強相関電子物理学特論 / Lecture on strongly correlated electron systems  

  池本 夕佳, 藤森 伸一, 理学部非常勤講師  

  理  

  後期集中  

  後期集中 その他 連講  

凝縮系物質の電子状態の基礎を復習し、放射光を用いた光電子分光および赤外分光、それらのその応用研究について学習する．特に，有機半導体、強相関有機導体、強相関f電子系化合物などのトピックスについて講義する。強相関電子系と関係して、ｓ、ｐ、ｄおよびｆ電子系で発現する様々な現象とその背景にある物理現象を理解する。

We revisit the basics of electronic states of condensed matters and learn the experimental techniques such as photoemission spectroscopy and infrared spectroscopy using synchrotron radiation sources. Hot topics for organic transistors, heavy-fermion systems, and organic conductors will be discussed. Various interesting phenomena arising from s, p, d and f electron systems as well as the physics behind them will be introduced.

  固体相関物理学特論 / Lecture on Strongly Correlated Electron Systems in Condensed Matter Physics  

  木村 憲彰, 水上 雄太  

  理  

  前期  

  前期 月曜日 3講時  

本講義では磁性を中心とした固体中の電子相関に関する基本的な事項について、局在・遍歴の両視点から解説する。具体的な物質群としてd電子系、f電子系を取り上げるが、あえてd電子系を局在の立場から、f電子系を遍歴の立場から眺めることで、これら強相関電子系の理解を深める。

This course provides a basic understanding of electron correlation in solids, focusing on magnetism. The lecture explains the subject from both localized and itinerant perspectives. Specific material groups such as d-electron and f-electron systems are discussed, with d-electron systems viewed from a localized perspective and f-electron systems from an itinerant perspective. This approach enhances the understanding of these strongly correlated electron systems.

  放射光科学 / Synchrotron Radiation Science  

  江島 丈雄  

  工  

   

   

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。

赤外からX線までの広い波長範囲の光源として利用されている放射光について、特に軟Ｘ線領域を中心に、光源の特性、光利用技術、分光研究への応用、顕微法などについて概観する。

講義は、放射光の発生原理、光利用技術一般を、古典電磁気学的に理解することを目標とする。

放射光の主な応用先である固体の分光研究については、基礎的な量子力学、物性物理の知識を持っていることを前提として、放射光利用により得られる情報について概観する。

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Synchrotron light sources cover the wavelength region from infrared to X-ray, therefore it apply to many fields from basic science study to industrial development. In this lecture, generation pricipal of, optics of, and some measurement methods of Synchrotron light will be shown, and the purpose of the lecture is to understand on the basis of classical electromagnetism.

  電子・分光計測学特論 / Advanced Course in Electron and Photon Measurements  

  松枝 宏明, 髙橋 正彦, 秩父 重英, 鳥谷部 祥一  

  工  

   

   

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半導体、金属、磁性体、高分子などの電子状態や発現する機能性を評価するには、各種の分光計測法を用いる必要がある。超格子、多層膜、低次元錯体、有機物質に対するレーザー光、X線、放射光、電子線などを用いた分光計測の最先端を詳述する。

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In order to evaluate the electronic state and the functionality of semiconductors, metals, magnetic materials, polymers, etc., it is necessary to use various spectroscopic measurement methods. In this lecture, we will explain in detail the cutting-edge of spectroscopic measurement using laser light, X-rays, synchrotron radiation, and electron beams on superlattices, multilayer films, low-dimensional complexes, and organic materials.

  量子生命科学概論  

  渡部 浩司  

  医工  

   

  後期 木曜日 4講時 未設定  

・「量子生命科学（Quantum biology）」は、分子の化学的相互作用に立脚した従来の生命観にとらわれず、現代物理学の量子力学にまで基盤を拡張した新しい視点から生命活動全般の根本原理を明らかにしようとする新領域である。そして、「量子生命イメージング（Quantum bio-imaging）」は、量子生命科学を基盤とした技術を用いて生命現象の可視化を目指す新たな研究領域である。量子生命イメージング技術の具体的な例としては、量子センシング技術（ダイヤモンドNVセンター等の量子ナノセンサー）、分子構造解析（超偏極MRI、放射光技術など）、量子イメージング技術（量子状態制御MRI、超偏極MRI、量子もつれによる高分解能光トモグラフィーなど）などが挙げられる。

・この科目では、青葉山キャンパスの「次世代放射光施設」に関する講義とともに量子生命科学/イメージングの基礎について学ぶ。

  光物性学特論Ⅰ / Nonlinear and ultrafast material science  

  岩井 伸一郎, 理学部非常勤講師  

  理  

  後期  

  後期 金曜日 2講時  

光と物質の相互作用において、光の強度が十分に弱い場合、物質の光に対する応答は、光強度には依存しない。太陽光や蛍光灯の下での物質の色や光沢は、このような「線形応答」の枠内で理解できる。しかし、レーザー光のようなの高い電場強度をもつ光に対しては、光電場の二次以上に比例する分極の効果が現れる。本講義では、非線形吸収や高調波発生(第二高調波発生、光整流)などの非線形光学効果の基本的な事項について学習する。さらに、近年のアト秒科学（2023年度ノーベル物理学賞）に至る超短パルスレーザー技術の発展は、光のエネルギーによって物質の温度が上昇する（あるいは熱によって物質は損傷する）遥か以前に、物質に強電場を印加することを可能にした。こうした最先端の光技術によって実現した、”非熱意的な”高エネルギー状態は、物質科学の研究を新たなフェーズに移行させつつある。ここでは、量子物質（超伝導体などの電子の量子効果や量子多体効果が支配する物質）の光・テラヘルツ制御（光誘起相転移、高次高調波発生、光強電場効果）についても紹介する。

