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授業科目

物性物理学
Condensed Matter Physics

担当者

教授   木村 敬
前 水2

単位

2

到達目標

量子力学と統計力学を学んだ学生が、物性物理の基礎的な事柄を学修することを目的とする。

授業内容

本講義では、物性物理学の基礎となる事項を使用書に沿って解説する。講義の性質上、履修者は3年次までの量子力学および熱統計力学の講義内容をマスターしていることが望ましい。特に量子力学は前提とされる事項である。

授業計画

各回ごとに下記のテーマを予定しているが、丁寧に解説していく都合上、1テーマの解説が1講義回に収まらないこともあり得る。履修者は予習として使用書の該当箇所を読んでおくこと、復習として講義ノートをよく見直しておき、教科書の例題・演習問題を解いておくことが求められる。なお、予習・復習あわせて各回当たり約4時間の自己学習を想定している。

1.密度行列その1 
   統計集団と期待値、リュービユの定理等について解説する。
2.密度行列その2
   ブロッホ方程式、純粋状態と混合状態について解説する。
3.量子統計
   ボルツマン統計、フェルミ・ディラック統計、ボース・アインシュタイン統計について復習し、それらの差について整理する。
4.理想気体
   理想気体の基礎方程式とその量子補正、ベルヌーイの式について解説する。   
5.ボース-アインシュタイン凝縮その1
   理想ボース気体のボース-アインシュタイン凝縮について解説する。
6.ボース-アインシュタイン凝縮その2
   理想ボース気体のボース-アインシュタイン凝縮に関連した熱力学的性質について解説する。
7.自由電子気体その1
   自由電子気体のフェルミ面、比熱への絶対零度からの有限温度による補正について解説する。
8.自由電子気体その2
   自由電子気体のスピン常磁性について解説する。
9.自由電子気体その3
   ランダウの軌道反磁性について解説する。
10.光子その1
   質量ゼロとしての光子の熱力学的性質について解説し、プランクの熱輻射式を導出する。
11.光子その2
   光子の誘導放出、自然放出を含めた光子数の平衡条件とプランクの式の関連性について解説する。
12.フォノンその1
   格子振動を量子化したフォノンについて、1次元結晶を例にその基準モードの導出について解説する。
13.フォノンその2
   フォノンをもとに、固体の比熱についてデバイモデルに基づいて解説する。
14.マグノン
   強磁性体のスピン励起を量子化したマグノンについてその基礎を解説する。

授業運営

講義形式による。

評価方法

定期試験による。

オフィスアワー

個別の質問は講義終了後および居室で受け付ける。居室で常時対応可能な時間は昼休みまたは金曜日を除く5時限である。

使用書

戸田盛和『物性物理30講』[朝倉書店]2000年

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