タイトル

開講年度 開講学部等
2025 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
前期 月5~6 講義 2.0
時間割番号 科目名[英文名] 使用言語 単位数
3261420010 固体物性論特論[Principles of the Theory of Solids] 日本語 2
担当教員(責任)[ローマ字表記] メディア授業
仙田 康浩[SENDA Yasuhiro]
担当教員[ローマ字表記]
仙田 康浩 [SENDA Yasuhiro], 荻原 千聡 [OGIHARA Chisato], 鳴海 孝之 [NARUMI Takayuki]
特定科目区分   対象学生   対象年次  
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
電子デバイスに使われる半導体や金属などの固体材料におけるフォノンと電子について解説する.固体中のフォノンと電子が固体材料の熱的性質,電気的性質とどのように関連しているかについて理解を深める.固体中のフォノンと電子の運動を感じとることができるような見方・考え方を身につける.
授業の到達目標
フォノンの分散関係,状態密度について説明できる.固体の比熱を説明するためのアインシュタインモデルとデバイモデルを比較してこれらの特徴を説明できる.フェルミオン,自由電子モデル,理想結晶中の電子の振る舞いを説明できる.自由電子の振る舞いについて,温度などの制御変数に応じて比熱や抵抗率といった物性を定性的に説明できる.固体結晶の電子の振る舞いをエネルギーバンドを用いて説明できる.バンド理論に基づき金属や半導体の電子の振る舞いとその特性を説明できる.
授業計画
【全体】
固体中のフォノン,金属中の電子,半導体中の電子,絶縁体中の電子の特性と固体の様々な性質について解説する.
項目 内容 授業時間外学習 備考
第1回 フォノンと固体の熱的性質-1 基準振動, 音響モードの分散関係 授業内容の復習(4時間)
第2回 フォノンと固体の熱的性質-2 第1ブリルアンゾーン, 光学モードの分散関係, フォノン 授業内容の復習(4時間)
第3回 フォノンと固体の熱的性質-3 周期境界条件, フォノンの状態密度 授業内容の復習(4時間)
第4回 フォノンと固体の熱的性質-4 固体の比熱, デバイモデル 授業内容の復習(4時間)
第5回 フォノンと固体の熱的性質-5 フォノンと固体の熱的性質についての総復習 授業内容の復習(4時間)
第6回 自由電子論-1:フェルミオン エネルギー固有状態,状態数,波動関数の対称性 授業内容の復習(4時間)
第7回 自由電子論-2:自由電子モデル(絶対零度) 自由電子モデル,状態密度,フェルミ球 授業内容の復習(4時間)
第8回 自由電子論-3:自由電子モデル(有限温度) フェルミ分布関数,状態和,低温展開 授業内容の復習(4時間)
第9回 自由電子論-4:電気伝導 結晶中の自由電子の運動,オームの法則,マティーセンの法則 授業内容の復習(4時間)
第10回 自由電子論-5:総復習 自由電子論に関する総復習 授業内容の復習(4時間)
第11回 固体中の電子,エネルギーバンド1 逆格子ベクトル,ブリュアン域 授業内容の復習(4時間)
第12回 固体中の電子,エネルギーバンド2 周期ポテンシャル中のシュレディンガー方程式,ブロッホの定理,空格子 授業内容の復習(4時間)
第13回 固体中の電子,エネルギーバンド3 エネルギーギャップの形成,バンドの運動方程式と電気伝導 授業内容の復習(4時間)
第14回 固体中の電子,エネルギーバンド4 金属と半導体,正孔,有効質量,キャリア密度 授業内容の復習(4時間)
第15回 固体中の電子,エネルギーバンド5 固体中の電子とエネルギーバンドの総復習 授業内容の復習(4時間)
※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: 20% D: --%
成績評価法
「フォノン」「自由電子論」「固体中の電子」の3つのテーマ毎に個別に実施する筆記テスト100%
教科書にかかわる情報
備考
特に教科書を指定しない.必要に応じて資料を配付する.
参考書にかかわる情報
備考
メッセージ
キーワード
持続可能な開発目標(SDGs)

  • エネルギーをみんなに そしてクリーンに
  • 産業と技術革新の基盤をつくろう
(エネルギー)すべての人々の、安価かつ信頼できる持続可能な近代的エネルギーへのアクセスを確保する。
(インフラ、産業化、イノベーション)強靱(レジリエント)なインフラ構築、包摂的かつ持続可能な産業化の促進及びイノベーションの推進を図る。
関連科目
履修条件
連絡先
研究室: 工学部本館 2階 北側 荻原(228)、仙田(234)
荻原: ogihara[at]yamaguchi-u.ac.jp
鳴海: tnarumi[at]yamaguchi-u.ac.jp
仙田: senda[at]yamaguchi-u.ac.jp
*[at]はアットマークに書き換えてください
オフィスアワー
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