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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.
統計物理学Ｉで学んだ概念をもとに、量子系を対象とした量子統計力学と相互作用のある系の相転移現象の統計力学の基礎について解説する。具体例として、理想量子気体、フェルミ統計とボーズ統計、格子振動と電磁場の統計力学、相互作用系の共同現象と相転移などについて、それらの性質と取り扱いについて学ぶ。
Based on the concepts learned in Statistical Physics I, we study statistical physics on quantum systems and basis of statistical treatments of phase transitions. Several examples are chose from ideal quantum gases, Fermi-Dirac and Bose-Einstein statistics, elementary excitations of lattice vibration and electromagnetic field, cooperative phenomena in interacting particle/spin systems.
固体物理学は、熱・統計力学、量子力学をベースに築き上げられ、材料科学、電子材料などの応用分野における研究開発にとっても、基本となる学問である。新規な現象・物性を有する物質の研究が日々進められている。実際に研究活動に携わり、議論を行い、そして、学会等で発表するには、基礎的な固体物理学の知識や、考え方を身に付けておく必要がある。一般的なテキストの内容に従って講義を行い、研究活動する上で必須となる基礎事項の習得と定着を目指す。
Solid-state physics that has been established on the basis of thermodynamics, statistical and quantum mechanics is fundamental to research and development in application fields such as material science, electronic devices. This course aims to deepen understanding the basic knowledge and concepts of solid-state physics, and helps to improve your research activity. This class will be held for Japanese students.
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.
我々が身近に接する固体、液体、気体などの物質は、多数の原子や電子から構成されており、それらは互いに複雑な相互作用を及ぼしながら運動している。これらの系の巨視的な性質は、構成要素が非常に多いことに起因する統計的法則を用いて初めて理解可能である。本講義では、多数個の粒子の集団からなる系の性質を理解することを目的に、統計物理学の基本的な概念とその簡単な系への応用について解説する。
Usual materials are composed of many atoms and molecules, which are interacting each other through complex interactions. These materials show a variety of phases, such as solid, liquid and gas phases. Their macroscopic properties can be understood in terms of statistical considerations based on the large number of degrees of freedom. In this lecture, in order to understand the physical properties of macroscopic systems composed of many constituent particles, we study the basic concepts of statistical physics and its applications to simple examples.
統計物理学I, IIでは、多数の相互作用がない（或いは弱い）粒子系が、平衡状態にある場合の概念やそれを扱う原理的処方を主に学んだ。ここでは、相互作用の導入により起こる相転移（自発的対称性の破れ）や臨界現象、および摂動によって平衡系からずれた系のふるまい（応答）を理解するための基礎的な知識および方法を習得する。また、これらを扱うために必要な場の量子論の基礎を始めに話す。
In this course, I will talk about elementary concepts and methods for studying phase transitions (spontaneous symmetry breaking) and critical phenomena, which arise on account of inter-particle interactions, and non-equilibrium systems (mainly linear response theory). In the beginning, I will introduce non-relativistic quantum field theory to deal with the above subjects.