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物性物理学2

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科目ナンバリング
  • G-ENG06 7V205 LB71
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・博士
対象学生 大学院生
使用言語 日本語
曜時限 水2
教員
  • 鈴木 基史(工学研究科 教授)
  • 中嶋 薫(工学研究科 准教授)
授業の概要・目的 C. Kittel著"Introduction to Solid State Physics"の7章以降の輪読を通して、物性物理学の基礎を学ぶ。具体的には、結晶内電子の状態をブロッホの定理をもとに論じて、バンド構造を理解する。これをもとに半導体の電気的性質について考察し、ホールや有効質量などの諸概念について学ぶ。また、金属のフェルミ面について論じ、金属の主な物理的性質を理解する。さらに、超伝導現象について実験事実と現象論的理論およびBCS理論についても学ぶ。
到達目標 金属および半導体の物理学の基礎を習得する。
授業計画と内容 第1回 自由電子に近い電子モデル
  自由電子に近い電子モデルを学ぶ。
第2回 ブロッホの定理
  ブロッホの定理を学んで、クローニッヒ・ペニーのモデルを用いてエネルギー・ギャップが生じることを理解する。
第3回-4回 エネルギーバンド
結晶のエネルギーバンドを、ブロッホの定理をもとに2波近似を用いて考察する。
第5回-8回 半導体
  半導体のエネルギーバンド構造をもとに、ホールの概念を理解したのち、半導体中の電子およびホールの従う運動方程式を考察して、有効質量の概念を学ぶ。次に半導体中の電子およびホールの統計力学をもとにキャリヤー濃度を求める。さらに、移動度、不純物伝導、熱電効果、超格子内の電子の運動等について学ぶ。
第9回-11回 金属
  金属の電気的性質の多くはフェルミ面により決定されることを理解したのち、自由電子に近い電子に対するフェルミ面の構成方法を学ぶ。さらに、強束縛近似、ウィグナー・サイツの方法、擬ポテンシャル法等を用いてエネルギーバンドを計算する方法を学ぶ。また、磁場中における電子軌道の量子化について考察し、ド・ハース・アルフェン効果によりフェルミ面を調べる方法を学ぶ。
第12回-14回 超伝導
  超伝導現象の実験事実を学び、超伝導の現象論について考察し、ロンドン方程式を導く。これをもとに、ロンドンの侵入深さやコヒーレンス長さを論じる。さらに、BCS理論の簡単な説明を行い、磁束の量子化、やジョセフソン効果について学ぶ。
第15回 フィードバック
  最終目標に対する達成の度合いを確認する.必要に応じて復習を行う.
成績評価の方法・観点 分担部分の発表、議論への参加状況により評価を行う。
履修要件 C. Kittel著"Introduction to Solid State Physics"の1章-6章程度の知識を有することが望ましい。
授業外学習(予習・復習)等 輪講形式の授業なので,予習・復習は必須である.
教科書
  • Introduction to Solid State Physics, C. Kittel, (Wiley), ISBN:978-0471415268
  • キッテル 固体物理学入門 第8版, チャールズ キッテル, (978-4621076569),