電子物性Ａ / Solid State Physics

単位数: 2. 担当教員: 佐藤 茂雄. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TEI-ELE306J.

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
情報電子デバイスやナノ電子デバイスの元になる金属，半導体，絶縁体などの物質（無機固体）の基礎的性質を理解する。
２．概要
物質の素材としての原子の構造から始めて，原子が集まって固体となるしくみ，原子の規則的配列構造である固体結晶の性質，固体結晶中での電子の振る舞い，金属と半導体や絶縁体との違いなどについて講義する。
３．達成目標等
電子物性の基礎となるバンド理論を習得して，それを土台に固体の電気伝導，磁性，光学的性質についての理解を深めることを目標とする。

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)

1. Objective
Students will learn basic properties of materials (Inorganic solid) such as metals, semiconductors, insulators, and so on, which are used to make information electronic and nanoelectronic devices.
2. Outline
The lecture explains structures of atoms as components of substances, mechanism in which atoms assemble and form a solid, properties of solid crystals having regular atomic arrangements, behavior of electrons in solid crystals, differences between metals, semiconductors, and insulators, and so on.
3. Goal
This course is intended to allow students to learn band theory as fundamental knowledge, and then to understand electrical conduction, magnetism, and optical properties of solids.

他の授業科目との関連及び履修上の注意

予備知識として量子力学と熱・統計力学を履修することを薦める。

他の授業科目との関連及び履修上の注意(Ｅ）

To obtain preliminary knowledge, the completion of the following lectures is desirable: quantum mechanics, thermodynamics and statistical mechanics.

授業計画

１． 原子の電子構造
２． 固体の結合力
３． 固体の原子配列構造（結晶構造）
４． 周期構造による回折と逆格子
５． 格子振動
６． 結晶の熱的性質（固体の比熱）
７． 金属の自由電子論（フェルミ気体）
８． 金属の自由電子論（電子比熱と電気伝導）
９． バンド理論（I）
１０． バンド理論（II）
１１． 固体内の電子と電気伝導（I）
１２． 固体内の電子と電気伝導（II）
１３． 磁性
１４． 固体の光学的性質
１５． まとめ

授業計画(Ｅ）

1. Electronic structures of atoms
2. Bonding forces in solids
3. Atomic arrangements in solids (crystal structures)
4. Diffraction at periodic structures and reciprocal lattice
5. Lattice vibration
6. Thermal properties of crystals (specific heat of solids)
7. Free-electron theory of metals (Fermi gas)
8. Free-electron theory of metals (specific heat of electrons and electrical conduction)
9. Band theory (I)
10. Band theory (II)
11. Electrons in solids and electrical conduction (I)
12. Electrons in solids and electrical conduction (II)
13. Magnetism
14. Optical properties of solids
15. Summary

授業時間外学習

講義だけでは十分な理解は望めない。上記の参考書のうち，少なくとも1冊を一読することを薦める。

授業時間外学習（Ｅ）

Students are encouraged to read at least one among the above references because it is not easy to understand well only with lecture learning.

成績評価方法及び基準

定期試験，演習問題のレポートおよび授業への出席状況を総合して評価する。

成績評価方法及び基準(Ｅ）

Evaluation is performed comprehensively based on the regular examination, submitted reports, and attendance.

教科書および参考書

オフィスアワー

オフィスアワーは、10:00～17:00とする。事前にE-mailで連絡のこと。

オフィスアワー（Ｅ）

Office hours are from 10:00 to 17:00. Make an appointment in advance via E-mail.