Course Name Year Term Period Faculty / Graduate School All Instructors Credits
32752:[2025 Spring]Statistical Physics (T8) 2025 Spring Mon4 College　of　Science　and　Engineering NUMAI TAKAHIRO 2

Campus

BKC

Class Venue

Co-learning201

Language

日本語

Course Outline and Method

固体物性や半導体工学を学ぶうえで必要な統計物理学について，統計物理学特有の考え方に習熟するとともに，基礎的な関係式を自分の力で導出できるようにする．エントロピー，熱平衡，拡散平衡，ボルツマン分布，ヘルムホルツの自由エネルギー，ギブスの自由エネルギー，フェルミ－ディラック分布，ボーズ－アインシュタイン分布など，固体物性や半導体工学を学ぶための基礎となる項目を講義する．

Student Attainment Objectives

・学生が，系の取りうる状態の確率を計算できるようにすること．
・学生が，物理量の期待値を計算できるようにすること．

Recommended Preparatory Course

微分方程式，電磁気学Ⅰ

Course Schedule

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

+R授業対象科目。第1回に+R授業を実施。詳細はmanaba+Rを参照。

1

状態

『固体物性を理解するための統計物理入門』 pp.1-13

状態，状態数，状態密度（３次元）

2

状態（２），熱平衡と拡散平衡

『固体物性を理解するための統計物理入門』 pp.13-26
『熱物理学・統計物理学演習』 pp.1-9

状態密度（２次元），熱浴，多重度関数，エントロピー

3

熱平衡と温度

『固体物性を理解するための統計物理入門』 pp.26-31
『熱物理学・統計物理学演習』 pp.7-9

熱的接触，熱平衡条件，温度，エネルギーの流れ

4

拡散平衡と化学ポテンシャル，ヘルムホルツの自由エネルギー

『固体物性を理解するための統計物理入門』 pp.32-42
『熱物理学・統計物理学演習』 p.14

拡散的接触，拡散平衡条件，化学ポテンシャル，粒子の流れ，ヘルムホルツの自由エネルギー

5

熱的接触（１）

『固体物性を理解するための統計物理入門』 pp.43-47
『熱物理学・統計物理学演習』 pp.10-18

系と熱浴との熱的接触，確率，ボルツマン因子，分配関数

6

熱的接触（２）

『固体物性を理解するための統計物理入門』 pp.47-55
『熱物理学・統計物理学演習』 pp.14-15, 19-22, 26-27

分配関数とヘルムホルツの自由エネルギー，プランクの放射法則

7

熱的接触（３）

『固体物性を理解するための統計物理入門』 pp.55-63
『熱物理学・統計物理学演習』 pp.23-24, 28

電気／電子回路における熱雑音，フォノン（デバイ・モデル）

8

熱的接触（４），拡散的接触（１）

『固体物性を理解するための統計物理入門』 pp.63-71
『熱物理学・統計物理学演習』 pp.29-39

フォノン（デバイ・モデル，アインシュタイン・モデル），系と熱浴との拡散的接触，確率，ギブス因子，ギブス和

9

拡散的接触（２）

『固体物性を理解するための統計物理入門』 pp.71-79
『熱物理学・統計物理学演習』 pp.40-41, 48, 55-62

フェルミ－ディラック分布関数，自由電子気体

10

拡散的接触（３），半導体（１）

『固体物性を理解するための統計物理入門』 pp.79-87
『熱物理学・統計物理学演習』 pp.41-42, 95-98

ボーズ－アインシュタイン分布関数，真性半導体，伝導電子の濃度，有効状態密度，正孔の濃度

11

半導体（２）

『固体物性を理解するための統計物理入門』 pp.87-93
『熱物理学・統計物理学演習』 pp.95-103

真性キャリア濃度，真性フェルミ準位，不純物半導体

12

半導体（３）

『固体物性を理解するための統計物理入門』 pp.93-101
『熱物理学・統計物理学演習』 pp.95-103

フェルミ準位と濃度，フェルミ準位と温度，階段状pn接合

13

半導体（４）

『固体物性を理解するための統計物理入門』 pp.101-105
『熱物理学・統計物理学演習』 pp.95-103

傾斜状pn接合，非平衡半導体，擬フェルミ準位

14

半導体（５），気体，最終講義日試験

『固体物性を理解するための統計物理入門』 pp.105-118
『熱物理学・統計物理学演習』 pp.100-106, pp.43-51

ドリフト電流，拡散電流，気体の圧力，単原子理想気体，古典分布関数

最終講義日試験

Class Format

第1回～第8回，第10回～第13 回を対面授業にて実施．
第9回と第14回はオンラインにて実施．

Recommendations for Private Study

始業時まで
　教科書（各回のシラバスの該当ページ．ただし，演習書は除く．）を読んでノート（4～6ページ）を作成する．このノートを基にして，板書用資料（A4判2ページ）を作成する．

（対面では，主に演習問題の解説をおこなう．質問に対しても回答する．）

講義後
　何も見ないで教科書の内容を再現できるまで復習する．

Grade Evaluation Method

Kind Percentage Grading Criteria etc.
Final Examination (Written) 0

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)		 100

提出物（レポート，小テスト，最終講義日試験）の結果によって評価する.

Grade Evaluation Method （Note）

最終講義日試験では，電卓と『ケンブリッジ 物理公式ハンドブック』（共立出版）の持込みを許可します．

Advice to Students on Study and Research Methods

授業前に，教科書と参考書をしっかり勉強しておきましょう．答を丸写しにするのではなく，自分の力で導出しましょう．また，暗記するのではなく，考え方を理解するよう努めましょう．

Textbooks

Title Author Publisher ISBN Code Comment
固体物性を理解するための統計物理入門 沼居貴陽 森北出版 978-4-627-15421-6
熱物理学・統計物理学演習 沼居貴陽 丸善出版 978-4-621-04857-0

Textbooks （Frequency of Use, Note）

電卓の使用を推奨します．特にTI-89 Titanium (Texas Instruments)や fx-CG50 (CASIO) は，文字を用いたままの微分・積分，行列，ベクトルの演算ができるばかりでなく，グラフ描画も可能です．

Reference Books

Title Author Publisher ISBN Code Comment
統計力学 佐宗哲郎 丸善出版 978-4-621-08250-8
ケンブリッジ 物理公式ハンドブック -ポケット版- Graham Woan (著), 堤 正義 (翻訳) 共立出版 978-4-320-03481-5 最終講義日試験に持ち込み可

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)

Other (Separate instructions will be provided)

Other Comments

教員の電子メールアドレス
　numai@se.ritsumei.ac.jp

質問
　できるかぎり，教室で講義中あるいは休憩時間に質問してください．その他の時間に質問があるときは，事前に電子メール（numai@se.ritsumei.ac.jp）でアポイントメントをとり，個人研究室（ウェストウィング2階）に来てください．電子メールには，タイトル，学科，学年，氏名，学生証番号を明記すること．電話での質問には，応じられません．
【科目ナンバリング・カリキュラムマップはこちらから/Click here to see the Curriculum-Map and Course-Numbering】
URL:https://secure.ritsumei.ac.jp/students/pathways-future/course/curriculum.html/