2023年度/3S02126000 (市大)

【水1】物性物理学１ <前期>

現代物理学の主要な柱である量子力学，統計力学，電磁気学に基礎をおき，主として多数の原子が作る凝集状態について理解をする．原子を周期的に配列し結晶が形成されるために働く種々の力について学んだ後，結晶についての理論的解釈を行うためのモデル化の方法や結晶構造を決定するために用いられる手法を学ぶ．また，原子の平衡位置まわりの運動とマクロな物理量との関係を理解する．一方，原子核のポテンシャル中を運動する電子の数はアボガドロ数のオーダーであるため，これを取り扱う際には問題を簡略化する必要がある．その代表的ないくつかの方法について理解をする．さらに固体の磁性という馴染みのある物性が，電子間の相互作用を考慮に入れた多電子状態を通して理解できることについて学ぶ．

担当教員氏名

杉崎 満

科目ナンバリング

SBAD27402 (市大)

授業管轄部署

理学部

授業形態

講義

開講キャンパス

杉本

開講区分

週間授業

配当年次

カリキュラムにより異なります。 (市大)

注意: 配当年次は学部・学科によって異なる場合があるので、UNIPAで確認してください。学年指定なしの表記は、要覧等を確認してください。

単位数

2単位 (市大)

注意: 実際の単位数は学部・学科によって異なる場合があるので、必ずUNIPAで確認してください。

到達目標

以下の項目を理解し，物質内の原子系や電子系が示す現象を説明出来ることが到達目標である． (1) 固体原子の結合のタイプと関与する原子の波動関数の重なり具合との関係． (2) 結晶の対称性と物理的性質の関係．結晶格子の対称性と逆格子の対称性との関係． (3) 結晶中における原子の集団運動の取り扱い方やその物理的な性質． (4) 電子系内あるいは電子系外と相互作用するときと相互作用しないときで生じる，電子系の巨視的な性質． (5) 電子集団による輸送現象の取り扱い．エネルギーバンドの考え方． (6) 常磁性や強磁性，および反強磁性といった固体における磁気現象の起源．

各授業回の説明

授業	授業内容	事前・事後の学習内容
第1回	固体における化学結合	事前学習：教科書の該当部分の予習を行う． 事後学習：講義内容に関連する問題演習を行う．
第2回	固体の構造	事前学習：教科書の該当部分の予習を行う． 事後学習：講義内容に関連する問題演習を行う．
第3回	周期構造からの回折1：周期構造と逆格子	事前学習：教科書の該当部分の予習を行う． 事後学習：講義内容に関連する問題演習を行う．
第4回	周期構造からの回折2：ラウエ条件と構造因子	事前学習：教科書の該当部分の予習を行う． 事後学習：講義内容に関連する問題演習を行う．
第5回	結晶中の原子の動力学	事前学習：教科書の該当部分の予習を行う． 事後学習：講義内容に関連する問題演習を行う．
第6回	熱的性質1：状態密度	事前学習：教科書の該当部分の予習を行う． 事後学習：講義内容に関連する問題演習を行う．
第7回	熱的性質2：非調和性・熱膨張	事前学習：教科書の該当部分の予習を行う． 事後学習：講義内容に関連する問題演習を行う．
第8回	固体中の自由電子1：井戸型ポテンシャル中の自由電子ガス	事前学習：教科書の該当部分の予習を行う． 事後学習：講義内容に関連する問題演習を行う．
第9回	固体中の自由電子2：フェルミ統計・モット遷移	事前学習：教科書の該当部分の予習を行う． 事後学習：講義内容に関連する問題演習を行う．
第10回	固体の電子バンド構造1：ほとんど自由な電子	事前学習：教科書の該当部分の予習を行う． 事後学習：講義内容に関連する問題演習を行う．
第11回	固体の電子バンド構造2：強く束縛された電子	事前学習：教科書の該当部分の予習を行う． 事後学習：講義内容に関連する問題演習を行う．
第12回	固体の電子バンド構造3：バンド構造と状態密度	事前学習：教科書の該当部分の予習を行う． 事後学習：講義内容に関連する問題演習を行う．
第13回	磁性1：常磁性と反磁性	事前学習：教科書の該当部分の予習を行う． 事後学習：講義内容に関連する問題演習を行う．
第14回	磁性2：交換相互作用	事前学習：教科書の該当部分の予習を行う． 事後学習：講義内容に関連する問題演習を行う．
第15回	磁性3：強磁性と反強磁性	事前学習：教科書の該当部分の予習を行う． 事後学習：講義内容に関連する問題演習を行う．
第16回	磁性4：スピン波	事前学習：教科書の該当部分の予習を行う． 事後学習：講義内容に関連する問題演習を行う．

事前・事後学習の内容

事前に４回生までに勉強した統計力学，量子力学での関連事項を復習する． 事後は，講義内容を復習し，レポート課題に反映させること．

成績評価方法

（1）到達目標の各項目の達成度を評価する． （2）毎回授業時に課すレポートにより，総合的に評価する．すべての課題を完答した場合に100%となる． （3）C（合格）となるためには，各レポート課題に対して毎回解答を提出し，概ね合格となることが必要である．

履修上の注意

結晶中の原子や電子の挙動を考えるときの基本的なアプローチを身につけること．

教科書

H.イバッハ， H.リュート，「固体物理学 原書4版 物質科学の基礎」，丸善出版 ，ISBN-13: 978-4621307236．

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参考文献

鹿児島誠一，「固体物理学」，裳華房，ISBN-13: 978-4785322106． C.キッテル，「固体物理学入門 第8版 上」，丸善出版 ，ISBN-13: 978-4621076538；「固体物理学入門 第8版 下」丸善出版 ，ISBN-13:‎ 978-4621076545．

オフィスアワー

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教員への連絡方法（メールアドレス等）

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その他

特になし．