単位数: 2. 担当教員: 松枝 宏明. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TEI-APP304J.
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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
結晶の物性を系統的に理解するためには、周期場中の電子の挙動を学ぶ必要がある。この授業では、Ｂｌｏｃｈの定理を中心に固体内の伝導電子の挙動について、その基礎的な取り扱い方を学ぶ。
２．概要
量子力学と物性物理原論Ａで学んだ事を基にして、自由電子による金属の比熱や伝導現象を扱う。ついで、周期場中の電子に関するＢｌｏｃｈの定理を扱い、Ｂｌｏｃｈ関数の諸性質や電子のエネルギー帯形成についての一般論を学ぶ。種々の金属のバンド構造を概観し、外場による固体内のＢｌｏｃｈ電子の運動を半古典論の範囲で記述する方法を学ぶ。
３．達成目標等
この授業では主に以下のような能力を習得することを目標とする。
・金属結晶内部の電子の古典的な描像を理解する。
・個々の結晶の多様なバンド構造を理解する基礎を習得する。
・半導体・絶縁体の電子状態を記述する強結合近似を習得する。
資料掲載など必要に応じてGoogle Classroomを利用するので、確認するようにしてください。
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. Purpose and Target
Study the basic knowledge of Bloch theorem to understand the behavior of conduction and valence electrons in periodic potential of metallic and insulating crystals.
2. Outline
Electric and thermal properties of free electrons in metals will be given based on the knowledge of quantum mechanics and solid state physics A．Bloch theorem in periodic potentials will be proved and applied to understand the basic properties of band structures and band gaps in various kinds of crystals. The course ends up with the brief introduction of response of conduction electrons to external electric and magnetic fields in wave packet form.
量子力学、熱学・統計力学、物性物理原論Ａを履修している事が望ましい。
It is desirable to have enough knowledge and practical training of quantum mechanics, thermal and statistical physics, and solid state physics A.
１．ガイダンス
２．自由電子モデル１
３．自由電子モデル２
４．結晶中の電子状態１
５．結晶中の電子の状態２
６．結晶中の電子の状態３
７．結晶中の電子の状態４
８．エネルギー・バンドから見た金属、絶縁体の区別
９．金属の伝導電子－その役割と実験的証拠１
10．金属の伝導電子－その役割と実験的証拠２
11．伝導電子の輸送現象－電流と熱流１
12．伝導電子の輸送現象－電流と熱流２
13．伝導電子の輸送現象－電流と熱流３
14．固体の光学的性質１
15．固体の光学的性質２
1st Guidance
2nd Free electron model 1
3rd Free electron model 2
4th Electronic states in crystal 1
5th Electronic states in crystal 2
6th Electronic states in crystal 3
7th Electronic states in crystal 4
8th Difference between metals and insulators in terms of energy bands
9th Conduction electrons in metals - their role and experimental evidence 1
10th Conduction electrons in metals - their role and experimental evidence 2
11th Transport properties of conduction electrons - electric current and heat current 1
12th Transport properties of conduction electrons - electric current and heat current 2
13th Transport properties of conduction electrons - electric current and heat current 3
14th Optical properties of solids 1
15th Optical properties of solids 2
到達目標や授業内容に応じた準備学習が求められる。履修者が自ら主体的に計画と目標を立て、自律的に準備学習に取り組むことを期待する。
Students are required to prepare for class according to the goal and contents of each class. Students are strongly expected to voluntarily develop a plan and goals and to undertake preparatory learning.
成績は定期試験(講義・演習一括)・出席状況・レポート・演習結果をもとに、講義・演習を一括して総合的に評価する。
Evaluation is based upon the results of examination, the number of attendance to the lectures, and the quality of the reports.
随時（要事前連絡）
Any time (advance contact via e-mail is required)