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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.
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.
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.
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
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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。
材料の機能や特性は、電子の振る舞いや原子配列などのミクロスケールの情報が、メゾスケールにおける原子集団のダイナミクスを通して、マクロなスケールに伝達されることによって発現するマルチスケール現象であり、非線形性が極めて強い。そのためそれぞれの異なるスケールで主要な役割を果たす要素の振る舞いを記述する学理への理解が極めて重要となる。本講義では、ミクロスケールにおける電子や原子の振る舞いを理解するための代表的な計算手法としてHartree-Fock法、Post-Hartree-Fock法、密度汎関数法の基礎について、メゾスケールにおける原子集団のダイナミクスを理解するための代表的な計算手法として分子動力学法とGinzburg-Landau法の基礎について紹介する。さらに、最近注目されているマテリアルインフォマティクス技術の一つであるディープラーニングの基礎についても紹介する。
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Materials functions and properties are multi-scale phenomena and have extremely strong non-linearity because micro-scale information such as electron behaviors and atomic arrangements affects macro-scale functions and properties through the group dynamics of atoms on meso-scale. Therefore, understanding of the scientific principle on the behaviors of principal elements in each scale is significantly important. In this lecture, basic concepts of Hartree-Fock, Post-Hartree-Fock, and DFT methods are given for understanding the behaviors of electrons and atoms on micro-scale. In addition, basic concepts of molecular dynamics and Ginzburg-Landau methods are given for understanding the group dynamics of atoms on meso-scale, Furthermore, basic concepts of deep learning are given for understanding material informatics technologies that have been attracted recently.
電子の多体問題である固体物性を理解するための基本的な概念と手法を紹介する。結晶に対する基本的なハミルトニアンから、いかに物理的な性質が議論できるかを説明したい。第一原理的な手法から多体問題のための手法、さらに超伝導に関する詳細な議論を行う。
The course explains fundamental concepts and theoretical methods for understanding physics of many-body systems in solids. Students will learn how to understand physical properties of solids starting from the general Hamiltonian of crystals. First-principles approaches, many-body approaches and several topics about superconductivity will be introduced.
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学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
※この科目では、必要に応じて、Classroomを使用して講義資料の提供やレポート提出を行います。
※また、状況に応じて、ZoomかGoogle Meetを利用したオンライン講義とする場合もあります。オンライン講義などの詳細についてはClassroomのお知らせに記載します。
１．目的
電子の関係する先端材料の理解と開発には電子論的な知識が必須である。この分野の高学年における高度の専門分野の授業が理解できるための固体物性の基礎知識を修学する。
２．概要
固体中の電子の性質を理解するため，電子の自由電子的振舞い，金属および半導体のバンド構造や電子状態に基づく電気的・光学的性質を解説する。
３．達成目標等
この授業では、主に以下の能力を修得することを目標とする。
・本学科の学習・教育目標のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに関する能力を含めて修得する。
・物性と深い関連を有する電子の基礎的量子現象，物質の電気的性質を理解する。
・専門科目である磁性材料学，界面物性学，電子材料学，セラミックス材料学の理解の助けになる基礎知識を体得する。
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https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)
*In this course, Classroom will be used to provide lecture materials and submit reports as needed.
*Online lectures may also be given via Zoom or Google Meet, depending on the situation. Details on online lectures and other details will be provided in the Classroom announcement.
1. Objective
Electron's property in solid state is essential for understanding and developing advanced materials involving electrons. This course is designed to provide basic knowledge of solid state physics to enable students to understand advanced specialized courses in this field in their senior year.
2. Outline
In order to understand the properties of electrons in solids, the free electron behavior of electrons and the electrical and optical properties of metals and semiconductors based on their band structures and electronic states will be explained.
3. Objectives
In this class, the main objectives are to acquire the following abilities.
To acquire abilities related to A, B, C, and D of the learning and educational objectives of the department.
To understand basic quantum phenomena of electrons and electrical properties of materials, which are closely related to physical properties.
To acquire basic knowledge that will help in understanding the specialized subjects of magnetic materials, interface materials science, electronic materials science, and ceramic materials science.
1．目的
量子力学は、電気、電子、光、スピン、通信デバイスの原理を理解する上で、欠くことのできない重要な基礎である。本講義は、初めて量子力学を学ぶ者を対象とし、その基礎を習得することを目的とする。
2．概要
古典力学から量子力学へ至る、実験を中心とした歴史的な変遷を解説した後、シュレディンガー波動方程式、一次元ポテンシャル問題、トンネル効果を説明する衝突問題、等について学ぶ。
3．達成方法
シュレディンガー波動方程式、一次元ポテンシャル問題、等を、講義、レポート、演習、復習を通して、正しく理解する。
1. Objectives
Quantum mechanics is an essential foundation for understanding the principles of electricity, electronics, light, spin, and communication devices. This course aims to provide beginners with a solid understanding of the fundamentals of quantum mechanics.
2. Overview
Beginning with a historical overview of the transition from classical mechanics to quantum mechanics, focusing on experimental evidence, the course will then cover topics such as the Schrödinger wave equation, one-dimensional potential problems, and collision problems explaining phenomena like the tunneling effect.
3. Achievement Methods
Through lectures, assignments, exercises, and reviews, students will gain a thorough understanding of topics including the Schrödinger wave equation, one-dimensional potential problems, and others.
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。
本講義の目的は、原子・分子の電子状態および光や荷電粒子との相互作用を取扱う量子論的手法を紹介することにある。多数の荷電粒子からなる系の取り扱いについて解説した後、光と物質との相互作用や散乱理論について論じる。基礎理論を理解するとともに、分析で用いられる様々な分光学的実験手法との関係に留意しながら学習する。原子・分子および光と物質との相互作用を記述する基本手法の習得が達成目標である。
授業方法等はGoogle Classroom（クラスコード: mh7c55t）で通知。
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")
The purpose of this course is to introduce quantum-mechanical methods to describe many-electron systems and their interaction with light. Based on the methods, we discuss the electronic structures of atoms and molecules, and learn photo absorption, emission, and scattering phenomena, together with various spectroscopic methods. Students are expected to obtain the principles of methods to describe atoms, molecules, and their interaction with photons.
The Class format will be announced in Google Classroom (class code: mh7c55t).