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物質の電子（電荷、軌道、スピン）と電磁波である光との相互作用について、原子や分子およびその集合体である固体を舞台にして説明します。
前半は、原子や分子の電子状態と光の相互作用について、基本的な熱・統計力学、電磁気学、初等量子力学を用い、
主に下記の問題について概説します。
・なぜ量子論が必要なのか？
・原子や分子の構造
・物質（原子、分子、固体）の色と電子の波動関数の広がりの関係
・光と電子、スピンの相互作用
さらに後半では、
対象を固体（金属、絶縁体、磁性など）に拡げ、
光と物質の相互作用について学びます。また、物質の量子力学的な性質を応用した光デバイスである
発光ダイオードやレーザーの基礎のほか、超短パルスレーザーやテラヘルツ電磁波、光周波数コムなどの先端光技術およびそれを用いた光計測や物質の光制御（超高速光エレクトロニクス、光スピントロニクス）にも触れる予定です。
The basic principles of light-matter interactions not only for atomic/molecular systems but also for solid materials will be discussed.
In the former part, optical properties of atomic/molecular systems in terms of elementary electrodynamics, statistical physics , and quantum mechanics. Main subjects are shown below;
・Why is quantum mechanics necessary ?
・Electronic wavefunction and colors of matter
・Tight-binding theory (in solid state physics) and molecular orbital(in quantum chemistry)
・Electronic many body effect
・Spin-orbit interaction
Then, in the latter part, advanced laser technologies such as extremely ultrashort laser pulse, frequency comb. terahertz wave etc... and their application to material science will be introduced.
固体の性質は主に電子構造により支配されている。
本講義では、結晶構造を形成する原子間結合や、電気伝導性に代表される電気的性質に関して、電子構造に基づいて理解することを目指す。
Properties of solid are mainly dominated by an electronic structure of material. In this class, we will learn how to understand the atomic bonds, which form a crystal structure, and electric properties such as electrical conductivity of materials based on the electronic structure.
量子化学は現代化学の基礎となる重要な分野である。本講義では，前学期に学んだ量子化学Iの知識をもとに，まずシュレーディンガー方程式の近似解法(変分法と摂動法)を学ぶ。続いてハートリー・フォック法を多電子原子系に適用し，スレーター行列式，電子スピン，原子の多重項構造などを理解する。その後，分子軌道法を二原子分子，さらに多原子分子に適用して，化学結合の本質や分子構造がどのように定まるのかなどを学ぶ。この一連の講義を通して，量子化学を化学の諸問題に適用する上での基本的な力を養う。
Quantum chemistry is an important subject as a basis of all fields of modern chemistry. In this lecture series the students learn firstly the approximation methods for solving Schrodinger equations, variational method and perturbation theory, based on the knowledge of the lectures on "Quantum Chemistry I" last semester. Next they applied Hartree-Fock approximation to multi-electron atoms and understand Slater determinant, electron spin, multiplet electron structures of atoms, and so on. Finally, they learn the nature of the chemical bonds and how the molecular structures are determined, by applying molecular orbital theory to diatomic and polyatomic molecules. Through the series of lectures students develop the fundamental knowledge for applying quantum chemistry to various problems in chemistry.
物理化学・量子化学の基礎となる量子力学とその化学結合への応用について学ぶ。具体的には、量子力学における数学的手法・近似法、原子構造、化学結合、原子価結合、分子軌道理論について学ぶ。
The course deals with the introduction to the principles of quantum mechanics and their application to chemical systems.Topics include the formalism and mahtematical tools of quantum mechanics; approximate methods; atomic structure; the chemical bond,valence bond; and molecular orbital theory.
物質の構成単位である原子および分子の構造と化学結合に関する基礎を与える。原子の構造、電子配置と周期表、分子軌道と分子構造など化学結合の基礎を量子化学の概念に基づいて解説する。
Learn fundamentals of atomic and molecular structures and their chemical bonds, that are constituent units of matter.
Learn fundamentals of chemical bond such as atomic structure, electronic configuration and periodic table, molecular orbitals and structures, based on concept of quantum chemistry.
