| 授業名 | 物性化学特論（物性科学特論）(99FA026) | 授業名（英） | Advanced Lectures on Materials Science |
| 教員名 | 井口 眞,星 肇 | ||
| 開講年度学期 | 2024年度 後期 | ||
| 曜日時限 | 火曜1限 | ||
| 開講学科 | 大学院 工学研究科工学専攻 | ||
| 単位 | 2.0 | 学年 | 修士課程1・2年 |
| 区分 | 物質科学 講義・演習 | 課程 | 選択必修 |
| 概要 | Solid State Physics and Chemistry Materials Science 物性論とは、物質の性質を論ずることを目的とする物理、化学の一分野である。世の中の物質は、生体物質も含めて、すべて原子によって形作られているが、その性質は原子を構成している電子と原子核が量子力学の法則に支配されていることで説明できる。本講義では、固体結晶を対象として、物質の凝集メカニズム、格子振動と格子比熱、自由電子論、バンド理論、半導体の電気伝導について解説する。 |
| 達成目標 | 物質のもっている光学的・電気的・熱的な性質を、物質を構成する原子・分子、電子の性質・状態にまで立ち入って考えることができ、そして一つの共通した考え方で物質を理解することのできる専門知識を習得して応用できる能力。 |
| 学習教育目標 | (1) 化学結合（共有結合、イオン結合、金属結合、分子間相互作用）を理解する。 (2) 比熱のモデルDulong Petit, Einstein, Debyeを導出し、理解する。 (3) 格子振動、熱伝導を理解する。1次元結晶の分散関係：音響モード、光学モード (4) 自由電子論を理解する。 (5) フェルミ面と電気伝導体の異方性（次元性）の関係を理解する。 (6)バンドの考え方を理解する。 (7) 強結合近似の基礎を理解する。 |
| 成績評価方法 | 試験 ： 80点 レポート ： 20点 演習・小問 ： 参加姿勢 ： ・S：90～100点（合格）A：80～89点(合格）、B：70～79点(合格）、C：60～69点(合格）、D（不合格）：59点以下 ・再試験は行わない。 レポートは各5点満点で採点し、すべての合計点を20点に換算する。 評価基準などは次の通りである。 ・正しく解答しており、極めて良く書けている：5点（配点の100%） ・正しく解答しており、良く書けている：4.5点(配点の90%) ・正しく解答しており、普通に書けている：4点（配点の80%） ・解答に軽微な誤りがあるが、課題の内容は理解している：3点（配点の60%) ・解答に誤りがあり、再提出が必要である：2点または1点 ・未提出：0 点。提出が遅れた場合はその程度により3点～1点満点で採点する。 ・再提出の指示により正しく修正した場合には、始めの採点に1点を加点することがある。 |
| 教科書 | |
| 参考書 | 「大学院講義物理化学Ⅲ」固体の化学と物性] 阿波賀、小谷、横山編（東京化学同人） 「物性論」黒沢達美著（裳華房） 「固体物理学入門」C. Kittel著/宇野良清ほか訳 (丸善） 「応用物性論」青木昌治著（朝倉書店） 「固体物理の基礎（下・1)」アシュクロフト・マーミン著/松原武生ほか訳（吉岡書店） 「物理化学（下）」マッカーリ、サイモン著/千原ほか訳（東京化学同人） |
| 履修上の注意 | ・レポートは決められた期日までに提出すること。（星，井口 各10点） ・前半(星)と後半(井口)にそれぞれ試験（各40点）を行います。 |
| 授業計画 | [物性科学・固体物性論]---------------------------------------------- 1回 Introduction for Materials Science and Solid State Physics 物性科学・固体物性論：「物性科学特論」の講義内容を説明し、固体・結晶を対象とした研究例を 示しながら、固体物性論（固体物理学）の考え方を解説する。 [授業外学習の指示] 予習と復習「固体の構造と物性の関連を例を挙げて説明する。」 2回 General Considerations about Chemical Bonding in Crystals Ionic Bond, Covalent Bond, Metallic Bonding, Molecular Bonding /Van der Waals Forces 結合力と凝集機構：多様な結晶をイオン結晶、共有結合結晶、金属結晶、分子結晶に分類する。 結合様式はイオン結合、共有結合、金属結合、分子間力に大別されるが、実際の結晶の結合力は 一つの様式だけではなく複数の性質をもっていることを理解する。また、固体の物性には、 結晶内での原子・分子の配列様式や運動と電子の挙動が関係していることを説明する。 [授業外学習の指示] 予習と復習「4種の化学結合を確認する」 [格子振動と結晶の熱的性質 ]---------------------------------------- 3回 Lattice Vibration and Thermal Properties (1) Vibration Energy 振動エネルギー 量子化学を基礎として、振動エネルギーを解説する。 [授業外学習の指示] 予習と復習 4回 Lattice Vibration and Thermal Properties (2) Basic Theory of Heat Capacity 比熱の基礎理論 比熱の理論に必要となる統計力学を解説する。 [授業外学習の指示] 予習と復習 5回 Lattice Vibration and Thermal Properties (3) Heat Capacity of Molecules 分子の比熱 分子の比熱理論を解説する。 [授業外学習の指示] 予習と復習 6回 Lattice Vibration and Thermal Properties (4) Mechanics of Lattice Vibration 格子振動の力学 固体の格子振動を解説する。 [授業外学習の指示] 予習と復習 7回 Lattice Vibration and Thermal Properties (5) Heat Capacity of Solid 固体の比熱 固体の比熱理論を解説する。 [授業外学習の指示] 予習と復習 8回 Lattice Vibration and Thermal Properties (6) Debye theory デバイ理論 固体の比熱理論、特にデバイ理論を解説する。 [授業外学習の指示] 予習と復習 9回 Lattice Vibration and Thermal Properties (7) Examination 試験 (Lattice Vibration and Thermal Properties) [授業外学習の指示] 復習 10回 Eletrons in Metals 金属の電子構造 Free Electrom model 自由電子論(1) Durde Theory 金属の電子構造を自由電子論で扱う。その概要を解説する。 11回 Free Electrom model 自由電子論(2) 状態密度Density of states フェルミ-ディラック統計Fermi-Dirac statistics 有限温度における自由電子気体の振る舞いをフェルミ-ディラック分布関数を用いて記述する。 12回 Electronic band structures バンド構造(1) (1) Nearly free electron model:準自由電子モデル (2) Kronig-Penney model:クローニッヒ・ペニーのモデル 結晶内の電子は周期的なポテンシャルによってエネルギーギャップを生じ、その振る舞いを バンド構造によって記述する。ポテンシャル内の自由電子からバンド構造を説明する。 13回 Electronic band structures バンド構造(2) (3) Tight-binding approximation:強結合近似 電子は各原子に属するとして結晶全体を１つの分子と見なして分子軌道法を用いて 電子の振る舞いを記述し、バンド構造を解説する。 14回 Dimensionality and Fermi surface 伝導体の次数とフェルミ面 伝導体の次元性とフェルミ面の形の関係を解説する。 15回 quasi-one-dimensional organic conductor 擬一次元有機伝導体 TTF-TCNQ Peierls transitionパイエルス転移 有機伝導体TTF-TCNQは有機金属としての特性を示した最初の物質である。その電気伝導度の 低温での挙動などの物性を擬一次元性－低次元性－から解説する。 16回 Examination 試験 |
| 注意 |