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分子の材料応用は目覚ましく発展し、有機太陽電池や電子デバイス材料などが注目されているが、さらにスピン自由度を用いた情報処理を目指す量子コンピューターの中心部分での利用が検討されている。基本として従来注目されなかった分子およびその集合体の電気伝導の正しい理解は基礎化学にも重要なテーマである。さらに、分子スピンの精密な測定とその利用による、量子情報処理はどのように発展するのか、本講義では物理化学的基礎に基づき分子の電子・スピン輸送現象、スピン情報の読み出し・書き込みの理解を通して、盛んに議論される量子コンピューターの基礎と最近の研究成果に関して概説する。
There is a rising interest for the application of molecules into 'material', which includes the electronic applications like as organic solar cells. Further the application into the advanced quantum information process (QIP) using the spin degree of freedom of the molecules. In order to understand these phenomena, it is critical to master the physical chemistry of the mechanism of the conductance through the molecule. We will discuss the how the precise measurement and control of the molecule spin contributes to the progress of QIP. In the lecture we will learn the transfer of the electron and spin through molecule, how to encode/decode spin information of the molecule, and the basics of the algorithm of the QIP.
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.
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.
学部前半で学ぶ物理の基礎階段を上ってたどり着いた固体物理の名の扉を開けると、そこには物性物理、材料科学、ナノサイエンスの広大な地平が開けている。本講義では、金研と多元研で行われている最先端の研究を教員が1週1話形式でわかりやすく紹介し、今後の学習と研究のためのモチベーションを学生が持てるようにするのが目的である。
The knowledge and courses which have been taken in the undergraduate course should be extended for the researches in the 4th year under graduate course in each laboratory and in the graduate course. Such extension is spreading over varieties of fields in physics such as fundamental condensed matter physics, material science and nano-science. This lecture will guide you to overview the present status of the most advanced researches in the well-known research institutes, IMR and IMRAM. The lecturers from the IMR and IMRAM will give a topical review for some topics. It will help to students to make a map for their research life.
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
「化学の基礎」としての物理化学と化学反応の基礎を、演習を通して習得する。
２．概要
構造論（量子化学、化学結合論）、物性論（有機分子，気体）、平衡論（熱力学、溶液化学、状態変化）ならびに反応（速度論，有機反応）に関する問題演習を行う。
３．達成目標等
演習を通じて、基礎の習得とその確認を行い、さらに応用につながるような知識を身につける。
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
Learn the basics of physical chemistry and chemical reactions through exercises.
2. Overview
Exercises on structural theory (quantum chemistry, chemical bond theory), physical property theory (organic molecules, gases), equilibrium theory (thermodynamics, solution chemistry, change of state) and reactions (kinetics, organic reactions).
3. Goals
Through exercises, students will learn and confirm the fundamentals and acquire knowledge that will lead to further application.
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、新しい医薬品の開発や化学反応の発見にもつながる。この授業では、原子の構造の説明から始め、簡単な分子における化学結合の成り立ちについて解説する。
Chemistry is the study of materials. Understanding the structure and properties of atoms and molecules, which are the basic units that make up materials, will lead to the development of new medicines and the discovery of chemical reactions, in addition to understanding the nature of the materials themselves. In this class, we will begin with an explanation of the structure of atoms and explain how chemical bonds are formed in simple molecules.
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.