2024年度学院等開講科目物質理工学院応用化学系エネルギー・情報コース

金属物性特論

開講元: エネルギー・情報コース
担当教員: 史蹟
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7-8 (S8-501) / 金7-8 (S8-501)
クラス: -
科目コード: ESI.J401
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: 英語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

　本講義では自由電子の古典モデルと量子力学モデルを勉強し，自由電子の金属の中での状態を理解します．また，これらのモデルで金属の電気的特性を説明します．磁性の部分ではランジュバン常磁性，分子場理論，交換相互作用，磁化過程などを勉強し，強磁性や金属の磁気特性を理解する．これらの金属特性のデバイスへの応用や関連分野の最新の研究成果も紹介します．

到達目標

講義の目的は材料および関連分野の修士1年の学生が金属の電子構造と物性の関係を系統的に理解することとしています．

キーワード

自由電子理論，電気伝導性，フェルミエネルギー，状態密度，フェルミディラック統計，磁性，磁化，磁区，磁気異方性，磁気材料の応用

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

毎回講義の初めは，前回内容のまとめを行い，その後その会の内容について説明する．必要に応じて，勉強した知識を使って問題を解かせる．

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	金属結合の特徴	金属結合と金属の特性との関係を理解する．
第2回	Drude自由電子モデル	クラシック自由電子モデルであるDrudeモデルへの理解
第3回	直流電気伝導，交流電気伝導	Drudeモデルを用いて，オーム法則や電気伝導性を理解する．
第4回	Sommerfeld自由電子モデル	いくつかの問題からDrudeモデルの限界を説明し，量子力学の基礎を応用した自由電子モデルを導入する．
第5回	フェルミエネルギー，フェルミ面，状態密度	いくつか重要な概念およびそれらの応用について説明する．
第6回	フェルミディラック分布関数，自由電子ガスの熱物性	フェルミディラック分布関数を説明し，それを用いて自由電子の熱物性を説明する．
第7回	F-D分布応用した場合の直流電気伝導，ホール効果	F-D分布応用した場合の直流電気伝導を理解する．
第8回	理解度確認総合演習1	中間試験，理解度の確認
第9回	磁性材料の応用	導入として，磁性材料開発のマイルストンおよび磁性材料の応用を紹介する．
第10回	定義および単位	磁気に関する基本的概念と単位を説明する．
第11回	反磁性と常磁性	原子磁気モメントの発生，および磁場に対する反応について説明する．ランジュバン常磁性の導入．
第12回	強磁性	分子場理論を用いて強磁性を説明する．
第13回	磁性薄膜	応用として磁性薄膜の作製と特性を説明する．
第14回	理解度確認総合演習2	理解を深める総合演習．

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

教員が指定するものと配布物

参考書、講義資料等

Gerald Burns著　『Solid State Physics』　Academic Press,
B.D. Cullity, C.D. Graham著　『Introduction to Magnetic Materials』　Wiley,
Robert C. O'Handley著　『Modern Magnetic Materials』　Wiley

成績評価の方法及び基準

小テストと演習（２０％），中間試験（４０％），期末試験（４０％）によって評価します．

履修の条件・注意事項

結晶学の基礎知識