科目名[英文名]
計算物性論ｂ[Computational Material Science b]
担当教員[ローマ字表記]
石井 史之
[
ISHII, Fumiyuki
]
科目ナンバー
COMS3448A
科目ナンバリングとは
時間割番号
46048
科目区分
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講義形態
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開講学域等
理工学域
適正人数
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開講学期
Q4
曜日・時限
木2
単位数
1単位
授業形態
対面と遠隔の併用（対面≧遠隔）
60単位上限
対象外
対象学生
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キーワード
【対面型】、結晶、電子状態計算、格子振動
講義室情報
自然科学５号館Ｂ 第６講義室（対面と遠隔（オンデマンド）の併用）
開放科目
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備考
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授業の主題
物性物理学の基礎を理論物理学・計算科学的側面に焦点をあて，具体的な計算ができる様に理解する。
量子力学に基づいて，固体結晶中の電子の振る舞いについて学ぶ。そして，半導体，金属，磁性体，超伝導体，ナノ物質，トポロジカル絶縁体など様々な物質の持つ物理的性質（物性）をもたらすメカニズムを理解する基礎となる自由電子論、バンド理論と輸送方程式について学ぶ。また、物質中の電磁気学としての基礎的で重要な電気分極、磁化の量子力学的記述を学ぶ。磁場下および磁性体中での輸送係数とトポロジーとの関係、磁性体中の磁気相互作用の理論、超伝導体のBCS理論について、理論を学ぶ。
学修目標（到達目標）
量子力学に基づいて電子の振る舞いを明らかにすることによって，原子の集合体である物質を理解する。多数の原子・分子が相互作用することによって起こる物性物理現象の基礎について、理論物理学・計算科学的側面に焦点をあてて学ぶ。電磁気学で学んだ電気分極や磁化について、量子力学に基づいて具体的な計算をできるようにする。
物理数学と量子力学の基礎知識に基づいて、手を動かして実践的な計算をすることで、物理数学・量子力学への理解も同時に深めながら物性物理学を理解する。
物質の電気的性質がどのように量子力学を用いて表現されるか、古典的な電磁気学との関係について、絶縁体、磁性体、超伝導体の理論を学ことで理解する。
授業概要
1. 絶縁体の電気的応答
誘電性：ソフトモードと電気分極、、量子力学の復習（摂動論）、変位電流、分極、ベリー位相、誘電率、有効電荷、ワニア関数
2. 磁場中の電子論I
磁場中での電子軌道の量子化、ド・ハースファン・アルフェン効果、フェルミ面、ランダウ準位
3. 磁場中の電子論II
磁気抵抗、ホール効果、量子ホール効果
4. 磁場中の電子論III
異常ホール効果、ベリー曲率、TKNN公式、トポロジカル指数（Chern数)
5. 磁性の理論
フントの法則、磁気相互作用の起源、交換相互作用、直接交換相互作用、超交換相互作用、二重交換相互作用、ジャロシンスキー・守谷相互作用、ストーナー模型、イジング模型の平均場近似、磁化と自由エネルギー
6. 超伝導の理論I
第二量子化、電子ーフォノン相互作用、クーパー対、BCS理論
7. 超伝導の理論II
BCS理論、準粒子、ボゴリューボフ変換、ギンツブルグ・ランダウ理論
8 まとめ
評価方法と割合
評価方法
次項の項目及び割合で総合評価し、次のとおり判定する。
「Ｓ（達成度90％～100％）」、「Ａ（同80％～90％未満）」、
「Ｂ（同70％～80％未満）」、「Ｃ（同60％～70％未満）」を合格とし、
「不可（同60％未満）」を不合格とする。（標準評価方法）
評価の割合
レポート 50、 自習の実施状況 50
授業時間外の学修に関する指示
予習に関する指示
レポート問題が出題されるので予習が必要です。
各回９０分の自習時間を含め、期間を通して通算3０時間の自習時間が必要です。
予習に関する教材
オンデマンド教材（授業内容の一部）
復習に関する指示
レポート問題が出題されるので復習が必要です。
各回９０分の自習時間を含め、期間を通して通算3０時間の自習時間が必要です。
復習に関する教材
オンデマンド教材（授業内容の一部）
教科書・参考書
教科書・参考書補足
参考書
岡崎誠 ：物質の量子力学 (岩波基礎物理シリーズ 新装版)
https://www.amazon.co.jp/dp/4000299085/
金沢大学で契約している本講義に関連する電子ブック
https://elib.maruzen.co.jp/elib/html/BookDetail/Id/3000090931
https://elib.maruzen.co.jp/elib/html/BookDetail/Id/3000089764
https://elib.maruzen.co.jp/elib/html/BookDetail/Id/3000002971
https://elib.maruzen.co.jp/elib/html/BookDetail/Id/3000018543
オフィスアワー等（学生からの質問への対応方法等）
授業後
履修条件
特になし
特記事項
特になし
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