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 授業科目
 Course Title
物性化学特論
Advanced Condensed-matter Chemistry
 担当者
 Instructor
教授   菅原 正  後学期 火曜日3時限
 単 位
 Credit
2

関連するディプロマポリシー Related Diploma Policy
自立した良識ある市民としての判断力と実践力/Judgment and practical ability as an independent citizen of sound sense
国際的感性とコミュニケーション能力/International sensibilities and communication capabilities
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
本講義の到達目標は、受講生が物性(導電性、誘電性、磁性など)を、原子、分子およびその電子構造の特徴に基づいて理解することにある。さらに新しい物性を目指した物質設計、物質構築の基礎を身につける。
 
授業内容 Course Content
この講義では、原子分子集合体の電子構造を理解するために、まずHückel分子軌道法について復習する。次いで物質の示す光物性、導電性、誘電性、磁性などの基礎を、原子・分子集合体の電子構造と対応させて学んだ後、無機物、金属酸化物、分子性物質それぞれの特徴を活かした物性発現機構を概観する。さらに新しい物性を目指した物質設計、物質構築のための基礎を修得する。
 
授業計画 Course Planning
各回の授業計画は次のように予定しているが、時間の関係で若干前後する場合もある。
パワーポイントで講義した場合は、そのスライド、および解説文を印刷配布する。6章終了後、そこまでの講義内容に関し小テストを行う。予習としては、指定した教科書の該当する章を予め呼んでおくこと。復習としては、与えられた演習問題を解くとともに、ノートで分からなかった箇所を教科書、参考書で確認し、ノートに要点を書き足しておくこと。

01.物性化学とは
原子・分子集合体は、原子・分子配列と密接に関連した電子構造に基づき、外的刺激に応じて特徴ある物理的性質を示す。これを物性という。物性研究における物質設計、合成、構築、計測、物性解析の重要性について述べる。
02.ヒュッケル分子軌道法の原理
原子集合体および分子集合体の示す物性は、原子クラスターあるいは分子の電子構造を基本とし、その間相互作用によりもたらされる。本章ではヒュッケル分子軌道法における原子クラスターおよび分子の軌道のエネルギー、固有関数の計算法の原理について解説する。
03.ヒュッケル分子軌道法の計算法
ヒュッケル分子軌道法を用いて、原子クラスターやπ共役分子を対象として、軌道エネルギーの求め方について実践的な能力を身につける。
04.光物性 I(光と分子の相互作用)
分子と光の相互作用、光の吸収における選択律、吸収強度をヒュッケル分子軌道法で求めた(光励起に係る)分子軌道σの積の対称性を基に理解する。
05.光物性 II(光吸収の後続過程)
光吸収の後続過程として、フランクコンドンの原理、蛍光、燐光、項間交差について学ぶ。
06.光物性 III(エネルギー移動、電子移動)
溶液における分子間のエネルギー移動、電子移動の例としてエキシマー、エキシプレックスを取り上げる。分子集積体および分子性結晶における励起子移動、光誘起電子移動、マーカの電子移動理論について論ずる。 話題:光合成と太陽電池
07.小テスト
1章から6章までの内容について小テストを行う。
08.導電性 I(導電性の原理と導電性高分子)
導電体の原理、金属と半導体の違い、電気伝導率の測定法について学ぶ。
さらにポリアセチレンを対象として、高分子の導電性について学ぶ。
09.導電性 II (分子性導電体)
分子性導体開発の歴史、分子性導体の導電機構について学ぶ。
10.導電性 III(酸化物超伝導体)   
金属酸化物の構造、酸化物超伝導体の開発の歴史、超伝導の機構について学ぶ。
11.誘電性
固体間での分極反転機構としては、電子分極、イオン分極、分子分極がある。
ペロブスカイト型強誘電体であるBaTiO3を例に、その分極反転機構について説明する。 話題:プロトンダイナミクス 
12.磁性 I (磁性の原理)
磁性の起源であるスピン角運動量と軌道角運動量について復習し、全磁気モーメントの評価、磁性の種類、キューリー則、キューリー・ワイス則について学ぶ。
磁化とヒステリシス  磁性体の種類:強磁性体、反強磁性体、常磁性体
13.磁性 II(分子磁性)
分子の示す磁性について概観する。高スピン分子、スピンの非局在化、スピン分極、有機磁性体 話題:磁性・導電性共存系、スピンエレトロニック・デバイス
14.総合演習

 
授業運営 Course Management
主にパワーポイントで講義するが、同時に資料と解説文、演習問題を配布する。
 
評価方法 Evaluation Method
期末試験(80 %)、中間テスト演習の解答 (20 %)により総合的に評価する。
 
オフィスアワー Office Hour (s)
木曜の講義終了後、火曜日の15:30 ~ 17:00または水曜日の14:00 ~ 15:00に2号館235研究室へ(内線2716)
 
使用書 Textbook (s)
『無機材料科学』


 
 
 
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