2026年度 (最新) 学院等開講科目物質理工学院材料系材料コース

機能性境界特論

開講元: 材料コース
担当教員: 横田紘子
授業形態: 講義
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 不明
クラス: -
科目コード: MAT.C511
単位数: 100
開講時期: 2026年度
開講クォーター: 3Q
シラバス更新日: 2026年8月17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、物質内に存在する境界がもたらす物性への影響や境界自身が有する構造・物性について学ぶ。
近年、実験手法の発達により境界に関する新しい知見が得られつつある。本講義では、このような先端計測手法を学ぶと同時に、物質内に存在する境界がどのような機能性を有するのか、その機能性がどのように応用展開されつつつあるのかといった専門知識の習得を目的とする。

到達目標

1) 物質内に存在する欠陥(境界)の種類や性質を理解する
2) 境界がどのような機能性を持つのか、またそれどのように計測するのかを理解する

キーワード

欠陥、ドメイン、境界

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

配布資料に基づいて講義するとともに、小テストで理解度を確認する。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	結晶構造と格子欠陥の基礎	欠陥の定義に始まり、点欠陥や線欠陥が存在することによって、結晶構造や巨視的な物理特性にどのような影響を及ぼすのかを理解する。
第2回	面欠陥と結晶粒界の物理	結晶粒界や相境界の熱力学的安定性と界面エネルギーの概念を修得し、原子配列の局所的な乱れや歪みが材料全体・界面の伝導性や弾性挙動に与える影響を理解する。
第3回	自発秩序と強誘電体・マルチフェロイック材料	結晶の空間群・対称性の低下に伴う自発分極や自発歪みの発生原理を修得し、強誘電性および強磁性・強弾性が複合したマルチフェロイック特性の発現機構を理解する。
第4回	ドメイン構造の形成とドメイン境界モデル	静電エネルギーや弾性エネルギーの競合による自発的なドメイン構造の形成機構を理解し、Ising型をはじめとする古典的なドメイン境界モデルの基礎を修得する。
第5回	トポロジカルドメイン構造と局所対称性	極性渦構造などのナノ構造や、ブロッホ型・ネール型等の内部回転を伴うドメイン境界を理解し、局所的な空間反転対称性の破れがもたらす物性変化を修得する。
第6回	ドメイン境界における局所物性の発現	ノイマンの原理に基づき、バルクでは存在し得ない導電性、電荷蓄積、フェリ磁性などの局所機能が、ドメイン境界において創発的に発現するメカニズムを理解する。
第7回	機能性境界デバイスと次世代メモリ技術	電界等で動的に書き換え・移動可能なドメイン境界を利用した電界効果トランジスタやインメモリ・コンピューティングへの応用可能性、および動作速度や耐久性における課題を理解する。

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

資料を配布

参考書、講義資料等

Dennis Meier他　著　「Domain Walls」 (Oxford Science Publications) ISBN:978-0-19-886249-9

成績評価の方法及び基準

上記の到達目標の達成度を小テストにより評価する。

履修の条件・注意事項

設けない