門(上) キッテル 丸善出版 3,400円
参考書 (なし)