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 授業科目
 Course Title
固体物理学
Solid State Physics
 担当者
 Instructor
教授   中田 穣治  前学期 火曜日2時限
 単 位
 Credit
2

到達目標 Target to be Reached
 物質はその成分が同じであっても固相、液相、気相というようにその相が分かれる。固相(固体)の中でも構成原子の態様によって、単結晶、多結晶、非晶質と分類される。特に単結晶に関してその構造の成り立ち、結晶の種類を総攬し、それら単結晶内部の結晶構造を分析する手段としてのX線回折(XRD)、電子線回折(RHEED, LEED)、イオンビームによる分析(Rutherford Backscattering Spectroscopy, Channeling, ERDA, PIXE)等の各種分析方法に言及し、単結晶という固体の構造を理解することを目標とする。
 最終的な到達目標は、固体中のさまざまなマクロな現象がミクロな電子構造や原子の格子構造によって観測されるということを理解することである。また、固体中の電子状態を周期的な境界条件の下で、結晶構成原子との相互作用ポテンシャルを含めた量子力学のシュレディンガー方程式を使って解くと、固体中電子のエネルギーがバンド構造を持つという大学院で学ぶ「固体電子特論」へのつなぎとして理解することである。
 この講義は旧カリキュラムにおける固体電子論の後継科目であるが、内容的には固体物理学に重点を置いた全く異なる講義である。

 
授業内容 Course Content
 固体物理学は3年次までに学んだ量子力学I, II, III及び統計力学I, II, IIIをベースに固体あるいは液体(気体)のマクロな各種物性(磁性、誘電特性、電気伝導特性、熱物性等)をミクロな原子レベルの挙動から説明しようとする学問である。
 固体の中でも構成原子の態様によって、単結晶、多結晶、非晶質と分類され、それらの中間的な位置を占める構造も存在する。特に単結晶に関してその構造の成り立ち、結晶の種類を総攬し、それら単結晶内部の結晶構造を分析する手段としてのX線回折(XRD)、電子線回折(RHEED, LEED)、イオンビームによる分析(Rutherford Backscattering Spectroscopy, Channeling, ERDA, PIXE)等の各種分析方法に言及する。これら分析手法の理論的基礎、実際の実験手法を通じて単結晶という固体の構造を深く理解する。
 旧カリ学生と新カリ学生が混在する場合は、旧カリ学生にも配慮した形で講義を進める予定である。
 
 
授業計画 Course Planning
第1章 固体の中の原子
1.1 結晶構造と対称性
1)結晶系とブラべー格子
2)結晶格子の方位と面

1.2 逆格子とブリリュアンゾーン
3)逆格子ベクトル
4)立方格子の逆格子

1.3 固体の凝集機構と結晶構造
5)原子間斥力
6)剛体球モデルと最密重点構造
7)分子結合とファン・デル・ワールス結晶
8)結合と反結合
9)イオン結合、共有結合、金属結合、水素結合

1.4 並進対称性のない秩序構造
10)準結晶

第2章 結晶の中の波動
2.1 回折の理論
11)散乱波の強度
12)結晶による回折

2.2 回折の実験
13)結晶解析に使われる波(X線、電子線、中性子線)
14)結晶構造解析の手法
15)まとめ

 
授業運営 Course Management
適当なテーマについて何回か課題を出し、レポートを提出させる。
配布した資料に基づいて、受講者に担当する各テーマをあらかじめ割り当て、輪講形式で授業を進める。
 
評価方法 Evaluation Method
複数のレポートによる。
 
オフィスアワー Office Hour (s)
毎週月曜日、木曜日、金曜日に午後1時30分より実験実習室(2-107)或いは居室(2-224)で随時受けます。
 
使用書 Textbook (s)
永田一清『物性物理学』[裳華房]

参考書 Book (s) for Reference
キッテル著、宇野良清他共訳『固体物理学入門 上、下』[丸善]
キッテル著、堂山昌男監訳『固体の量子論』[丸善]

 
 
 
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