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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.
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
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。
The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
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https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)
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.
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.
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
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.
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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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https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)
The purpose of this course is to understand the content of "Solid State Physics A・B" deeply by taking fundamental exercises.
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.
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
電子工学と関連する固体物理学の基礎知識修得を目標とする。
2. 概要
結晶構造、結晶の結合力と種類、格子振動、固体の熱的性質、金属の自由電子論、結晶中の電子の運動、磁性体、等について講義する。また、講義内容の理解を深めるために、適宜演習を行う。
3. 達成目標
この授業では固体物理学の基礎を理解し、説明することができること及び種々の理論を実際の解析に用いられるようになることを目標とする。
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. Objective
This course provides students with basic knowledge about solid state physics related with electronic engineering.
2. Outline
In this course, the lecturer explains about crystal structure, variety of crystal bonding force, lattice vibration, free electron theory of metal, movement of an electron in the crystal. Exercises will be held accordingly to deepen understanding of the lecture.
3. Goal
The purpose of this course is to help students understand and explain solid state physics and use various theories in the practical analysis.
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.