授業の目的 【日本語】
Goals of the Course(JPN) | | 固体物理は、マテリアルの構造・状態および諸特性を理解する基盤となる学問である。本講義では、「マテリアル固体物理１」で学習した内容に立脚し、固体の熱的性質、自由電子論、バンド理論、固体中の電気伝導を学び、固体の諸特性の発現における電子の役割について授業と演習を通じて理解を深めることを目的とする。
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．固体の熱的性質について理解し，説明できる．
２．自由電子論について理解し，金属や半導体内の自由電子の状態やふるまいについて説明できる．
３．バンド理論について理解し，金属・半導体・絶縁体のバンドの違いについて説明できる．
４．固体中の電気伝導について理解し，金属や半導体の電気的性質について説明できる. |
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授業の目的 【英語】
Goals of the Course | | Solid state physics is a fundamental discipline to understand the structure, state and properties of materials. In this lecture, based on the contents learned in "Material Solid State Physics 1", we will study the thermal properties of solids, free electron theory, band theory, electric conduction in solids. The purpose is to deepen understanding of the role of electrons in the development of various properties of solids through classes and exercises.
In this lecture, students are expected to obtain the following knowledge and skills at the end of the lecture.
1. Understand and explain the thermal properties of solids.
2. Understand free electron theory and explain the state and behavior of free electrons in metals and semiconductors.
3. Understand band theory and explain the differences between energy bands in metals, semiconductors, and insulators.
4. Understand electric conduction in solids and explain the electrical properties of metals and semiconductors. |
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到達目標 【日本語】
Objectives of the Course(JPN)) | | 固体物理は、マテリアルの構造・状態および諸特性を理解する基盤となる学問である。本講義では、「マテリアル固体物理１」で学習した内容に立脚し、固体の熱的性質、自由電子論、バンド理論、固体中の電気伝導を学び、固体の諸特性の発現における電子の役割について授業と演習を通じて理解を深めることを目的とする。
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．固体の熱的性質について理解し，説明できる．
２．自由電子論について理解し，金属や半導体内の自由電子の状態やふるまいについて説明できる．
３．バンド理論について理解し，金属・半導体・絶縁体のバンドの違いについて説明できる．
４．固体中の電気伝導について理解し，金属や半導体の電気的性質について説明できる. |
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到達目標 【英語】
Objectives of the Course | | Solid state physics is a fundamental discipline to understand the structure, state and properties of materials. In this lecture, based on the contents learned in "Material Solid State Physics 1", we will study the thermal properties of solids, free electron theory, band theory, electric conduction in solids. The purpose is to deepen understanding of the role of electrons in the development of various properties of solids through classes and exercises.
In this lecture, students are expected to obtain the following knowledge and skills at the end of the lecture.
1. Understand and explain the thermal properties of solids.
2. Understand free electron theory and explain the state and behavior of free electrons in metals and semiconductors.
3. Understand band theory and explain the differences between energy bands in metals, semiconductors, and insulators.
4. Understand electric conduction in solids and explain the electrical properties of metals and semiconductors. |
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バックグラウンドとなる科目【日本語】
Prerequisite Subjects | | | 電磁気学、結晶物理学、マテリアル量子力学、マテリアル固体物理１ |
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バックグラウンドとなる科目【英語】
Prerequisite Subjects | | | Electromagnetism, Crystal Physics, Materials Quantum Mechanics, Materials Solid State Physics 1 |
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授業の内容【日本語】
Course Content | | 【講義内容】
１．固体の熱的性質
・固体の比熱
・固体の熱伝導
２．自由電子論
・自由電子モデル
・次元数と状態密度の関係
・電子比熱
３．バンド理論
・固体バンド理論の定性的な説明
・ブロッホの定理・クローニッヒペニーモデル
・強結合近似
・半導体のバンド構造
４．固体中の電気伝導
・結晶中での電子の運動
・オームの法則と電気伝導率
・キャリア散乱機構とマティーセン則
・ホール効果
※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。
※毎回授業の最後に実施する演習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 | | [Lecture Contents]
1. Thermal properties of solids
・Specific heat of solids
・Thermal conductivity of solids
2. Free electron theory
・Free electron model
・Relationship between number of dimensions and density of states
・Specific heat of electrons
3. Band theory
・Qualitative explanation of band theory
・Bloch's theorem, Kronig-Penney model
・Tight-binding approximation
・Band structure of semiconductors
4. Electric Conduction in Solids
・Electron motion in crystals
・Ohm's law and electrical conductivity
・Carrier scattering mechanism and Matthiessen's law
・Hall effect
Students are required to read the textbook "Solid State Physics from Elementary Level" in advance.
