物性論Ⅰ

Solid State Physics I

専門教育科目／教職課程科目

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理学部

3年

HSSBM3MCA1

2.0単位

講義 (Lecture)

2024年度前期

(Spring semester)

田中　義人

理学部

日本語

目標4／目標9

随時(ただし、事前に連絡をとること)

tanaka@sci.u-hyogo.ac.jp

5◎／6◎／7◎

ー

1-1◎／1-2〇

目標１:磨き続ける力

【講義目的】固体物理学では結晶を対象として扱う。結晶中では原⼦・分⼦とそれに付随する電⼦が周期配列をなしている。本講義で、この微視的周期構造と、これにより発現する物性の基礎を学び、説明できるようになる。
【到達目標】物質群が微視的構造および結合様式で分類されること、結晶構造がＸ線回折でわかること、熱振動の量子化概念であるフォトンの比熱熱伝導等への関与を数式を用いて表現できる。

キーワード：結晶構造、逆格⼦、構造因⼦、ファン・デル・ワールス−ロンドン相互作⽤、マーデルングエネルギー、共有結合、フォノン、分散関係、格⼦⽐熱、熱伝導率

【講義内容】
多種多様な物質群が、微視的構造、すなわち原⼦・分⼦の配列、および結合様式から分類されることを説明する。
また、その配列を知るためのＸ線回折の基礎を⽰す。固体中で周期的に配列した原⼦・分⼦は熱振動をしており、その量⼦化概念であるフォノンの⽐熱、熱伝導等への関与について解説する。なお、基礎的な⽤語について、対応する英語の修得も同時に⾏う。

【授業計画】
⽮⼝裕之 「初歩から学ぶ固体物理学」（1章〜8章）
(C.キッテル 「固体物理学⼊門」（1章〜5章）相当)
の範囲の内容を学ぶ。

1. ガイダンス 本講義の目標や概要を説明する。

結晶構造
2. 基本格⼦ベクトル、基本単位構造、基本単位格⼦
3. 空間格⼦、ミラー指数、結晶構造

波の回折と逆格⼦
4. ブラッグの法則、逆格⼦ベクトル、逆格⼦
5. 構造因⼦、原⼦構造因⼦

量⼦⼒学・統計⼒学の基礎
6. 量⼦⼒学の基礎知識
7. 統計⼒学の基礎知識

結晶結合
8. 希ガス結晶、ファン・デル・ワールス−ロンドン相互作⽤
9. イオン結晶、マーデルングエネルギー
10. 共有結合

格⼦振動とフォノン
11. 単原⼦結晶の振動、⼆原⼦結晶の振動、分散関係
12. 格⼦振動の量⼦化

固体の熱的性質
13. 格⼦⽐熱
14. アインシュタイン・モデル、デバイ・モデル
15. 熱膨張、熱伝導率

定期試験

講義レジュメの紙媒体は当日配布する。また、同レジュメはHPからダウンロードできる。
教科書：⽮⼝裕之 「初歩から学ぶ固体物理学」(講談社、2017)

C.キッテル「固体物理学⼊門 上(第8版)」(丸善、2005)

【予習】講義レジュメをあらかじめ閲覧し、わかる範囲で空欄部分を埋めてみる。必要に応じて参考文献を読む（30ｈ）
【復習】講義内容の理解を定着させるためにレジュメ内容を整理し、記載された演習問題を自力で解いて理解を深める。（30ｈ）

採用しない

【成績評価の基準】S（90点以上）、Ａ（80 点以上）、B（70 点以上）、C（60 点以上）による成績評価のうえ、単位を付与する。
【成績評価の方法】定期試験100%で評価する。

演習問題の解答例を定期試験前に講義で示す。

GLEP該当科目。

該当しない。