授業の目的 【日本語】
Goals of the Course(JPN) | | | 現代と未来の最先端科学技術を支えるマテリアル，特に電子材料・磁性材料・超伝導材料・光学材料などの新しい材料・デバイスを開発するためには，電子やスピンといったミクロな視点から物質の性質を理解する必要がある．ここでは，結晶物理学において学んだ，原子が規則正しく配列した結晶を基礎として，材料の電気的性質に関わる原子やイオンの結合の種類と特徴を理解する．さらに，材料の熱的な性質や光学的な性質に関わる格子振動とフォノンについて，統計力学の基礎とともに学ぶことで新電子材料の開発・製造のために必要な基礎知識を身につける．なお，本講義は２年生後期および３年生後期に学ぶ「マテリアル固体物理２及び演習」および「固体物理演習」を理解する上で必修の講義であり，固体中の電子を含む量子力学全般の取り扱いを学ぶ「マテリアル量子工学」および「マテリアル量子化学」と相補的な講義である． |
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授業の目的 【英語】
Goals of the Course | | | To develop new materials supporting modern science technology, understanding of microscopic properties of electrons and/or spins in solid is essentially important. In this lecture, we study variety of the crystal binding which is related to the electronic properties of materials. Furthermore, we study about crystal vibrations and phonons with introduction of statistical mechanics which are related to the thermodynamic and optical properties of materials. |
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到達目標 【日本語】
Objectives of the Course(JPN)) | | この授業では，受講者が授業終了時に，以下の知識・能力を身につけていることを目標とする。
１．原子やイオンの結合の種類と特徴を理解し，説明できる．
２．フェルミ粒子・ボーズ粒子について理解し，説明できる．
３．統計力学の基礎であるFermi-Dirac統計およびBose-Einstein統計について理解し，説明できる．
４．自由電子モデルの基礎について理解し，説明できる．
５．格子振動（フォノン）について理解し，説明できる． |
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到達目標 【英語】
Objectives of the Course | | In this class, the goal is for the students to obtain the following knowledge and skills at the end of the class.
1. Understand and explain the types and characteristics of atomic and ionic bonds.
2. Understand and explain fermions and bosons.
3. Understand and explain Fermi-Dirac statistics and Bose-Einstein statistics, which are the basis of statistical mechanics.
4. Understand and explain the basics of the free electron model.
5. Understand and explain lattice vibrations (phonons). |
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バックグラウンドとなる科目【日本語】
Prerequisite Subjects | | | 結晶物理学，微分積分学I・II，線形代数学I・II，化学基礎I・II |
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バックグラウンドとなる科目【英語】
Prerequisite Subjects | | | Crystal Physics, Calculus I, II, Linear Algebra I, II, Basic Chemistry I, II |
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授業の内容【日本語】
Course Content | | ○ 固体における結合
➢ 共有結合
➢ イオン結合
➢ 金属結合
➢ ファン・デル・ワールス結合
➢ 水素結合
○ 統計力学の基礎
➢ フェルミ粒子とボーズ粒子
➢ グランドカノニカル分布
➢ フェルミ分布
➢ ボーズ分布
○ 自由電子モデル
➢ 状態密度
➢ 電子のエネルギー分布
➢ 金属中の電子密度
○ 格子振動とフォノン
➢ 単原子格子の振動
➢ ２原子格子の振動
➢ 音響モードと光学モード
➢ ３次元の格子振動
➢ フォノン：格子振動の量子化
※指定した教科書の「初歩から学ぶ固体物理学」を事前に読んでおくこと。
※授業の最後に実施する小テストは定期テストにも関連するので，復習をしておくこと． |
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授業の内容【英語】
Course Content | | 1. Crystal Binding
1-1. Covalent crystals
1-2. Ionic crystals
1-3. Metals
1-4. Crystals of inert gases
1-5. Hydrogen bonds
2. Introduction of Statistical Mechanics
2-1. Fermion and Boson
2-2. Grand canonical ensemble
2-3. Fermi-Dirac statistics
2-4. Bose-Einstein statistics
3. Free Electron Model
3-1. Density of states
3-2. Electron Energy Distribution Function
3-3. Electron density in metal
4. Crystal Vibrations: Phonons
4-1. Vibrations of crystals with monatomic basis
4-2. Two atoms per primitive basis
4-3. Acoustical mode and optical mode
4-4. Three-dimensional lattice
4-5. Phonons: Quantization of crystal vibrations
* Before every class, read the specified textbook "Elementary Solid State Physics (in Japanese)".
