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 授業科目
 Course Title
量子輸送物性特論
Quantum Transport Theory
 担当者
 Instructor
准教授 西野 晃徳  後学期 水曜日2時限
 単 位
 Credit
2

関連するディプロマポリシー Related Diploma Policy
時代の課題と社会の要請に応えた専門的知識と技能/Expert knowledge and skills to address the issues of the age and the demands of society
 
到達目標 Target to be Reached
本講義の目標は、ナノスケールの量子デバイスにおける電気伝導現象を量子力学的に扱う手法を身につけることにある。また、工学部のカリキュラム・ポリシーに従い、物理学の導入科目と連関させて幅広い専門性を養う。
 
授業内容 Course Content
量子デバイスにおける電気伝導を量子力学的に扱う手法について学ぶ。まず必要な量子力学と量子統計力学について準備する。特に電子の閉じ込めによるエネルギーの量子化、微小接合におけるトンネル効果、また電子気体の平衡状態や化学ポテンシャルの概念について学ぶ。次に、電子の波としての性質が顕著に現れるコヒーレント伝導について学ぶ。量子ポイントコンタクト、開放型量子ドットなどを例として、量子力学的散乱状態を用いて電気伝導度の計算を行い(ランダウアー公式)、実験結果と比較する。次に、有限バンドを持つ伝導体の例として強束縛模型を導入し、グリーン関数を用いた電気伝導度の計算手法について学ぶ。最後にクーロン閉塞や近藤効果など、電子間のクーロン相互作用により説明される現象について概観する。
 
授業計画 Course Planning
各回の講義内容は次のように予定しているが、進捗状況により内容が前後する場合もある。自宅では、各回に学んだ内容をノートで復習し、レポート課題を提出期限までに完成させる。さらに、次回の内容を参考書の該当部分で予習しておくと、より理解が深まる。予習・復習と課題作成には、各回あたり約4時間の自己学習を想定している。

01. 序論、シラバス記載事項の確認
02. 量子力学(1): エネルギーの量子化
03. 量子力学(2): トンネル効果
04. 量子統計力学(1): フェルミ分布
05. 量子統計力学(2): 自由電子気体
06. コヒーレント伝導(1): ランダウアー公式
07. コヒーレント伝導(2): 量子点接触
08. コヒーレント伝導(3): 共鳴伝導
09. 第2量子化(1): フォック空間
10. 第2量子化(2): グリーン関数
11. 強束縛模型(1): 離散模型の導出
12. 強束縛模型(2): 伝導度の計算
13. クーロン閉塞と近藤効果
14. まとめと期末試験

 
授業運営 Course Management
・量子力学と統計力学を十分に学修していることを前提として講義を進める。
・複素関数、偏微分方程式、フーリエ変換等について学修していることを前提とする。
・講義は板書で行うので、授業ノートをしっかりとること。
・授業中に演習の時間を設ける。解答用紙は授業後提出すること。
・質問等がある場合は、授業中に積極的に発言してほしい。

 
評価方法 Evaluation Method
授業中の演習とレポート課題(60点満点)、期末試験(40点満点)の合計点で評価する。期末試験を受験しなかった場合、4回以上欠席した場合は不合格となる。演習の解答用紙の提出がなかった場合、遅刻した場合、途中退出した場合には演習点は付かない。
 
オフィスアワー Office Hour (s)
火曜日の5限に教員室(5-421)で対応する。授業後、予約を取ること。
 

参考書 Book (s) for Reference
Supriyo Datta,Electronic Transport in Mesoscopic Systems,Revised version,Cambridge University Press,1997
Henrik Bruus and Karsten Flensberg,Many-body Quantum Theory In Condensed Matter Physics: An Introduction,Oxford University Press,2004

 
 
 
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