単位数: 2. 担当教員: 清水 幸弘. 開講年度: 2024. 開講言語: 日本語.
Google Classroomのクラスコードは工学研究科Webページ
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-g.html
（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。
１．目的
固体物性論は、物性科学の重要な基本概念の１つである。また、新規材料開発やそれらのデバイスへの応用を行うための基礎となる。この講義では，固体物性論における中心的課題の１つである固体電子論に焦点をあて、その基礎と第一原理手法による電子状態計算について理解することを目的とする。
２．概要
固体の中の多数の電子の電子状態に関する講義を行う。
固体の中の電子は、電子間のクーロン相互作用により多粒子状態となり、磁性や超伝導などの多彩な物性を示す。
本講義では、はじめに多粒子状態を取り扱う手法や近似法について学ぶ。次に強結合模型と第一原理計算手法について学び、それらの計算結果から理解できる固体物性について解説する。
３．達成目標等
・ 多電子状態を記述する手法と近似方法を習得する。
・ 強結合模型とその物性を理解する。
・ 第一原理計算手法の概要とその計算結果から理解できる物性について学ぶ。
講義は対面形式を基本とし、お知らせなどにGoogle Classroom(クラスコード:wh6yiny）を用いる。
The class code for Google Classroom can be found on the Web site of the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html (under "Timetable & Course Description")
1. Purpose
Solid state physics is one of the most important fundamental concepts in condensed matter science. It is also the basis for the development of new materials and their application to devices. In this lecture, we focus on one of the central issues in solid state physics, the solid state electron theory, and aim to understand its fundamentals and the electronic structure calculations by first-principles methods.
2. Outline
Lectures on the electronic structure of a large number of electrons in solids will be given.
Electrons in solids are in many-particle states due to Coulomb interactions among electrons, and exhibit various physical properties such as magnetism and superconductivity.
In this lecture, we will first learn the methods and approximations to deal with many-particle states. Next, we will learn about the strong coupling model and first-principles calculation methods, and explain the solid-state properties that can be understood from the results of these calculations.
3. Objectives
To master the method of describing and approximating multi-electron states.
To understand the strong coupling model and its physical properties.
Learn about first-principles calculation methods and the physical properties that can be understood from the results of these calculations.
Lectures will be given in a face-to-face format and Google Classroom (class code:wh6yiny) will be used for announcements.
量子力学，統計力学，および物性物理学の基礎事項（学部講義程度）を習得していることが望ましい．
It is desirable for students to have a basic knowledge of quantum mechanics, statistical mechanics, and condensed matter physics (undergraduate level).
第１回 固体のハミルトニアン、断熱近似、多粒子波動関数
第２回 ハートリー近似とハートリー・フォック近似
第３回 ハートリー・フォック近似とハートリー・フォック・スレーター近似
第４回 フェルミオンの生成・消滅演算子（１）
第５回 フェルミオンの生成・消滅演算子（２）
第６回 ボゾンの生成・消滅演算子とBCS理論
第７回 強結合模型とハバード模型
第８回 モット絶縁体と金属強磁性
第９回 密度汎関数理論(DFT)
第10回 局所密度近似と第一原理計算手法
第11回 第一原理計算手法
第12回 第一原理計算から得られる固体物性
第13回 グリーン関数と近藤効果
第14回 動的平均場理論（DMFT）
第15回 DFT + DMFT
1. Hamiltonian of solids, adiabatic approximation, many-particle wave function
2. Hartree Approximation and Hartree-Fock Approximation
3. Hartree-Fock approximation and Hartree-Fock-Slater approximation
4. Fermion creation and annihilation operators (1)
5. Fermion creation and annihilation operators (2)
6. Boson creation and annihilation operators and BCS theory
7. Strong coupling model and Hubbard model
8. Mott insulators and metallic ferromagnetism
9. Density Functional Theory (DFT)
10. Local Density Approximation and First-Principles Methods
11. First-principles calculation methods
12. Solid State Properties Obtained from First-Principles Calculations
13. Green's function and Kondo effect
14. Dynamic Mean Field Theory (DMFT)
15. DFT + DMFT
講義スライドと参考書を読んでレポート課題に取り組む。
Read lecture slides and reference books and work on report assignments.
レポート課題の評価により総合評価する。
The overall evaluation will be based on the evaluation of the report assignment.
電子メールなどでアポイントメントを取ってから研究室に来室してください。
Students should visit my office after taking an appointment by e-mail.