* The quizzes at the end of the class are related to the regular exam, so review them. |
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成績評価の方法と基準【日本語】
Course Evaluation Method and Criteria | | 【評価方法】
○授業の最後に実施する理解度チェックのための小テスト（20％）
○定期試験の成績（80％）
とし，これらの合計でC-評定以上を合格要件とする．
【基準】
以下の内容について基本的な問題を正確に扱うことができれば合格とし，より難易度の高い問題を扱うことができればそれに応じて成績に反映させる．
１．原子やイオンの結合の種類と特徴
２．フェルミ粒子・ボーズ粒子
３．統計力学の基礎であるFermi-Dirac統計およびBose-Einstein統計
４．自由電子モデルの基礎
５．格子振動（フォノン） |
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成績評価の方法と基準【英語】
Course Evaluation Method and Criteria | | Your overall grade in the class will be decided based on the following:
- Quiz at the end of every class: 20%
- Term-middle and term-end examination: 80%
Based on the sum of these, a grade of C- or higher is considered a pass.
It is considered a pass if the basic questions can be handled correctly for the following contents. If you can handle more difficult questions, your grades will be reflected accordingly.
1. Types and characteristics of bonding of atoms and ions
2. Fermion and Boson
3. Fermi-Dirac and Bose-Einstein statistics as the basis of statistical mechanics
4. Basics of the free electron model
5. Lattice vibration (phonon) |
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履修条件・注意事項【日本語】
Course Prerequisites / Notes | | 結晶物理学，微分積分学I・II，線形代数学I・II，化学基礎I・IIの履修が望ましいが、未履修でも受講可能
【新型コロナウイルス感染症対応に係る授業の実施方針】
・授業は対面で行う．
その他の詳細はTACTでアナウンスする． |
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履修条件・注意事項【英語】
Course Prerequisites / Notes | | Ideally, students should be taking / taken Crystal Physics, Calculus I, II, Linear Algebra I, II, Basic Chemistry I, II, but it is possible to take this course without it.
【Implementation policy of classes related to dealing with new coronavirus inflections】
Refer to TACT. |
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教科書【日本語】
Textbook | | | 初歩から学ぶ固体物理学 (講談社) 第５−７章・９章 |
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教科書【英語】
Textbook | | | Elementary Solid State Physics (Kodansha)[in Japanese] Chapter 5-7 & 9 |
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参考書【日本語】
Reference Book | | 固体物理学入門（上・下）：キッテル著（丸善）
金属電子論（上・下）：水谷宇一郎著（内田老鶴圃）
基礎固体物性：齋藤理一郎（朝倉書店） |
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参考書【英語】
Reference Book | | | Introduction to Solid State Physics (WILEY, Charles Kittel) |
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授業時間外学習の指示【日本語】
Self-directed Learning Outside Course Hours | | |
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授業時間外学習の指示【英語】
Self-directed Learning Outside Course Hours | | | Be sure to review each lecture. |
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使用言語【英語】
Language used | | |
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使用言語【日本語】
Language used | | |
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授業開講形態等【日本語】
Lecture format, etc. | | |
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授業開講形態等【英語】
Lecture format, etc. | | | This lecture will be held in a lecture room for face-to-face lectures. |
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遠隔授業（オンデマンド型）で行う場合の追加措置【日本語】
Additional measures for remote class (on-demand class) | | |
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遠隔授業（オンデマンド型）で行う場合の追加措置【英語】
Additional measures for remote class (on-demand class) | | |
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