2025年度 (最新) 学院等開講科目理学院物理学系物理学コース

2次元物質の物理

開講元: 物理学コース
担当教員: 蒲江
授業形態: 講義
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室)
クラス: -
科目コード: PHY.C445
単位数: 100
開講時期: 2025年度
開講クォーター: 4Q
シラバス更新日: 2025年3月19日
使用言語: 英語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

講義では、表面物理の簡単な復習を行い、近年の二次元物質への発展・展開を紹介する。さらに、最新の二次元物質の研究やデバイス応用などについても紹介する。具体的には、まず、固体表面での原子構造がどのように記述され、それを実験で光や電子の散乱・回折により測定することを説明する。次に、完全な二次元物質であるグラフェンについてその発見から特徴を紹介した後、グラフェンの特徴的な電子構造や物性を学ぶ。さらに、グラフェンから拡張して、多様な二次元物質 (遷移金属ダイカルコゲナイドなど) への展開を、ヘテロ構造やモアレパターンなど最新の研究内容も交えて説明する。最後、二次元物質を用いたデバイス応用なども紹介する。
固体表面での物理現象がバルクと異なることを理解して、その極限的として二次元物質特有の物性や応用について知識を習得することを目的とする。

到達目標

まず、様々な測定手法を通して、固体表面での物理現象がバルクと異なることを理解する。続いて、固体表面の極限として分離された二次元物質であるグラフェンの特徴を理解する。最後、グラフェンから発展した多様な二次元物質の物性や応用について、最新の研究内容も含めて理解する。

キーワード

表面構造、計測手法、トンネル効果、仕事関数、グラフェン、ディラック電子、遷移金属ダイカルコゲナイド、バレー分極、ヘテロ構造、モアレパターン、トランジスタ、発光デバイス

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

通常講義形式。固体物理学を学習していることを前提とするが、適宜復習する。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	序論 : 表面物理及び二次元物質の物理	固体表面及び二次元物質の特徴を理解する。
第2回	固体表面の様々な評価手法	固体表面の様々な測定評価手法を理解する。
第3回	グラフェンの発見と特徴	グラフェンの特徴を理解する。
第4回	グラフェンの電子構造と物性	グラフェンの電子構造と物性を理解する。
第5回	多様な二次元物質の展開	多様な二次元物質の物性を理解する。
第6回	ヘテロ構造及びモアレパターン	ヘテロ構造及びモアレパターンに関する研究内容を理解する。
第7回	2次元物質を用いたデバイス応用や将来展開	2次元物質を用いたデバイス応用を理解する。

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

特になし

参考書、講義資料等

A. Zangwill, Physics at Surfaces, Cambridge Univ. Press
2D Materials Properties and Devices, Cambridge Univ. Press

成績評価の方法及び基準

レポート提出による。

履修の条件・注意事項