化学は物質に関わる学問である。物質を構成する基本単位である原子・分子の構造と性質を理解することは、物質そのものの本質を理解するだけでなく、新物質・新反応の開発、資源・エネルギー・環境などの地球規模の諸問題の解決に重要である。ここでは，物質の分類や成り立ち，気体・液体・固体の状態変化とそのマクロな諸性質の起源について，原子・分子の化学結合様式やその集団的な振る舞いに基づいて解説する。
Chemistry is a science of substances. Understanding the structures and properties of atoms and molecules that constitute various substances as the basic units, not only leads to learning the essence of the substance itself, but also is indispensable for developing new substances and reaction schemes, to solve the global issues, such as resources, energy, and the environment. Here, the students will learn the classification and origin of substances, including the three states of matter, i.e., gas, liquid and solid and their macroscopic properties, based on the chemical bonding nature among atoms and molecules and the collective behavior of them.
化学は物質に関わる学問である。物質を構成する基本単位である原子・分子の構造と性質を理解することは、物質そのものの本質を理解するだけでなく、新物質・新反応の開発、資源・エネルギー・環境などの地球規模の諸問題の解決に重要である。ここでは，物質の分類や成り立ち，気体・液体・固体の状態変化とそのマクロな諸性質の起源について，原子・分子の化学結合様式やその集団的な振る舞いに基づいて解説する。
Chemistry is a science of substances. Understanding the structures and properties of atoms and molecules that constitute various substances as the basic units, not only leads to learning the essence of the substance itself, but also is indispensable for developing new substances and reaction schemes, to solve the global issues, such as resources, energy, and the environment. Here, the students will learn the classification and origin of substances, including the three states of matter, i.e., gas, liquid and solid and their macroscopic properties, based on the chemical bonding nature among atoms and molecules and the collective behavior of them.
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。
★Google Classroom クラスコード：5m22kni
前半を寺門、後半を小野が担当します
1. Maxwell方程式 -波動方程式の導出-
2. 放射場 -古典論，量子化，光子-
3. 光と物質の相互作用 I -古典論：LorentzモデルとDrudeモデル-
4. 電磁場の放射 -電気双極子放射-
5. 光と物質の相互作用 II -量子論：遷移，Fermiの黄金律-
6. 固体中の電子遷移 -断熱近似とFranc-Condonの原理-
7. 光散乱 -古典論と量子論-
8. ものの見え方は何で決まるのか？ - 屈折率、反射、吸収、散乱、スペクトルから見る-
9. 金属・半導体・絶縁体 の見た目 - 光に対してpassiveなもの、activeなものをどう作るのか？
10. 光を使って現象をひも解く I - 線形光学特性 -
11. 光を使って現象をひも解く II - 非線形光学特性、コヒーレント、インコヒーレント、偏光特性 -
12. 光を使って現象をひも解く III - 様々な分光法と物質の応答 -
13. 量子光学 - 波？粒子？ 光子と電子の相違 -
14. 量子光学と物質 - レーザー、非線形光学との関係 -
15 予備
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")
★Google Classroom, Class-code: 5m22kni
1. Maxwell's equation -Derivation of wave equation-
2. Radiation field -Classical theory, quantization, photon-
3. Interaction between light and matter I -Classical theory: Lorentz and Drude models-
4. Radiation of electromagnetic fields -Electric dipole radiation-
5. Interaction between light and matter II -Quantum theory: transitions, Fermi's golden rule-
6. Electronic transitions in solids -Adiabatic approximation and Franc-Condon's principle-
7. Light scattering -Classical and quantum theories-
8. What determines how things look - Refractive index, Reflection, Absorption, Scatterings, Spectrum.
9. Appearance of metals, semiconductors, indulators - How to make materials that are passive or active to light-
10. Use light to analyze phenomena I - fundamentals, linear optical propertie-
11. Use light to analyze phenomena II - fundamentals, nonlinear optical properties, coherent and incoherent response-
12. Use light to analyze phenomena III - various approaches using light and how materials act against it -
13. Quantum optics and materials I - wave？ or particles？ Difference between photons and electrons -
14. Quantum optics and materials II - Laser, nonlinear optical materials -
15 If necessary..