物性物理学演習Ⅰ / Exercises in Solid State Physics I

単位数: 1. 担当教員: 張 超亮, 大兼 幹彦. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TEI-APP305J.

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
物性物理原論Ａ・Ｂの講義内容の理解を深め、応用力を養う。
２．概要
物性物理原論Ａ・Ｂで講義する内容（結晶構造、結晶による回折と逆格子、結晶結合、フォノン、絶縁体の熱的性質、金属のドルーデ理論、自由電子の比熱、自由電子近似や強結合近似でのバンド構造）にそって、基礎的問題を解く。
３．達成目標等
・物性物理原論Ａ・Ｂの講義内容が理解できる。
・物性物理原論Ａ・Ｂの講義内容に関連する基礎的問題を解くことができる。

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)

The purpose of this course is to understand the content of "Solid State Physics A・B" deeply by taking fundamental exercises.

他の授業科目との関連及び履修上の注意

量子力学Ａ・Ｂ、量子力学演習および統計力学Ａを履修していることが望ましい。
物性物理原論Ａ・Ｂも同時に履修すること。

他の授業科目との関連及び履修上の注意(Ｅ）

It is desirable to complete both Quantum Mechanics A・B, Exercises in Quantum Mechanics and Statistical Mechanics A. Learn Solid State Physics A・B simultaneously.

授業計画

１．結晶構造
２．結晶による回折と逆格子
３．結晶結合
４．フォノン
５．絶縁体の熱的性質
６．　〃
７．数学的準備：フーリエ展開、完全系、複素関数論の復習
８．量子力学の復習
９．自由電子ガスのフェルミエネルギーの評価と状態密度関数
10．状態密度の次元依存性
11．比熱とフェルミ分布関数
12．１次元デルタ型ポテンシャルによるKronig-Pennyモデル
13．１次元周期格子のエネルギーギャップと波動関数
14．ブリルアンゾーンとエネルギーバンド構造
15．Wannier関数

授業計画(Ｅ）

１．Crystal structure
２．Diffraction and reciprocal lattice
３．Crystal bonding
４．Phonon
５．Thermal properties of insulators
６．　〃
７．Mathematical preparation
８．Review of quantum mechanics
９．Fermi energy and density of states in free electron gas
10．Dimensionality of density of states
11．Specific heat and Fermi distribution function
12．Kronig-Penny model
13．Energy gap and wave function in one-dimensional periodic lattice
14．Brilloiun zone and energy band structure
15．Wannier function

授業時間外学習

授業時間は限られているので、自主学習が重要になる。手を動かして式を導きながら教科書を何回も熟読すること。

授業時間外学習（Ｅ）

The session time is limited and therefore self-directed learning is important. Students should read repeatedly and derive equations in the textbook by themselves.

成績評価方法及び基準

出席、数回の発表、レポートで評価する。

成績評価方法及び基準(Ｅ）

Evaluation is performed based on attendance, presentations and reports.

教科書および参考書

• 物性物理学演習-アシュクロフト・マーミンの問題解説-, 前田京剛・加藤雄介, 吉岡書店 ISBN/ISSN: 4842703377
• 固体物理学演習[改訂版], 沼居貴陽, 丸善 ISBN/ISSN: 9784621076552
• 基礎演習シリーズ　固体物理学, 花村栄一, 裳華房 ISBN/ISSN: 4785381043

オフィスアワー

オフィスアワーは、水曜10:00～17:00とする。事前にE-mail等で連絡すること。教員の連絡先は授業中に伝える。

オフィスアワー（Ｅ）

Office hours are from 10:00 to 17:00 on Wednesdays. Make an appointment in advance via e-mail or other means. The contact information for the lecturer will be given in class.

その他

招待リンク：https://classroom.google.com/c/NDY4NTQ3MTgzNzQ2?cjc=r5uofyd
クラスコード：r5uofyd