授業の目的 【日本語】
Goals of the Course(JPN) | | 【授業の目的】
応用物理学の中心的なテーマである超流動・超伝導の基礎について、量子力学、統計力学の１つの応用と位置付けて講義する。講義前半では超伝導現象について、量子多体問題の基礎からスタートして超伝導接合の基礎を理解する。アンドレーエフ束縛状態、電子対対称性、トポロジカル超伝導の基礎、マヨラナフェルミオンについて講義する。後半では冷却原子気体や超流動ヘリウム4などで起こるボース・アインシュタイン凝縮について、微視的理論の基礎、およびトポロジーおよびトポロジカル不変量といった数学的な概念がいかに物理学に用いられるかについて理解する。また近年話題になっているトポロジカル物質(トポロジカル絶縁体）の基礎について理解する。物性物理学における基礎力、広い視野と総合的に現象を見る力を修得する。（講義の中での第一部 第2部の割合は年度によって変化することがあります。）
【達成目標】
1. 第2量子化の基礎を理解し簡単な計算ができる。
2. 超流動・超伝導との基礎を理解し説明ができる。
3. 超流動・超伝導における基礎方程式が解ける。
4. トポロジカル物質の基礎概念を理解し簡単な計算ができる。 |
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授業の目的 【英語】
Goals of the Course | | Lectures on the phenomena of superfluidity and superconductivity, which is one of the major topics in quantum many-body systems, will be given. Mathematical concept of topology and its application in physics is also discussed.
Purpose:
1. Second quantization
2. What is superfluidity/superconductivity
3. Quantum phenomena in superfluidity/supercondutivity
4. Topological quantum phenomena |
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到達目標 【日本語】
Objectives of the Course(JPN)) | | 【授業の目的】
応用物理学の中心的なテーマである超流動・超伝導の基礎について、量子力学、統計力学の１つの応用と位置付けて講義する。講義前半では超伝導現象について、量子多体問題の基礎からスタートして超伝導接合の基礎を理解する。アンドレーエフ束縛状態、電子対対称性、トポロジカル超伝導の基礎、マヨラナフェルミオンについて講義する。後半では冷却原子気体や超流動ヘリウム4などで起こるボース・アインシュタイン凝縮について、微視的理論の基礎、およびトポロジーおよびトポロジカル不変量といった数学的な概念がいかに物理学に用いられるかについて理解する。また近年話題になっているトポロジカル物質(トポロジカル絶縁体）の基礎について理解する。物性物理学における基礎力、広い視野と総合的に現象を見る力を修得する。（講義の中での第一部 第2部の割合は年度によって変化することがあります。）
【達成目標】
1. 第2量子化の基礎を理解し簡単な計算ができる。
2. 超流動・超伝導との基礎を理解し説明ができる。
3. 超流動・超伝導における基礎方程式が解ける。
4. トポロジカル物質の基礎概念を理解し簡単な計算ができる。 |
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到達目標 【英語】
Objectives of the Course | | Lectures on the phenomena of superfluidity and superconductivity, which is one of the major topics in quantum many-body systems, will be given. Mathematical concept of topology and its application in physics is also discussed.
