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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。
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。
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 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.
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.
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.
光の電磁波としての性質（振幅、周波数、位相、偏光）とその記述法と、光が物質に入射した際の干渉、回折、反射、屈折の原理を理解する。また、“色”の起源である「光と物質（絶縁体、金属、磁性体）の相互作用」の基礎を理解する。その応用として発光ダイオード、レーザー、光周波数コムなどの先端光デバイスについても学ぶ。
Fundamental properties of light (amplitude, frequency, initial phase, polarization) as a electromagnetic wave and the principle of optics (reflection, refraction, interference, diffraction) will be introduced. In the latter part, light-matter (metal, insulator, magnet) interactions will be learned as an origin of color of materials. Moreover, optical devices (Light Emitting Diod, Laser, Optical frequency Comb) wlll be also discussed.
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強磁性体はナノサイズのメモリ素子からモーターなどの巨視的スケールにわたるまで幅広いサイズ領域で応用されており，また動作時間もサブナノ秒から秒単位にわたっている．本講義では，まず強磁性の基礎，磁気物性の説明からスタートし，さまざまな磁気デバイス動作の理解に不可欠な磁化過程，スピンダイナミクスについてについて実例も交えながら説明する．
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Ferromagnetic material is widely utilized in various fields from nanoscale spintronic devices to macroscopic scale such as electromagnetic motors. Moreover, their operation speeds also spread from sub-nano second to few seconds. This course starts from the basis of ferromagnetics and related physics, various topics such as magnetization reversal process, spin dynamics, and important materials for practical applications will be covered.
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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
現代社会で用いられている固体材料における様々な機能の発現メカニズムについて学び，その機能を発現，安定化，向上させる材料組成・組織制御技術に関する知識を得る．
２．概要
原子結合や組成，微細組織の制御に基づく材料機能の発現メカニズムを学び，構造材料，電子材料，光学材料，磁性材料，エネルギー変換材料，等の機能支配因子について論ずる．また，材料機能に深く関連する結晶構造，材料組成，微細組織等の観察・測定方法について学ぶ．
３．達成目標等
材料の各種機能の発現メカニズム，および，社会で使用されている各種機能材料に関する基礎知識を習得する．
４．本講義は，Google Classroomを利用する場合がある．その場合のクラスコードは「d7o7nce」である．
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. Object
This lecture offers an opportunity to understand the origins of various physical and chemical functions of materials, which are necessary for the development of devices and equipment. The lecture will also focus on how to control and optimize the material functions for practical applications.
2. Summary
This lecture will discuss the relationship between atomic bonding/alignment in materials and various properties such as mechanical, thermal, electronic, optical, ionic, magnetic, and electrochemical properties. The operating principles of characterization techniques of morphology, structure, crystal structure, elemental composition, which are closely related to material functions, will be also lectured.
3. Goal
Students will understand the basic concepts of material functions and how to control them for practical applications.
4. Other
This lecture may be held with Google Classroom (class code : d7o7nce).
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前半は、磁性物理学とスピントロニクスの基礎に関する講義をする。特に種々の磁気に係わる物性に関して、実験的な観点から概説するとともに、その現象論的な取扱いに関して講義する。また、本講義後半では、強磁性体/非磁性体/強磁性体または強磁性体/絶縁体/強磁性体トンネル接合素子における磁気伝導特性、および、その特性と界面状態との関係について講義する。
授業は Google Classroomを使います。利用するときに「クラスコード」が必要です。後日お伝えします。
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In the first half of the lecture, we will give a lecture on the basics of magnetism and spintronics. In particular, we will outline various physical properties related to magnetism from experimental points of view, and give a lecture on their phenomenological treatment. In the latter half of the lecture, we will give a lecture on the spin-dependent tranport in ferromagnet/non-magnet/ferromagnet devices or ferromagnet/insulator/ferromagnet tunnel junctions and the relationship between their physical properties and the interface state.You need "Class code" for Google Classroom. We will tell you the code later.
