量子力学Ａ / Quantum Mechanics A

単位数: 2. 担当教員: ＧＲＥＡＶＥＳ ＳＩＭＯＮ ＪＯ. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TEI-QTM301J.

主要授業科目/Essential Subjects

○

授業の目的・概要及び達成方法等

Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。
学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

１．目的
古典論とは異なる量子力学特有の概念を習得し、最も簡単なポテンシャルに対する解法を学ぶことが主目的である。
２．概要
量子力学の初歩から始めて、シュレディンガー方程式を使って各種のポテンシャル中の１次元の運動までを扱う。
３．達成目標等
電子工学で必要になる量子力学の概念を修得すること。

授業の目的・概要及び達成方法等(Ｅ）

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

Beginning with a review of early 20th century experiments, this course aims to develop an understanding of the basic concepts of quantum mechanics and how they differ from classical mechanics. The Schroedinger equation will be used to solve one-dimensional problems and we will learn how the results relate to physical phenomena such as quantum mechanical tunneling and energy band gaps in solids.

他の授業科目との関連及び履修上の注意

古典力学、古典電磁気学、ベクトル解析、フーリエ解析、線形代数などの知識を持っていることが要求される。
量子力学Bを履修する前に履修することは必須であり、さらに固体物理学、電子物性工学を履修する前に履修する必要あり。

他の授業科目との関連及び履修上の注意(Ｅ）

Students are assumed to have introductory college-level physics, calculus, and linear algebra.

授業計画

１．量子力学 対 古典力学、２スリットの実験
２．黒体輻射、光電効果
３．コンプトン散乱、フランクとヘルツ実験
４．ボーア原子モデル、ド．ブロイ理論
５．シュレディンガー方程式、波動関数、重ね合せ
６．演算子、固有値方程式、期待値
7．一次元井戸形ポテンシャル中の粒子
8．パウリの排他原理、箱の中の粒子
9．デルタ関数ポテンシャル、トンネル効果
10. 一次元階段ポテンシャル、一次元箱形ポテンシャル
11．固体の電子状態、ハイゼンべルグの不確定性原理
12．調和振動子、二原子分子
13．自由粒子、波束運動
14．まとめ

授業計画(Ｅ）

1. Introduction, quantum mechanics vs. classical mechanics, double slit experiments
2. Blackbody radiation, the photoelectric effect
3. Compton scattering, the Franck and Hertz experiment
4. Bohr's model of the hydrogen atom, de Broglie theory
5. Schroedinger equation and wave functions, superposition, measurement
6. Operators, eigenvalue equations, expectation values
7. The infinite potential well
8. Pauli exclusion principle, particle in a box
9. The delta function potential, scattering and tunneling
10. One dimensional barrier problems
11. Solids, band gaps, the Heisenberg uncertainty principle
12. The harmonic oscillator, diatomic molecules
13. Free particles and wave packets
14. Conclusion

授業時間外学習

レポート（５−６回）の作成。

授業時間外学習（Ｅ）

5-6 written reports (homework).

成績評価方法及び基準

宿題 25%
中間試験 30%
期末試験 45%

成績評価方法及び基準(Ｅ）

Homework 25%
Mid-term exam 30%
Final exam 45%

教科書および参考書

• Quantum mechanics, B.H. Bransden and C.J. Joachain, Prentice Hall ISBN/ISSN: 582356911
• Introduction to quantum mechanics, D.J. Griffiths, Prentice Hall International ISBN/ISSN: 0131118927
• Introductory quantum mechanics, R.L. Liboff, Addison Wesley ISBN/ISSN: 0805387145
• 量子力学基礎, 末光眞希・枝松圭一, 朝倉書店 ISBN/ISSN: 9784254228854

オフィスアワー

予約制

オフィスアワー（Ｅ）

By appointment

その他

The class code is / クラスコードは：Not available at time of writing
The course code is / コースコードは：TB24064