2024年度学院等開講科目物質理工学院材料系

固体物性II（誘電体・磁性体）

開講元: 材料系
担当教員: 保科拓也 / 松下伸広
授業形態: 講義 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 月7-8 (S7-202) / 木7-8 (S7-202)
クラス: -
科目コード: MAT.C307
単位数: 200
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 3Q
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

前半では、材料の誘電性について理解し、誘電材料がどのように電子デバイスにおいて活用されているかを学ぶ。誘電性を巨視的に記述するための基本的変数の概念と定義からスタートし、誘電性を理解する上で最も重要な変数である誘電分極について微視的な発現機構を説明する。さらに、圧電体、焦電体、強誘電体に関する材料科学と応用について紹介する。
後半では、材料の磁性の起源について理解し、磁性材料がどのように電子デバイスにおいて活用されているかについて学ぶ。磁気モーメントの起源を電磁気学と量子力学の基礎から理解し、さらに磁気モーメント間の相互作用、結晶中での磁気モーメントの振る舞い等について記述する方法を修得する。また、磁気異方性、磁化過程、磁区構造、磁気共鳴等の磁気現象を記述する方法を修得することで、磁性材料を電子デバイスにおいて活用するための手法を養う。

到達目標

本講義を履修することによって，誘電体・磁性体の基礎と応用を理解することを目的とします。

キーワード

誘電体, 分極, 誘電緩和, 複素誘電率, 強誘電性, 圧電性,
磁性体, 角運動量, キュリーワイス則, 磁気異方性, 磁化過程, 磁区構造, 磁気共鳴

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

適宜、講義に関連する演習問題等に取り組みながら理解を深められるように授業を進める。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	誘電性の巨視的な記述、交流電場下での誘電特性	誘電性を巨視的に記述するための基礎的変数、交流電場下での誘電特性について理解する
第2回	誘電分極の微視的起源	誘電分極の微視的起源について理解する
第3回	イオン分極	イオン分極について理解する
第4回	配向分極	配向分極ついて理解する
第5回	結晶の対称性と物性（圧電性・焦電性）	結晶の対称性から圧電性・焦電性について理解する
第6回	強誘電性	強誘電性について理解する
第7回	チタン酸バリウムの誘電分極機構、誘電材料の設計	チタン酸バリウムの誘電分極機構や誘電材料の設計について学ぶ
第8回	常磁性と磁性のバンド理論	常磁性磁化率の導出
第9回	強磁性の分子磁界理論	強磁性の分子磁界理論の表現とキュリーワイス則の理解
第10回	反強磁性･フェリ磁性の分子磁界理論と反磁性	反強磁性･フェリ磁性の分子磁界理論の表現と反磁性の理解
第11回	磁気異方性	一軸磁気異方性の極座標表示の導出
第12回	磁区と磁壁構造	磁壁の厚さと磁壁エネルギーの導出
第13回	磁化過程と磁気損失	回転磁化の理解と磁気損失の分離
第14回	磁気共鳴、磁気応用	磁化の動力学、ESR、FMR、磁気デバイス(巨大磁気抵抗、トンネル磁気抵抗)

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30分を目安に行うこと。

教科書

特になし

参考書、講義資料等

キッテル「固体物理学入門第8版〈下〉」丸善出版、太田恵造著「磁気工学の基礎」共立出版、近角聰信著「強磁性体の物理」裳華房

成績評価の方法及び基準

1) 期末テストで成績を評価する。
2) 授業内容の理解度を加味する可能性ある。

履修の条件・注意事項

「固体物性I（概論・半導体）」、「電磁気学基礎」、「結晶とフォノン」を履修していること，または同等の知識があること。