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モーターや発電機など、磁性体は人類の生活に欠かすことができない材料である。磁性体がナノサイズとなることにより、その機能が広がり、磁気記録や磁界のセンシングなど幅広い用途に活用されている。近年では、ナノ磁性体における磁気弾性効果が力学量の高感度なセンシングに有効であることも見いだされ、ナノ磁性体とメカニクスとのつながりも重要視されつつある。講義では、適宜演習等も交えながら、磁性体の種類と性質や、その基礎的な材料特性を理解し、ナノ磁性体を舞台とした学問領域であるスピントロニクス物理現象や応用例に関する幅広い知識の習得を目指す。本講義は演習を交えた対面形式で実施する。
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Magnetic materials are essential to human life, such as motors and electrical generators. As magnetic materials become nanoscale, their functionality expands and they are widely used in applications such as magnetic recording and magnetic field sensing. In recent years, magneto-elastic effects in nanomagnets have been found efficient for sensitive sensing of mechanical motions, and the connection between nanomagnets and mechanics is attracting attention. In this lecture, students will learn the fundamental properties of magnetic materials and their characteristics, and gain a broad knowledge of physical phenomena and applications in spintronics, a field of study in which nanomagnets are used for research and development. This lecture will be given in a face-to-face style with some exercises.
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1. 目的
本講義では、電子の電荷とスピン、及びそれらの状態の量子性を制御する素子を扱う。特に、学部教育に於いて学んだ物理(電磁気学、量子力学)にもとづき、電荷とスピンの二つの自由度を活用するスピン機能素子の動作原理とその応用について学ぶ。加えて、電子や光の量子状態を制御する量子機能素子とその応用を理解するために必要な基礎過程を学ぶ。これらの素子を実例に、次世代集積回路や量子コンピュータへの応用に向けた知識を習得する。
2. 概要
半導体・金属磁性体の材料物性、これらの積層構造・微細構造中のスピン輸送ダイナミクス、量子力学的コヒーレントダイナミクス等の基礎過程、それらを応用した機能素子について基礎から講義する。
3 達成目標等
スピントロニクスや量子エレクトロニクスの基礎過程とそれらを利用したスピン機能素子及び量子機能素子の動作原理について理解する。
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授業にはGoogle Classroomを利用（oohsbc6）
1. Object
By utilizing two degrees of electrons, charge and spin, in solid state materials simultaneously, new functional devices can be developed. This research area is referred to as spintronics. In order to understand operational principles of spintronics devices for integrated circuits and quantum computers, the fundamental spin-related phenomena in various materials will be presented.
2. Description
The lecture covers spin properties of semiconductor and metallic magnets, spin transport and spin dynamics in semiconductor- and metal-based structures, as well as the basic of spintronics device operation.
3. Goal
Understand the basic spin-related phenomena in solid state physics and their application to the spintronics devices.
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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
光物理・光ナノサイエンスの基礎（光の本質・特徴、光と物質の相互作用など）を学び、さらに、それらの知識を活かして光学物性の応用に対する理解を深める。
２．概要
電磁波としての光、光と物質の相互作用（古典論、量子論）、レーザーや光ファイバの物理、各種固体材料と光学物性について講義する。また、固体の構造・対称性に由来する非線形光学特性や光波を制御する機能性、光学計測、光学機器、光学デバイスについて解説する。
３．達成目標等
・光の特性、性質を理解する。
・光と物質の相互作用を、電磁気学、量子力学、物性物理学により理解する。
・光学材料、光学計測、光学機器、光学デバイスを理解する。
授業は資料配布により行います。受講希望者は、fujiwara@laser.apph.tohoku.ac.jpまでメールしてください。
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https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)
The Optical Physics and Photonic Engineering course offers fundamental subjects of optical matters in solids and recent application for photonic engineering. All students expect to understand and consider the related physics, materials, and devices.