2024年度学院等開講科目理学院物理学系

物性物理学I

開講元: 物理学系
担当教員: 打田正輝 / 蒲江
授業形態: 講義 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 火3-4 (M-101(H116)) / 金3-4 (M-101(H116))
クラス: -
科目コード: PHY.C341
単位数: 200
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 4Q
シラバス更新日: 2025年3月14日
使用言語: 日本語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

下記の到達目標に従い、金属系の電気伝導の量子論、半導体物性、電子スピンと様々な磁性、超伝導、及び原子層物質やトポロジカル物質への展開について、基本的事項を解説する。本講義を通して、物性物理学の対象となる様々な物質において起こる新奇な現象と、その背景にある基本的な物理的概念を学習する。

到達目標

物質の多様な性質を解き明かす物性物理学が扱う分野と研究対象は多岐にわたっている。各種の先端科学・技術の基盤となっている物性物理学の諸分野について、基本的事項を理解することを目指す。

キーワード

金属、半導体、磁性、超伝導、原子層物質、トポロジカル物質

学生が身につける力

専門力
教養力
コミュニケーション力
展開力 (探究力又は設定力)
展開力 (実践力又は解決力)

授業の進め方

授業計画に記載されている下記の事項を取り上げ、講義を行う。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	群速度・有効質量・正孔	結晶中の電子の運動とバンド構造の関係について理解する。
第2回	Drudeモデル・Boltzmann方程式	電気伝導の基本的な定式化について理解する。
第3回	Bloch-Grüneisenの式・Matthiesen則	金属における電気伝導を決める要因について理解する。
第4回	Hall効果・熱電効果・Wiedemann-Franz則	磁場中や温度差がある状況での伝導について理解する。
第5回	半導体のバンド構造	半導体のバンド構造について理解する。
第6回	真性半導体・不純物半導体	半導体における電気伝導を決める要因について理解する。
第7回	p-n接合・ヘテロ構造	異なる物質の接合における伝導について理解する。
第8回	様々な磁性	様々な磁性の特徴及びその起源について基本的事項を理解する。
第9回	電子スピンと磁気モーメント・フント測	磁性の起源となる電子スピンと軌道による磁気モーメント及びフント則を理解する。
第10回	常磁性と反磁性	常磁性と反磁性について理解する
第11回	交換相互作用と強磁性・反強磁性	強磁性の起源として交換相互作用を理解する。
第12回	超伝導の諸性質	超伝導の基本的性質について理解する。
第13回	超伝導の理論	超伝導を記述するギンツブルグ-ランダウ理論とBCS理論に関して基本的事項を理解する。
第14回	ジョセフソン効果と超伝導応用	ジョセフソン効果及びその応用について理解する。

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

必要な講義資料は授業中に配布する。

参考書、講義資料等

矢口裕、「基礎から学ぶ固体物理学」、KS物理専門書(2017).

〔打田〕：　H.イバッハ, H.リュート「固体物理学 - 21世紀物質科学の基礎」シュプリンガー (2012).
〔蒲〕　：　作道恒太朗「固体物理学 - 磁性・超伝導」裳華房 (2002).
　　　　　　家泰弘「超伝導」朝倉書店 (2019).

成績評価の方法及び基準

期末試験、レポート等による

履修の条件・注意事項

量子力学第一、熱・統計物理学第一、基礎固体物理学を履修していること。