Course Name Year Term Period Faculty / Graduate School All Instructors Credits
32377:[2025 Fall]Material Science (12) 2025 Fall Thu4 College of Science and Engineering IMADA SHIN 2

Campus

BKC

Class Venue

Co-learning401

Language

日本語

Course Outline and Method

【授業の概要】
物質、特に固体について学ぶ。
前半は、固体の基本的な性質についていくつか例を挙げて見ていく。
後半は、これらの性質の舞台となる「結晶」の構造について学ぶ。
一方、多種多様な物質が存在するもとである「宇宙には数多くの元素が存在する」という事実の起源についても学ぶ。

【方法】
1-14回は基本的に対面授業を予定しているが,場合によってはweb対応とする。
詳細は、「授業実施形態」欄を参照のこと。

【受講上の注意】
必ずノートを取ること。

Student Attainment Objectives

固体の物理学の基礎を、ひとつひとつなるべく定義に立ち戻って学ぶことで、物質の性質について自分で考える力をつけること。また、図や式を用いて説明する力をつけること。
・3次元空間を伝搬する平面波の式が書け、屈折の法則や、屈折前後で「波数ベクトルの表面に平行な成分」が保存することを説明できること。
・フォノンについての基礎を理解していること。1次元の縦波音響フォノンについて、運動方程式や分散関係を説明できること。
・結晶の周期性について理解していること。2次元および3次元の結晶を、単位胞、基本単位胞、周期ベクトル、基本周期ベクトル、格子点、単位構造などの考え方を用いて理解し、説明できること。
・結晶の対称性の基礎として、立方体の対称性について図を用いて説明できること。回転対称性、鏡映対称性(例:左右対称)、反転対称性(点対称)
・宇宙において様々な元素ができ上がるしくみを理解し、説明できること。

Recommended Preparatory Course

Course Schedule

Lecture/Instructor(When there are multiple instructors) Theme
Keyword, References and Supplementary Information
-

+R授業対象科目。1-14回の間の適切な時期に+R授業を受けること。詳細はmanaba+Rを参照。

1

固体とはどんなものか

ほとんどの固体は「結晶」
原子核が並んでいて、原子核の周りや、原子核の間を電子が運動している。

2

物質中の「波」

光の反射・屈折は高校でも学んだが、固体中ではほかにも様々な波がある。

3〜4

屈折の法則と「波数」

屈折の法則の証明(復習)
「波数ベクトル」とは

5〜6

格子振動

結晶中では、原子の振動が波として伝わる。これが格子振動(フォノン)。
フォノンの重要な特徴は何か。
比熱や熱伝導とフォノンの関係。

7

電子波

電子の運動も波として扱うのが正しい。

8-10

結晶構造

結晶構造がなぜ重要か。
結晶構造の特徴:周期性・対称性
単位胞と単位構造、基本単位胞、周期ベクトルと基本周期ベクトル、格子点、ブラベ格子

11〜12

代表的な結晶構造

面心立方、体心立方、六方最密、NaCl型、CsCl型、ダイヤモンド型、閃亜鉛鉱型、ルチル型、ペロブスカイト型、ほか

13〜14

周期性・対称性

「基本周期ベクトル」と「単位構造」
対称操作、回転・鏡映・反転、群論

+R授業

物質科学で使う数学

「格子振動」などで登場する2階の線形微分方程式などについて解説する予定

以上の内容と平行して、周期表にある多くの元素がどのようにしてできたのかについても学ぶ。

Class Format

1~14回を対面で実施する予定。メディア授業に変更する場合があり得る(ただし6回を上限とする)ので、コースニュースに注意すること。

Recommendations for Private Study

必ず復習を行い、授業内容について分からないところを分かるようにしておくこと。
復習しても分からないところは、必ず授業後などに質問するようにしてください。

Grade Evaluation Method

Kind Percentage Grading Criteria etc.
Final Examination (Written) 70

学習内容について、基本的な概念を理解していることと、基本的な問題を解いたり論理的に説明する力を問う。
【注意】定期試験のルールを良く確認すること。
例:「持ち込み許可物件」が「無し」の場合、定規を持ち込むだけで不正行為と見なされ試験を受けられなくなることがある。

Report Examination
(A report to be submitted by the unified deadline)
0

Exams and/or Reports other than those stated above, and Continuous Assessment 
(Evaluation of Everyday Performance in Class)
30

出席すること。宿題を出したり、中間授業内テストを行う可能性もある。
る。

Grade Evaluation Method (Note)

Advice to Students on Study and Research Methods

教員連絡先: imada@se.ritsumei.ac.jp

Textbooks

Textbooks (Frequency of Use, Note)

Reference Books

Title Author Publisher ISBN Code Comment
初歩から学ぶ固体物理学 矢口裕之 講談社 978-4-06-153294-6
固体物理学入門 キッテル 丸善 978-4-621-07656-9 上下2分冊版もある
固体電子論概論 アシュクロフト、マーミン 吉岡書店 上・下各2冊ある
群論入門 小野寺嘉孝 裳華房 4-7853-2806-1
基礎の固体物理学 斯波弘行 培風館 4-563-02272-3
物性物理学 伊達宗行 朝倉書店 4-254-13572-6

Reference Books (Frequency of Use, Note)

Web Pages for Reference

How to Communicate with the Instructor In and Out of Class(Including Instructor Contact Information)

Talk with Students,Other (Separate instructions will be provided)

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URL:https://secure.ritsumei.ac.jp/students/pathways-future/course/curriculum.html/