授業科目名 年度 学期 開講曜日・時限 学部・研究科 全担当教員 単位数
32671:[2025 春セメスター]固体の物理学１(T2) 2025 春セメスター 木3 理工学部 今田 真 2

キャンパス

BKC

授業施設

コラーニングⅠ　１０３号教室

授業で利用する言語

日本語

授業の概要と方法

 【授業の概要】
固体物理学分野では、以下のような内容を学ぶ。この授業では、○をつけたものを学ぶ。
○結晶構造(ブラベ格子)・対称性、○X線と逆格子・消滅則、○ローレンツドルーデ模型(電気伝導、金属光沢、プラズマ振動)、○1次元音響フォノン、○1次元光学フォノン、○格子比熱、ブロッホの定理、バンド分散、金属と絶縁体、真性半導体、磁性 局在磁性(常磁性、平均場)、パウリ常磁性
 特に、私たちの身の回りにあるモノ（物質、固体）を理解するために、電子や格子振動（フォノン）のエネルギー分散や状態を学ぶ。

【方法】
1-14回に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】
必ずノートを取り、復習すること。分からないところは必ず質問するなどして分かるようにすること。

受講生の到達目標

（１）固体中の自由電子の性質をドルーデ模型を用いて説明できること。電場や磁場のもとでどのような方程式を満たすかを説明できること。また、電気抵抗やホール効果について式を用いて説明できること。
（２）自由電子の集団運動(プラズマ振動)について説明できること。
（３）自由電子の量子状態を説明できること。絶対零度におけるフェルミ縮退状態について理解し、フェルミ波数やフェルミエネルギーを求められること。
（４）結晶構造の基礎を理解していること。また、逆格子空間の基礎となる逆格子点や「逆格子の基本周期ベクトル」を理解していること。
（５）固体中のフォノンのエネルギーと状態を説明することができること。イオン結晶などで見られる光学フォノンと音響フォノンの性質を説明できること。

事前に履修しておくことが望まれる科目

事前に履修しておくと良い科目：物質科学、力学、電磁気学、熱力学、統計熱力学、物理数学

授業スケジュール

授業回数/
担当教員（複数担当の場合） 		テーマ
キーワード・文献・補足事項等
-

+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

この講義のテーマ：金属中の自由電子、格子振動(原子の熱振動)、結晶構造と逆格子

授業の進め方など

2-5

電気伝導等の現象を理解するため、電子の加速と衝突を平均的に扱う「ドルーデ模型」を学ぶ

内容：電気抵抗や電気電導率, 緩和現象や緩和時間, 電場と磁場のもとでのドルーデ模型, ホール効果, プラズマ振動

6-8

上記の模型を、量子力学と統計力学の結果を先取りして改良する(ゾンマーフェルト模型)。

内容：電子の波動性, 周期的境界条件, 固体中の自由電子の最低エネルギー状態(フェルミ縮退した状態)の特長, フェルミ波数やフェルミエネルギーと自由電子密度の関係式

9, 10

結晶構造の基礎

単位構造と格子点, 基本周期ベクトル

11, 12

格子は振動する

単純な格子の振動。音響フォノンと光学フォノン。格子振動と温度の関係

13, 14

逆格子

結晶の周期性を式で扱う際、フーリエ級数展開に似た考え方を用いる。そこで用いられるのが、「逆格子」の考え方。

+R授業

統計物理学と固体物理学の関係などについて

固体物理学では、統計物理学に基づいて考えることが多いので、ボルツマン分布等について解説する予定

授業実施形態

1~14回は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。

授業外学習の指示

復習をしっかりすること。

成績評価方法

種別 割合(%) 評価基準等
定期試験（筆記） 70

固体物理学の基礎概念をよく理解し、電気伝導や格子振動に関する現象を説明できること。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。

レポート試験
（統一締切日を締切とするレポート）		 0

上記以外の試験・レポート、平常点評価
（日常的な授業における取組状況の評価）		 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。

成績評価方法(備考)

受講および研究に関するアドバイス

日常的に身の回りの固体に興味を持ち、この物質はなぜこんな性質を示すのか、物理学的な説明ができるようになることを目指してください。
教員連絡先: imada@se.ritsumei.ac.jp

教科書

教科書(使用頻度、その他補足)

参考書

書名 著者 出版社 ISBNコード 備考
初歩から学ぶ固体物理学 矢口裕之 講談社 978-4-06-153294-6
Solid State Physics Ashcroft/Mermin Thomson learning 9780030839931
Introduction to solid state physics Charles Kittel J. Wiley 9780471415268 日本語版ISBN:978-4-621-07656-9
基礎の固体物理学 斯波弘行 培風館 9784563022723

参考書(使用頻度、その他補足)

英語の参考書の日本語版は、「キッテル 固体物理学入門」と「アシュクロフト・マーミン 固体電子論概論 (および続編)」である。

参考になるwwwページ

授業内外における学生・教員間のコミュニケーションの方法

学生との直接対話,その他(教員より別途指示）

備考


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