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物性物理学とは，量子力学・統計力学・電磁気学に基づき，物質の示す様々な性質を理解する学問である。本講義では，物性物理学の基礎概念として，結晶構造と自由電子気体について学ぶ。
In this course, students will understand the basic notions of condensed matter physics. Particularly, this lecture focuses on the crystal structure and the free electron gas.
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，光学的性質，輸送現象の半古典的扱い）にそって、高度な問題を解く。授業中に解法を発表してもらう．また小テストやレポートで理解を深める．
３．達成目標等
問題を解く力、人前で発表する要領、読みやすいレポートを書く力を養う。
４．受講方法
Google Classroomを利用する場合がある
The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)
1. Purpose
The purpose of this course is to understand the content of "Solid State Physics A・B" deeply by taking advanced exercises.
2. Outline
Contents are what are studied in "Solid State Physics A・B" (Crystal structure, diffraction and reciprocal lattice, crystal binding, phonon, thermal properties of insulator, Drude theory of metal, specific heat for free electrons, band structure based on nearly free electron approximation and tight binding approximation, optical properties, semiclassical treatment of transport phenomena).
Students present solutions for some problems in class. Short tests and/or reports are also given to check and deepen their understanding.
3. Goals and objectives
Students develop abilities of calculation, presentation, and writing report.
4. Format
Google Classroom is used if necessary.
固体電子論(結晶構造、フォノン、自由電子、バンド構造など)の基礎を復習し、金属・半導体・超伝導体における電子論や、光電子分光などの電子状態を観測する実験手法について学習する。さらに、凝縮系物理学における最近のトピックスである、トポロジカル絶縁体、高温超伝導体、原子層物質などにおいて発現する様々な特異物性と、その背後にある電子構造との関連について理解する。
We revisit the basics of condensed-matter physics such as crystal structure, free electrons, and energy band structure, and learn electron dynamics of metals, semiconductors, and superconductors. We also study basic principle of key experimental techniques to prove electronic structure, such as photoelectron spectroscopy. Unusual physical properties of topological insulator, high-temperature superconductor, and atomic-layer materials, and their relationship with underlying electronic states will be introduced.
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学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
１．目的
工学材料を取り扱う上で重要な表面・界面の基礎的物性について学び、材料の特性や機能向上に表面・界面の物理が深く関与していることについて理解を深める。
また、固体や液体の表面・界面に固有な現象やそれを解析するための手段について知識を深め、工学的諸問題解決の糸口をつかむ。
２．概要
材料の表面・界面において生ずる種々の現象について基礎的な解説を行う。また、そのような基礎的現象が実際の工業プロセスや製品とどのように関連するか講義する。
３．達成目標等
・本学科の学習・教育目標のＡ、Ｂ、Ｃ、Kに関する能力を含めて修得する。
・表面・界面の熱力学、表面張力、ぬれ、表面電子状態・結合状態といった項目について学習し、材料工学分野において表面・界面が関わる現象を正確に理解する。
講義は当面Zoomと対面によるハイブリットで進めます。講義資料（pdf）やZoomのアドレス等の情報はGoogle Classroomで逐次連絡いたしますので参照してください。
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Surface and interface phenomena of solids or liquids strongly correlate with industrial process. This course provides bases of condensed matter physics related to material’s surfaces and interfaces, such as surface thermodynamics, surface tension, wetting, gas adsorption, atomic and electronic structures of well-defined surfaces, electron-excitation from solid surface, thin film growth, analysis techniques for surface phenomena, etc.
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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。
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The purpose of this course is to understand the content of "Solid State Physics A・B" deeply by taking fundamental exercises.
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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。
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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.
結晶およびその表面の持つ対称性と構造と物性の関係を理解し，回折・分光実験からどのようにこれらの情報が得られるかを学んでもらう.特にX 線・中性子・電子線を用いた回折・分光実験について詳細に講義し，物質の静的構造と相転移現象がどのように観測できるかを理解して もらう.この分野に関するトピックスも紹介し，広く構造・物性に関して興味を持ってもらう.
Purpose of this lecture is to learn about the relation between crystal symmetry, structure, and physical properties of materials and surfaces. To understand how to observe static as well as dynamic properties (especially phase transisions) of materials, the details about Diffractometry and Spectroscopy using x-ray, neutron, and electron will be explained in detail. Topics related to these fields will also be introduced.
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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。
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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.