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現在位置: ホーム ja シラバス(2020年度) 工学研究科 電子工学専攻 電気伝導

電気伝導

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科目ナンバリング
  • G-ENG11 5C851 LJ72
開講年度・開講期 2020・前期
単位数 2 単位
授業形態 講義
配当学年 修士1回生
対象学生 大学院生
使用言語 日本語
曜時限 水2
教員
  • 掛谷 一弘(工学研究科 准教授)
  • 土井 俊哉(エネルギー科学研究科 教授)
授業の概要・目的 固体(特に金属・半導体・超伝導体)における電気伝導について古典論から量子論にわたって説明します。 固体中の電子の振る舞いと、電気伝導を理解するのに重要な概念である格子振動(フォノン)、 電子-フォノンの相互作用を論じます。 主にバンド理論による電気伝導を理解し、超伝導など強相関伝導現象の現象論を知ることを目標とします。
到達目標 1. 伝導電子とイオンおよび原子核の相互作用を取り入れたモデルにより電気伝導を理解し、半導体や金属における電気伝導現象を量子力学を用いて説明できるようになる。
2. 超伝導物質および超伝導現象について系統的な知識を得て、それらを説明する理論を知る。
3. 本格的な固体物理の教科書、特に磁性や超伝導のテキストが読めるようになる。
授業計画と内容 授業計画と内容
(1) 格子・逆格子 【2週】:
固体内部の電子の性質を理解する上での基礎的事項の1つである格子と逆格子について説明する。

(2) 量子力学の基礎と水素原子モデル【2週】:
量子力学を簡単に復習し、水素原子および水素以外の原子中の電子の状態(エネルギー、空間分布など)について説明する。

(3) 自由電子フェルミ気体【3週】:
理想フェルミ気体としての自由電子模型を説明する。そして、 金属の電気伝導、電子比熱、ホール効果について概説する。

(4) エネルギーバンド 【2週】:
固体結晶中の電子のエネルギーがバンド構造をとることを導き、導電体、半導体、絶縁体のバンド構造と電気伝導について説明する。

(5) 電子・フォノン相互作用, 金属・半導体の電気伝導【2週】:
格子振動が 量子化されたフォノンの状態密度を求め、格子比熱を導く。 フォノン散乱、電子電子散乱について説明する。これをもとに、金属における抵抗率の温度依存性 と低温でのブロッホ・グリュナイゼンの法則について説明する。半導体における電気伝導、特に散乱・ホッピング伝導について説明する。

(6) 超伝導【3週】:
超伝導現象について、ロンドン方程式を用いて、マイスナー効果などを説明する。ギンツブルグランダウ理論について概説し、秩序パラメターを導入する。超伝導で重要な位相と ベクトルポテンシャルの関係およびジョセフソン効果について説明する。第二種超伝導体における磁束量子化についても説明する。

(7)フィードバック授業【1週】:
学習内容を小テスト、期末試験の講評などで確認する。
成績評価の方法・観点 試験およびレポート
履修要件 電磁気学、統計物理学、物性デバイス基礎論 を受講しておくことが望ましい。
授業外学習(予習・復習)等 授業に臨むまでに、当該部分の予習をしておくことが好ましい。
教科書
  • Introduction to Solid State Physics, 8th ed, C. Kittel, (Wiley ),
  • 固体物理学入門 第8版 上下, キッテル , (丸善),
参考書等
  • 電子伝導の物理, 田沼静一, (裳華房),
  • 電気伝導, 阿部龍蔵, (培風館),
  • Solid State Physics , Ashcroft-Mermin,
  • 固体物性と電気伝導, 鈴木実, (森北出版),
  • 初歩から学ぶ固体物理学, 矢口裕之, (講談社), ISBN: ISBN:4061532944