科目名[英文名]
超伝導工学   [Advanced Superconductivity]
区分	前期課程科目	選択必修		単位数	2
対象学科等		対象年次	～	開講時期	後学期
授業形態	後学期	時間割番号	1060410
責任教員 [ローマ字表記]
内藤 方夫   [NAITO Michio]
所属	工学部	研究室		メールアドレス

概要

「超伝導」は、導体の電気抵抗が低温で消失する現象である。超伝導現象がカマリーン・オンネスによって初めて発見された1911年から、バーディーン・クーパー・シュリーファー（BCS）理論によって微視的な機構が解明される1957年までに、ほぼ50年の年月を要している。この歴史からも推測されるように、超伝導現象の真髄ともいうべき「ＢＣＳ状態」は、理解が容易ではない。ＢＣＳ状態の理解を難しくしているのは、第２量子化表示を用いた量子力学が必要であることばかりでなく、「巨視的波動関数」という実感しにくい量を取り扱わなければならないところにある。前期課程の「超伝導工学」では、超伝導という現象の基礎を大まかに把握するとともに、ＢＣＳ状態の本質を理解することを目的とする。

到達基準

授業内容

超伝導とは （１）いろいろな超伝導物質（元素超伝導体、化合物超伝導体、酸化物超伝導体） （２）ゼロ抵抗とマイスナー効果（臨界磁場） （３）超伝導転移の熱力学とランダウの相転移理論（磁性体・誘電体と超伝導体のアナロジー） （４）超伝導の秩序パラメータとは？（不可解な物理量、巨視的波動関数と位相） 電子とフォノン （５、６）金属中の電子（自由電子モデル、電子の第２量子化表示と反交換関係、フェルミ統計とフェルミ分布、フェルミエネルギー、誘電応答とスクリーニング） （７、８）フォノン（格子振動、振動の量子化、フォノンの第２量子化表示と交換関係、ボース統計とボース分布） （９、１０）電子－格子相互作用（ポアッソン方程式にもとづく相互作用の導出、第２量子化表示のハミルトニアン、電気抵抗、フォノンを媒介とした電子間引力とクーパー対） ＢＣＳ理論 （１１）ＢＣＳモデル（粒子数を保存しない不思議な状態、電子波の位相） （１２、１３）ＢＣＳハミルトニアンの基底状態（超伝導ギャップの存在、クーパー対波動関数、臨界磁場） （１４、１５）ＢＣＳハミルトニアンの励起状態（ボゴリューボフ変換、臨界温度の導出）

履修条件・関連項目

履修条件ではないが、学部の電磁気学Ａ・Ｂ、量子力学ＩＡ・ＩＢ・IIＡ・IIＢ、熱統計力学Ｉ・II、固体物理Ａ・Ｂ、さらに、大学院の応用電磁気学、応用量子力学、応用熱統計力学を履修しおくことが望ましい。

テキスト・教科書

教科書はなし。

参考書

和書では、中嶋貞雄「超伝導入門」、洋書では、M. Tinkham, "Introduction to Superconductivity", (McGraw-Hill, ISBN 0486435032),P. G. De Gennes, "Superconductivity of Metals and Alloys", (Perseus Books, ISBN 0738201014)。いずれも、入門書でないし、読破は容易ではない。

成績評価の方法

期間で２回課すレポート課題（各30％）および期末試験（40％）の総合点により成績を評価する。

教員から一言

超伝導は難しい学問である。それを克服するには、「超伝導に対する憧れ」と「超伝導を理解しようとする強い気持ち」が必要。

キーワード

超伝導 電子 フォノン クーパーペア ＢＣＳ理論

オフィスアワー

講義曜日の13:00〜15:00。オフィスアワー以外も質問は受け付ける。

備考１

備考２

参照ホームページ

開講言語

日本語

語学学習科目

更新日付

2018/09/17 14:58:45