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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。
結晶の対称性、対称操作とその表現、点群と空間群の基本概念、結晶構造と物性の関連、磁気空間群、二次元空間群、固体表面と薄膜の基礎、表面構造解析法について学ぶ。
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")
Crystallography of 3D crystals and magnetic crystals / surface physics and analyses of surface structures. Topics: Crystal symmetry and space group; rotation groups and their representation matrixes; basis function in a symmetric potential field; magnetic structures and their symmetry operations;
結晶およびその表面の持つ対称性と構造と物性の関係を理解し，回折・分光実験からどのようにこれらの情報が得られるかを学んでもらう.特にX 線・中性子・電子線を用いた回折・分光実験について詳細に講義し，物質の静的構造と相転移現象がどのように観測できるかを理解して もらう.この分野に関するトピックスも紹介し，広く構造・物性に関して興味を持ってもらう.
Purpose of this lecture is to learn about the relation between crystal symmetry, structure, and physical properties of materials and surfaces. To understand how to observe static as well as dynamic properties (especially phase transisions) of materials, the details about Diffractometry and Spectroscopy using x-ray, neutron, and electron will be explained in detail. Topics related to these fields will also be introduced.
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最近の材料に利用されている多様な機能性の解明とその制御のためには、固体中の電子の挙動とそれに関する固体物理の基礎を理解することが必須である。固体中で電子、フォノン、フォトンが生み出す機能性について熱伝導現象、磁性および群論(結晶対称性)や物性テンソルなどを題材として紹介しながら固体物理学の基礎を学ぶ。
本授業は原則英語により行う。
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Solid state physics is getting important to understand the relation between various functionalities and materials. Especially, electron, phonon and photon play important to create new functionalities. In this course, students can deepen their understanding of fundamental solid state physics through various examples such as electrons, phonons, and photons in solids, including thermal conduction phenomena, magnetism, group theory (crystal symmetry), and the tensor of physical properties, as well as the fundamentals of solid state physics.
In principle, this class will be conducted in English.
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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
無機物質を中心とした固体に関し、化学結合論、結晶構造、電子構造等の知識に基づいて、電気的、磁気的、光学的性質など、物性との相関を理解する。
２．概要
機能性無機固体に関し、形態に応じた様々な合成法を学ぶとともに、結晶構造と諸物性を基礎的かつ体系的に把握する。
３．達成目標等
・無機固体の機能発現の機構が説明できること。
・新しい機能材料の設計の指針が提案できること。
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In this course, students will understand the origin of functionality of inorganic solid materials based on the knowledge of chemical bonding, crystal structure, and electronic structure of the materials.
Students will learn about various preparative methods for solid materials and the systematic interpretation of physical properties in the view point of structural aspect.
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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：結晶学の初歩を学び、結晶解析法を理解する。
２．概要：結晶の成り立ちや対称操作について学び、３２種類の結晶点群を理解する。初歩的な空間群を理解し、結晶学パラメータに基づいて回折強度を計算する方法を学ぶ。
３．達成目標：対称操作を理解する。ステレオ投影を利用して結晶の方位を理解する。与えられた結晶学データから回折強度を計算できる。
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This course covers basics of crystallography, i.e., symmetry elements, point groups and space groups. After several lessons, students understand diffraction theory and how to refine crystal structure using Rietveld method.
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前半では磁性体に固有のギガヘルツ帯の高周波磁気物性、後半では磁性体の光学的特性やフェムト秒領域のスピン動力学について講義する。それらの磁気・スピン物性に関わる物理概念を直観的かつ数学的に理解できるようにする。また、それら物性を応用した実用素子の原理、実用磁性材料についての理解を深める。
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The first half of this course is the lectures on radio-frequency (rf) magnetic property. The latter half is the lectures on optical properties and spin dynamics on an ultrafast timescale. These lectures are aimed to be able to intuitively and mathematically understand relevant physical concepts. Several rf magnetic devices and magneto-optical devices will be also described to understand the principles of the devices and practical magnetic materials used therein.
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.
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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
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。
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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.
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本授業は，金属材料研究所 杉山によって開講される．授業は，大きく4つのパーツに分かれ，それぞれのキーワードは，対称性，回折強度，結晶構造解析の詳細，先端量子ビーム利用である．
第１部：結晶構造の対称性をキーワードに，結晶のヒエラルキーを学習する．
第２部：周期的な原子配列からのＸ線の干渉現象を理解し，ブラベ格子，単位胞中の原子配列，散乱体の大きさという要因が回折パターンに及ぼす効果を，逆格子，構造因子，形状因子という観点から学習する．
第３部：単結晶構造解析から得られたデータの議論に関するトピックスを，第１部あるいは第２部で学習した項目に沿って学習する．
第４部:物質科学領域では，シンクロトロン放射光源を用いた解析が汎用されている．本専攻の授業にはこれに該当するものがいくつかあるが，放射光X線を用いた単結晶構造解析にターゲットをしぼってその最先端を学習する．
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This course will be given by Prof. Sugiyama of Institute for Materials Research. The course is divided into four major parts, each with the following keywords: symmetry, diffraction intensity, details of crystal structure analysis, and advanced quantum beam applications.
Part 1: The hierarchy of crystals is studied, with symmetry of crystal structures as the key word.
Part 2: Understanding the phenomenon of X-ray interference from periodic atomic arrangements, the effects of factors such as the Bravais lattice, atomic arrangement in the unit cell, and the size of the scatterer on the diffraction pattern are studied in terms of reciprocal lattice, structure factor, and shape factor.
Part 3: Topics related to the discussion of data obtained from single crystal structure analysis, following the topics studied in Parts 1 or 2.
Part 4: In the field of materials science, analysis using synchrotron radiation sources is widely used. There are several courses in this department, but we will focus on diffraction method using synchrotron radiation and study the state-of-the-art of this field.
π電子系として知られる分子性物質は，d電子系，f電子系である無機化合物と並んで固体電子物性の標準的な研究対象として認識されている．その基礎として，しばしば100 個を超える原子が単位胞に存在する結晶構造の複雑さとは裏腹に，出発点となる電子構造が簡単な強束縛近似で表され単純である．一方で，強相関電子系としての強い電子間相互作用や電子－格子相互作用の効果が合わさることで多様な電子物性や磁気的性質が出現する．本授業では，分子が構成要素となった固体である分子性物質，とくに電気伝導性を示す分子性導体を既習の固体電子論のモデル物質として取り上げ，その電子物性と関連する磁性現象について学び，理解を深める．さらにいくつかの研究トピックスを紹介し，その物理的な意味と重要性を学ぶ．
なお2023年度開講の磁気物理学特論－分子性物質の電子的・磁気的物性－と重複する内容を含むため，2023年度磁気物理学特論受講者は履修においては留意すること．
This course covers the electronic and magnetic properties with strongly correlated nature in the molecular materials. A series of molecular conductors is regarded as one of the strongly correlated electrons system. This course provides an overview of the electronic and magnetic properties observed in molecular materials as a model system in the text book of the solid state physics. Based on the general consideration studied in the first half of the course, several research topics on the intriguing electronic and magnetic phenomena which are actively studied at present are explained for understanding the physical meaning and importance in the condensed matter physics.
Note that this course in 2024 includes overlaps with Advanced Magnetic Physics -Electronic and Magnetic Properties of Molecular Materials-, which will be offered in 2023, so students taking Advanced Magnetic Physics in 2023 should be aware of this.