*Review the exercises at the end of each class since they are related to the regular exam. |
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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】
演習（30%）、定期試験(70%)で評価する．総合してC-評定以上を合格要件とする．
演習は毎回、授業後に実施する．
【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．固体の熱的性質（モル比熱・アインシュタインモデル・デバイモデル・熱伝導率）
２．自由電子論
３．バンド理論
４．固体中の電気伝導（金属や半導体の電気的性質） |
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成績評価の方法と基準【英語】
Course Evaluation Method and Criteria | | [Evaluation Method]
Exercises (30%), and a regular examination (70%). A grade of "C-" or better overall is required to pass the course.
Exercises will be conducted after each class.
[Criteria]
Students will pass the class if they can correctly handle basic problems on the following topics, and if they can handle more difficult problems, their grades will be reflected accordingly.
1. Thermal properties of solids (molar specific heat, Einstein model, Debye model, Thermal conductivity)
2. Free electron theory
3. Band theory
4. Electrical conduction in solids (Electrical properties of metals and semiconductors) |
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履修条件・注意事項【日本語】
Course Prerequisites / Notes | | 履修条件は課さない．
【新型コロナウイルス感染症対応に係る授業の実施方針】
・本科目は遠隔授業（オンデマンド型）での実施を予定しているが，具体的な実施方法については，本科目のTACTを参照すること．
・教員への質問は，TACT機能「メッセージ」により行うこと．
・授業に関する受講学生間の意見交換は，TACT機能「メッセージ」により行うこと． |
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履修条件・注意事項【英語】
Course Prerequisites / Notes | | No registration requirements are imposed.
[Implementation policy of classes related to dealing with new coronavirus infections] 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（矢口裕之著：講談社）第8章-第11章・第14章（14.1-14.3） |
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教科書【英語】
Textbook | | | Elementary Solid State Physics (Kodansha)[in Japanese] Chapter 8-11 & 14(14.1-14.3) |
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参考書【日本語】
Reference Book | | 半導体物性（小長井誠著，培風館）
固体物理学入門（上・下）（キッテル著，丸善） |
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参考書【英語】
Reference Book | | Physical Properties of Semiconductor (Makoto Konagai, Baifukan)
Introduction to Solid State Physics (Kittel, Maruzen) |
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授業時間外学習の指示【日本語】
Self-directed Learning Outside Course Hours | | 予習のため、教科書の該当箇所をを読んでおくこと。
復習のため、教科書に掲載されている演習を解いておくこと。 |
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授業時間外学習の指示【英語】
Self-directed Learning Outside Course Hours | | Students are expected to read the relevant sections of the textbook in order to prepare for the class.
For review, solve the exercises in the textbook. |
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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. | | 本科目は対面授業と遠隔授業（オンデマンド型）の併用を予定している．
遠隔授業はTACTで実施する． |
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授業開講形態等【英語】
Lecture format, etc. | | This course will be a combination of face-to-face and on-demand lectures.
The on-demand lectures will be conducted at TACT. |
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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) | | 教員への質問は，TACT機能「メッセージ」により行うこと．
授業に関する受講学生間の意見交換は，TACT機能「メッセージ」により行うこと． |
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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) | | Questions to the instructor should be asked through the TACT "Message".
Exchange of opinions among students regarding the lecture should be conducted by using the TACT "Message". |
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