Purpose:
1. Second quantization
2. What is superfluidity/superconductivity
3. Quantum phenomena in superfluidity/supercondutivity
4. Topological quantum phenomena |
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バックグラウンドとなる科目【日本語】
Prerequisite Subjects | | | 量子力学A&B, 統計力学A&B, 物性物理学1-4 物理数学 |
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バックグラウンドとなる科目【英語】
Prerequisite Subjects | | | Quantum physics A & B, Statistical physics A & B, Solid state physics 1-4 |
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授業の内容【日本語】
Course Content | | 本年度の授業予定
１ 統計力学の復習（フェルミ分布 ボーズ分布）
２ 多粒子系の波動関数と第2量子化
３ 超伝導現象
４ BCS理論
５ 異方的超伝導体の基本的性質 スピン1重項・3重項
６ BdG方程式とアンドレーエフ反射 トンネル効果
７ 異方的超伝導とトンネル現象
８ 電子対の対称性と近接効果
９ トポロジカル超伝導 トポロジカル絶縁体
1０ マヨラナフェルミオンの物理
１１ ボース・アインシュタイン凝縮
１２ 超流動現象の平均場理論による記述
１３ ボース粒子系のBogoliubov理論
１４ スピン代数
１５ スピン自由度を持ったボース・アインシュタイン凝縮体
講義終了後に授業中に出された課題問題を自分で解くこと。また数回のレポート課題を出すのでまとめて提出すること。 |
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授業の内容【英語】
Course Content | | １ Fermi and Bose statistics
２ Basics of Bloch’s theorem
３ Second quantization
４ Basics of Superconductivity
５ BCS theory
６ Unconventional superconductor singlet /triplet
７ BdG equation and Andreev reflection
８ Tunneling and Josephson effect
９ Tunneling and Josephson effect in unconventional superconductors
１０ Topological superconductivity and surface Andreev bound state
１１ Majorana fermion
１２ odd-frequency pairing
１３ Bose-Einstein condensation
１４ Mean-field description of superfluidity
１５ Bogoliubof theory for bosonic systems
１６ Spin algebra
１７ Spinor Bose-Einstein condensates
１８ Topology in condensed-matter physics
１９ Introduction to topological insulators |
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成績評価の方法と基準【日本語】
Course Evaluation Method and Criteria | | レポート(100%) （各内容に関して授業中に出します）
超伝導、第2量子化、トポロジカル絶縁体、冷却原子気体、超流動の基礎に関する概念、用語を理解し、説明ができ、基本的な計算ができること。 |
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成績評価の方法と基準【英語】
Course Evaluation Method and Criteria | | |
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履修条件・注意事項【日本語】
Course Prerequisites / Notes | | | 量子力学の基礎（シュレディンガー方程式、トンネル効果、水素原子、摂動理論、角運動量）、統計力学の基礎（ミクロカノニカル分布、カノニカル分布、グランドカノニカル分布）。電磁気学の基礎（マクスウェル方程式など）、物理数学（フーリエ変換、微分方程式、級数、線形代数学、複素積分 複素関数）、物性物理学の基礎（結晶の構造、エネルギーバンド、格子振動、フェルミ分布、自由電子、ブロッホの定理など）を前提知識として授業が行われます。授業は対面・オンライン・オンデマンド対応ができるようにする。資料はNUCTにアップデートします。NUCT 機能「メッセージ」により，教員への質問を受け付け受講学生間の意見交換を行う。 |
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履修条件・注意事項【英語】
Course Prerequisites / Notes | | | Basics of quantum mechanics, statistical physics, solid state physics, mathematical physics are needed to understand the lecture. |
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教科書【日本語】
Textbook | | | 超伝導接合の物理 田仲由喜夫 (名古屋大学出版会 2021年） |
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教科書【英語】
Textbook | | | Physics of superconducting junction (Nagoya University Press) |
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参考書【日本語】
Reference Book | | 超伝導 （朝倉書店）家泰弘
超伝導入門 （培風館）中嶋貞雄
超伝導入門 （裳華房） 青木秀夫
トポロジカル絶縁体入門 （講談社） 安藤陽一
トポロジカル絶縁体・超伝導体（丸善）野村健太郎
Bose-Einstein Condensation (International Series of Monographs on Physics), L. P. Pitaevskii & S. Stringari, Clarendon Pr. (2003)
Physics Reports, Vol. 520, 253 (2012), Y. Kawaguchi and M. Ueda
Introduction to Superconductivity (McGraw-Hill, 1996), Tinkham
Reports on Progress in Physics Vol. 63, 1641 (2000), S. Kashiwaya and Y. Tanaka
Journal of the Physical Socuety of Japan 81, 011013 (2012), Y. Tanaka, M. Sato and N. Ngaosa |
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参考書【英語】
Reference Book | | Bose-Einstein Condensation (International Series of Monographs on Physics) (Clarendon Pr., 2003) L. P. Pitaevskii & S. Stringari
Physics Reports, Vol. 520, 253 (2012), Y. Kawaguchi and M. Ueda
Introduction to Superconductivity (McGraw-Hill, 1996), Tinkham
Reports on Progress in Physics Vol. 63, 1641 (2000), S. Kashiwaya and Y. Tanaka
Journal of the Physical Socuety of Japan 81, 011013 (2012), Y. Tanaka, M. Sato and N. Ngaosa |
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授業時間外学習の指示【日本語】
Self-directed Learning Outside Course Hours | | | 与えられた資料をもとに、予習・復習し、レポート課題に取り組む。 |
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授業時間外学習の指示【英語】
Self-directed Learning Outside Course Hours | | | Prepare and review the lectures, and work on report assignments. |
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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. | | | The class will not be held this year. |
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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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