タイトル

開講年度 開講学部等
2026 大学院創成科学研究科（博士前期）
開講学期 曜日時限 授業形態 AL（アクティブ・ラーニング）ポイント
後期 水9～10 講義  
時間割番号 科目名[英文名] 使用言語 単位数
3242010360 固体電子論特論 日本語 2
担当教員（責任）[ローマ字表記] メディア授業
赤井 光治[AKAI Koji] ー
担当教員[ローマ字表記]
赤井 光治　[AKAI Koji]
特定科目区分   対象学生   対象年次 1～2
ディプロマ・ポリシーに関わる項目 カリキュラムマップ(授業科目とDPとの対応関係はこちらから閲覧できます)
授業の目的と概要
　物質の持つ全ての性質はSchrodinger方程式によりきまる。これが解ければ全ての物性を知ることができ、物性の解明や物質の機能設計へとつながる。近年、計算機の高速化と計算アルゴリズムの進歩により、かなり現実的な物性をSchrodinger方程式に基づき計算できるようになってきた。講義では、固体の物性を特徴づけるバンド構造について説明する。また、物質の電子状態計算手法として現在広く用いられている密度汎関数法について基礎的なことを学習し、具体的に金属や半導体、磁性体などの材料の電子状態計算を既存ソフトを用いて体験する。
授業の到達目標
・固体のバンドがどのようなものかを理解する。
・密度汎関数法がどのようなものかを理解する。
・電子状態計算によりどのようなことが分かるか理解する。
授業計画
【全体】
多電子系のSchrodinger方程式（物質の基礎方程式）から出発し、Haatree-Fock近似による理論的な取り扱いにより、電子間相互作用による電子状態に対する影響を説明する。さらに、密度反関数法における電子間相互作用の取り扱いに対する考え方を説明し、Kohn-Sham方程式の導出とその意味を説明する。これらの理論的背景を理解した上で、平面波展開法を用いた電子構造プログラムを用いて、金属や半導体、磁性体などの電子材料に対する電子構造計算の演習を行う。
項目 内容 授業時間外学習 備考
第1回 電子構造について ･電子構造とは
･電子構造理論の準備 		Moodleの資料を読んでおく（４時間程度）
第2回 電子気体モデル ･自由電子気体
･ Haatree-Fock近似
･ 電子間相互作用と物性 		Moodleの資料を読んでおく（４時間程度）
第3回 バンド構造 ･Bloch関数
･ 強結合近似
･ 擬ポテンシャル法
 		Moodleの資料を読んでおく（４時間程度）
第4回 密度汎関数法(I) ･汎関数と変分原理
 		Moodleの資料を読んでおく（４時間程度）
第5回 密度汎関数法(2) ･Kohn-Sham方程式
･交換･相関エネルギー 		Moodleの資料を読んでおく（４時間程度）
第6回 計算機実習(1) 金属、半導体の電子構造計算 演習を進める準備を行う（４時間程度）
第7回 計算機実習(1) 金属、半導体の電子構造計算 演習を進める準備を行う（４時間程度）
第8回 計算機実習(1) 金属、半導体の電子構造計算 演習を進める準備を行う（４時間程度）
第9回 計算機実習(2) 磁性体、誘電体の電子構造計算 演習を進める準備を行う（４時間程度）
第10回 計算機実習(2) 磁性体、誘電体の電子構造計算 演習を進める準備を行う（４時間程度）
第11回 総合演習 受講生が自らテーマ設定し、電子構造に関する計算を行う テーマに沿った演習ができるように準備をしておく（４時間程度）
第12回 総合演習 受講生が自らテーマ設定し、電子構造に関する計算を行う テーマに沿った演習ができるように準備をしておく（４時間程度）
第13回 総合演習 受講生が自らテーマ設定し、電子構造に関する計算を行う テーマに沿った演習ができるように準備をしておく（４時間程度）
第14回 レビュー 演習の結果をまとめて発表すると共に、他の発表を聞いて、内容の議論を通じ、理解を深める。 発表用のスライドを準備する。（４時間程度）
第15回 レビュー 演習の結果をまとめて発表すると共に、他の発表を聞いて、内容の議論を通じ、理解を深める。 発表用のスライドを準備する。（４時間程度）
※AL（アクティブ・ラーニング）欄に関する注
・授業全体で、AL（アクティブ・ラーニング）が占める時間の割合を、それぞれの項目ごとに示しています。
・A〜Dのアルファベットは、以下の学修形態を指しています。
【A：グループワーク】、【B：ディスカッション・ディベート】、【C：フィールドワーク（実験・実習、演習を含む）】、【D：プレゼンテーション】
A: --%　B: --%　C: --%　D: --%
成績評価法
講義内での演習および最後に実習内容をまとめたプレゼンテーションで評価します。
演習 30%, プレゼンテーション 70%
教科書にかかわる情報
備考
講義の資料はWeb経由で提供する
http://mdcs5.cc.yamaguchi-u.ac.jp/moodle/
参考書にかかわる情報
参考書 書名 物質の電子状態(上) ISBN 4621062492
著者名 R.M.マーチン 出版社 丸善 出版年 2012
参考書 書名 物質の電子状態(下) ISBN 4621065238
著者名 R.M.マーチン 出版社 丸善 出版年 2012
参考書 書名 岩波講座 現代の物理学7: 固体-構造と物性 ISBN 4000067559
著者名 金森順次郎、米沢富美子、川村清、寺倉清之 出版社 岩波書店 出版年 2001
参考書 書名 新物理学シリーズ29 : 電子物性論 ISBN 4563024295
著者名 上村洸、中尾憲司 出版社 培風館 出版年 1995
参考書 書名 固体物理学 ISBN 9784621061404
著者名 H.イバッハ, H.リュート 出版社 丸善 出版年 2012
備考
メッセージ
・量子力学と電磁気学を履修しているとする
キーワード
バンド、電子構造、密度汎関数法、Kohn-Sham方程式
持続可能な開発目標（SDGs）

関連科目
履修条件
連絡先
国際総合科学部棟1階 113室
akai@yamaguchi-u.ac.jp
内線：5784
オフィスアワー
随時

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