In light-matter interactions, the response of a material to light is independent of light intensity if the light intensity is weak. The color and gloss of materials under the sun can be understood within the framework of such a 'linear response'. However, for light with a high electric field intensity, such as laser light, light-induced polarizations are proportional to more than the second order of the optical electric field. In this lecture, the basic topics of non-linear optical effects such as non-linear absorption and harmonic generation (second harmonic generation, optical rectification) will be studied. Furthermore, recent developments in ultrashort pulsed laser technology leading to attosecond science (Nobel Prize in Physics 2023) have made it possible to apply a strong electric field to materials before the temperature of the matter is increased by the energy of light (or the materials is damaged by heat). These 'non-thermal' high-energy states, made possible by state-of-the-art light technology, are moving materials science research into a new phase. Here, the optical (or terahertz field) control of quantum matter (photoinduced phase transitions, higher harmonic generation and photo-intense electric field effects) in quantum matter (matter dominated by quantum effects of electrons and quantum many-body effects, such as superconductors) will also be presented.

  放射光材料解析化学 / Synchrotron X-ray Analysis for Materials Chemistry  

  西堀 麻衣子  

  工  

   

   

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（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。

物質・材料の物性・特性の理解には、それらの「微視・局所」的構造の知見が欠かせない。放射光を用いた可視化・分析技術は、物質や材料の構造や電子・化学状態を詳らかにする重要なツールである。例えば、X線吸収分光法では、着目する任意の X線吸収原子の電子状態や吸収原子近傍の動径構造などの情報を得ることができる。本授業では、放射光X線を用いた各種材料分析法を習得し、放射光分析を用いた物質化学についての実験的研究の理解を深めることができるよう、物質・材料の電子状態・微細構造解析を行うために必要な基礎知識を学ぶ。

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In order to understand the physical properties and characteristics of materials, knowledge of their microscopic and local structures is indispensable.Visualization and analysis techniques using synchrotron radiation are essential tools to elucidate substances and materials' structure and electronic/chemical state. For example, X-ray absorption spectroscopy can provide information on the electronic state of an X-ray absorbing atom of interest and the local structure near the absorbing atom. In this course, we will learn the basic knowledge necessary to analyze materials' electronic state and microstructure to master various material analysis methods using synchrotron radiation and deepen our understanding of experimental research on material chemistry using synchrotron radiation.

  放射光材料解析化学 / Synchrotron X-ray Analysis for Materials Chemistry  

  西堀 麻衣子  

  環境  

   

  前期 金曜日 4講時  

物質・材料の物性・特性の理解には、それらの「微視・局所」的構造の知見が欠かせない。放射光を用いた可視化・分析技術は、物質や材料の構造や電子・化学状態を詳らかにする重要なツールである。例えば、X線吸収分光法では、着目する任意の X線吸収原子の電子状態や吸収原子近傍の動径構造などの情報を得ることができる。本授業では、放射光X線を用いた各種材料分析法を習得し、放射光分析を用いた物質化学についての実験的研究の理解を深めることができるよう、物質・材料の電子状態・微細構造解析を行うために必要な基礎知識を学ぶ。

  凝縮系物理学特論 / Lecture on Condensed Matter Physics  

  佐藤 宇史  

  理  

  後期  

  後期 火曜日 2講時  

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.

  材料分析科学 / Analytical Science for Materials  

  髙橋 幸生  

  工  

   

   

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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

分析技術を駆使して，材料の物性発現のメカニズム解明や物性低下・劣化等の原因究明を行うことで，新材料の設計指針を得ることができる。本講義では，材料分析の基盤となっているX線を用いた分析技術の基礎を学び，その応用についての知識を修得する。

2.概要

最初に、実験室光源、放射光、自由電子レーザなど種々の光源におけるＸ線の発生原理について解説する。次に，Ｘ線の散乱・回折の基礎ならびに構造解析の原理について解説する。さらに，Ｘ線の屈折や吸収などの光学的現象ならびにそれを利用したＸ線イメージング，Ｘ線吸収分光法の原理について解説する。最後に，放射光を用いた先端的分析技術について具体例を挙げて概説する。

3.達成目標等

・本学科の学習・教育到達目標のA、B、C、Dに関する能力を含めて修得する。

・X線を用いた材料分析法の特徴について、X線の発生原理、光学現象から理解する。

・放射光を用いた先端的材料解析技術についての知識を得る。

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https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

1. Purpose

X-rays are short wavelength electromagnetic waves with high penetrating power and are essential probes for the analysis of materials. In this course, students will learn the principle of X-ray generation, optical phenomena of X-rays, and material analysis methods using X-rays.

2. Outline

First, the principles of X-ray generation in various light sources such as laboratory light sources, synchrotron radiation, and free electron lasers will be explained. Next, the fundamentals of X-ray scattering and diffraction and the principles of structural analysis are explained. In addition, optical phenomena such as refraction and absorption of X-rays and the principles of X-ray imaging and X-ray absorption spectroscopy using these phenomena are explained. Finally, advanced analytical techniques using synchrotron radiation will be outlined with specific examples.

3. Objectives

In this class, students are expected to acquire the following skills:

・Acquire skills related to A, B, C, and D of the learning and educational achievement goals of this department.

・Understand the characteristics of materials analysis methods using X-rays from the viewpoint of the principle of X-ray generation and optical phenomena.

・Gain knowledge of advanced material analysis techniques using synchrotron radiation.

In this class, lecture materials and lecture information will be transmitted via Classroom.

The class code is 4ajpbkb.

Please access Classroom and enter the class code.