科目名[英文名]
固体物理   [Solid State Physics]
区分	工学部専門科目	選択必修		単位数	2
対象学科等		対象年次	3～4	開講時期	1学期
授業形態	1学期	時間割番号	023254
責任教員 [ローマ字表記]
内藤 方夫, 山本 明保   [NAITO Michio, YAMAMOTO Akiyasu]
所属	工学府	研究室		メールアドレス

概要

これまでに学んだ量子力学を基礎として、固体中の電子の状態を記述する手法を学ぶ（この手法をバンド理論と呼ぶ）。少数の原子からなる分子の化学結合・電子状態から巨視的な（アボガドロ数程度の原子からなる）固体の結合論・電子状態へシームレスに展開する。これにより、ボンドとバンドの関連が明解になる。なぜ、物質には、金属・半導体・絶縁体があるのか？に対する基礎的な理解を目標とする。

到達基準

固体物理学のミニマムとして以下の到達基準を設定する。 （１）逆格子空間・k空間の概念を理解し、取り扱うことができる。 （２）少数の原子からなる分子の化学結合・電子状態について理解し、説明できる。 （３）固体の自由電子モデルを理解し、熱物性や電気伝導について理解し、説明できる。 （４）固体の格子振動を理解し、熱物性について理解し、説明できる。 （５）エネルギｰバンドを理解し、何故、物質が金属・半導体・絶縁体に分類されるか説明できる。 履修案内のカリキュラムマップを参照してください。

授業内容

１．結晶構造と周期性（第１回） １－１　格子とは何か １－２　基本単位胞 １－３　結晶構造 ２．k空間（第２回） ２－１　k空間とは ２－２　逆格子 ２－３　ブリュアンゾーン ２－４　結晶構造の決定 ３．量子力学（第３・４回） ３－１　量子力学の基礎 ３－２　調和振動子 ３－３　水素原子 ３－４　角運動量とスピン ３－５　多電子系 ３－６　摂動論 ４．固体の結合（第５・６・７回） ４－１　結合とはなにか ４－２　共有結合 水素分子、水素原子鎖 ４－３　イオン結合 ４－４　金属結合 ４－５　ファン・デル・ワールス結合 ４－６　水素結合 ５．格子振動（第８・９回） ５－１　一次元格子の格子振動 ５－２　３次元固体の格子振動 ５－３　フォノン ５－４　格子比熱 ６．自由電子論（第１０・１１回） ６－１　自由電子モデル ６－２　フェルミ統計 ６－３　状態密度とフェルミ分布 ６－４　電子比熱 ６－５　パウリ帯磁率 ６－６　（伝導） ７．エネルギーバンド（第１２・１３回） 7－１　エネルギーバンドとは 7－２　空格子のバンド 7－３　ほとんど自由な電子のバンド 7－４　擬ポテンシャル法 7－５　強く束縛された電子の近似 ８．バンド理論の応用（第１４・１５回） ８－１　金属と絶縁体の分類 ８－２　半導体の電子状態 シリコン・GaAsのバンド構造、正孔 ８－３　電子のk空間での運動 ８－４　金属のフェルミ面

履修条件・関連項目

授業時間30 時間に加え、本学の標準時間数に準ずる予習と復習を行うこと。

テキスト・教科書

岡崎誠「固体物理学-工学のために」、裳華房

参考書

キッテル「固体物理学入門」（上）（丸善） 岡崎誠「物質の量子力学」（岩波書店）

成績評価の方法

レポート：５０％　ｘ　２回

教員から一言

キーワード

固体の電子状態（バンド理論）

オフィスアワー

e-mailで対応する。

備考１

備考２

参照ホームページ

開講言語

語学学習科目

更新日付

2021/02/09 11:44:07