【金2】材料物理学 | 大阪公立大学授業カタログ

担当教員氏名

金崎順一

科目ナンバリング

AJCMAE34001-J1 (公大) / TLMLR2272 (市大)

授業管轄部署

工学部

授業形態

講義

開講キャンパス

中百舌鳥

開講区分

週間授業

配当年次

3年 (公大) / 2年 (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。

単位数

2単位 (公大) / 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

（１）量子力学・統計力学の基礎概念を理解する. （２）固体結晶の周期構造と結合性について理解する. （３）結晶場における電子物性と関連する特性について微視的観点から理解する. （４）結晶場における格子物性と関連する特性について微視的観点から理解する。

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

材料物理学とは

ミクロスケールから材料物性を理解する事の重要性を理解する.

第2回

量子力学の基礎

粒子性と波動性, 波動関数とシュレディンガー方程式の物理的意味を理解する.

第3回

簡単な系への量子力学の応用I

量子力学から導かれる調和振動子の運動の特徴を理解し, 古典的振動子との共通点・相違点を確認する．

第4回

簡単な系への量子力学の応用II

水素様原子内の電子の振る舞いを理解する．

第5回

統計力学の基礎

ミクロ粒子集団を統計的に取り扱う為の基礎的概念を確認する.

第6回

古典的粒子集団の統計

古典粒子集団の統計分布を理解し, 統計熱力学の結果と熱力学の結果との整合性を確認する．

第7回

量子力学的に振る舞う粒子集団の統計

量子力学的に振る舞う電子系とフォノン（格子振動を量子化した粒子）系について, それぞれの統計分布を理解し, その特徴を確認する．

第8回

中間試験

第1回～第7回の内容を復習しておく．

第9回

固体結晶の構造と結合性

結晶構造を構成する格子と基本構造の概念を理解すると共に, 原子間の結合性と結晶構造との関係を理解する．

第10回

固体結晶の格子振動

固体結晶中における格子振動の振る舞いを微視的観点から理解する．

第11回

金属内の自由電子と電子輸送現象

第２, 4回の内容を復習しておく. 金属中の自由電子の振る舞いと電気伝導性との関連を理解する.

第12回

固体結晶内の電子構造

第4回, 7回, 11回の内容を復習しておく．周期的ポテンシャル場における電子の振る舞いを理解する．

第13回

固体結晶の力学的特性

第9回及び第10回の内容を復習しておく．結晶構造, 結合性, 格子振動と固体の力学的特性との関連を理解する．

第14回

固体結晶の熱的特性

第7回及び第10回の内容を復習しておく．固体の格子振動と熱的特性との関連を理解する．

第15回

固体の電気的・光学的・磁気的特性

固体の電気的・光学的特性の他, 圧電効果や熱電効果等のエネルギー形態の変換現象について, その発現機構を微視的観点から理解する．

第16回

期末試験

第9回～第15回の内容を復習しておくこと．

成績評価方法

中間試験 50% および期末試験50%の割合で評価し，合計60点以上の評価点を得た学生に単位を認定する。

履修上の注意

固体材料の物性を微視的な観点から理解するために必要な知識や方法を学習する。量子力学・統計力学では, 古典物理と比較して複雑な概念や数学的な手法を要求される. しかしながら, 固体材料の分析や新材料の開発においては重要であり、ぜひ理解してほしい内容である。固体材料の種々の特性を微視的な観点から説明できるようになることが求められる。

教科書

講義資料(pdf)を事前に公開する.

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参考文献

物性論　黒沢達美著　裳華房　基礎物理学選書材料物理学入門（小川恵一著, 内田老鶴圃）量子力学I、II（小出昭一郎著, 裳華房）統計力学（長岡洋介著, 岩波書店） C. Kittel　Introduction to Solid State Physics　(John Willy & Sons) (日本語版　固体物理学入門（上）　C.キッテル著　丸善）

オフィスアワー

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