応用物理化学 / Applied Physical Chemistry

単位数: 2. 担当教員: 浅井 圭介. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TCH-CHE301J.

メディア授業科目/Media Class Subjects

○

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
量子論に基づいた物質の取り扱い方を受講者に習得させることを目的とする．まずは，量子論や古典力学などにおけるミクロ系の理論と，熱力学をはじめとするマクロ系の理論とを仲立ちする，統計力学についての理解を深化させる．その後，量子論と統計力学とを駆使し，物質中での各種の量子論的現象を，実験・観測手法と関連付けながら論じ，各種の分析・分光技術の量子論的基礎の構築へと進む．なお，本講義は，第四セメスターの「応用量子化学」で講じられる程度の量子論に関する知識を受講者が既得であることを前提とする．

２．概要
受講者は，ミクロ系の記述とマクロ系の記述との仲立ちをする統計力学の理解を深め，ミクロ系の理論に基づいて，実際のマクロな物質系の物理量を導出するための方途を習得する．また，物質についての各種分析・分光の基礎となる量子論的概念を把握する．

３．達成目標等
・熱力学的諸量の分子論的理解とその実践的的適用．
・分配関数の自在な運用．
・物性評価手法の理解．
・種々の化学系への量子論の適用．

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)

In this course, students will study quantum theory of matter. Initially, students will be introduced to statistical mechanics, which bridges the theories of thermodynamics at the macroscopic (classical theory) and microscopic (quantum theory) levels. Subsequently, students will learn about quantum mechanical phenomena of matter in terms of quantum theory and statistical mechanics. Students will investigate the basic quantum theory through analytical and spectroscopic methods in both a practical and theoretical sense.

他の授業科目との関連及び履修上の注意

「基礎物理化学」の既修，及び並行した「応用量子化学」の履修を前提とする．

他の授業科目との関連及び履修上の注意(Ｅ）

Students taking this course will be strictly required to have already completed "Basic Physical Chemistry" and take "Applied Quantum Chemistry" in parallel.

授業計画

１．統計力学とは
２．分配関数の導入
３．各種熱力学量と自然な変数
４．アンサンブルの取り扱い
５．非平衡系での取り扱い
６．状態間遷移（相転移）（１）
７．状態間遷移（相転移）（２）
８．量子統計
９．回転や振動の量子論
１０．電子状態密度と光電子分光
１１．励起と緩和（１）　吸収スペクトルの線幅
１２．励起と緩和（２）　局在系での励起状態と緩和過程
１３．励起と緩和（３）　遍歴系での励起状態と緩和過程
１４．まとめ

授業計画(Ｅ）

1. Overview of statistical mechanics
2. Introduction of partition functions
3. Thermodynamic quantities and natural variables
4. Treatment of ensembles
5. Treatment of non-equilibrium systems
6. Phase transitions (1)
7. Phase transitions (2)
8. Quantum statics
9. Quantum theory of rotation and vibration
10. Electronic density of states and photoelectron spectroscopy
11. Excitation and relaxation (1): Line widths in absorption spectra
12. Excitation and relaxation (2): Excited states and relaxation in localized electron system
13. Excitation and relaxation (3): Excited states and relaxation in itinerant electron system
14. Summary

授業時間外学習

毎回の講義に先立って、Google Classroom で供される動画教材を視聴後、小テストに回答すること。講義後には、提示された課題についてのレポートを提出すること。

授業時間外学習（Ｅ）

Students are required to watch the instructional videos provided on Google Classroom before each lecture, complete a short quiz, and submit a report on the assigned tasks after the lecture.

成績評価方法及び基準

主として、小クイズ、レポート、および期末試験の得点を基に総合的に評価する。

成績評価方法及び基準(Ｅ）

Primarily, the assessment will be based on scores from short quizzes, reports, and the final exam to provide a comprehensive evaluation.

教科書および参考書

オフィスアワー

相談受付月日 ： 木曜日 15：00-16：00
場所 ： 各回の担当教員の居室
相談内容等 ： 事前にアポイントを取ること。

オフィスアワー（Ｅ）

Consultation hours: Thursdays, 3:00 PM to 4:00 PM
Location: Instructors' offices for each session
Consultation details: Please schedule an appointment in advance.