【授業の目的】
固体中の電子や素励起を場の量子論を用いて記述する。
学部で習った量子力学を異なる形で表現しながら固体物理学の基礎を学ぶ。
【授業の到達目標】
固体中に現れる素励起の概念を理解し場の理論を用いて記述する。
具体的には
〇量子統計力学【知識・理解】
〇バンド計算【知識・理解】
○格子振動を第2量子化の形式で表現できるようになる。【知識・理解】
○電子を第2量子化したときのハミルトニアンの導出方法について理解する。【知識・理解】
○電子と格子の相互作用が第2量子化の形式でどう表されるか理解する【知識・理解】
○電子と格子の相互作用を摂動論で取り扱えるようにする。【知識・理解】
【授業概要（キーワード）】
固体物理、電子、フォノン、フォトン、生成消滅演算子
【学生主体型授業（アクティブラーニング）について】
A-1．ミニッツペーパー、リフレクションペーパー等によって、自分の考えや意見をまとめ、文章を記述し提出する機会がある。：1～25％
A-2．小レポート等により、事前学習（下調べ、調査等含む）が必要な知識の上に思考力を問う形での文章を記述する機会がある。：1～25％
A-3．習得した知識を活用する中で、学生自身がテーマや目的などを主体的に定めて課題探究型学習を行い、その成果を記述する機会がある。：1～25％
【科目の位置付け】
理学分野の先端的な研究内容を理解し、説明できる能力を身に付けるための科目。さらに、専門的な素養を基盤に科学的思考方法に従って社会が要請する課題を解決する能力を身に付けるための科目。 (理工学研究科博士前期課程(理学系)ディプロマ・ポリシー参照)
【SDGs（持続可能な開発目標）】
09.産業と技術革新の基盤をつくろう
【授業計画】
・授業の方法
解析力学や量子力学の復習をしながら、固体物理へと応用する。その過程で場の量子論の基礎について学ぶ。
パワーポイントを中心とした講義形式。
講義を英語で行う可能性があります。
・日程
１．量子統計力学２．バンド計算３．解析力学の復習 ４．調和振動子と生成消滅演算子 ５．フォノン ６．光量子 ７．フェルミオン ８．電子比熱 ９．相互作用表示とハイゼンベルグ表示 １０．電子と格子振動の相互作用 １１．コヒーレント状態表示 １２．摂動その１ １３．摂動その２ １４．超伝導 １５．量子モンテカルロ法
【学習の方法・準備学修に必要な学修時間の目安】
・受講のあり方
ノートをしっかり取り分からないことは復習する。特に計算は実際に手を動かして確認すること。
・授業時間外学習（予習・復習）のアドバイス
1)準備学修に必要な学修時間の目安は2時間/週です。
2)講義ではハーケンの固体の場の量子論を使うので適宜予習をする。
3)しっかり復習をすること。不明な点は遠慮なく質問してください。
【成績の評価】
・基準
固体物理学における場の量子論を理解できたかどうか。
特に
○格子振動を第2量子化の形式で表現できるようになる。
○電子を第2量子化したときのハミルトニアンの導出方法について理解する。
○電子と格子の相互作用が第2量子化の形式でどう表されるか理解する
○電子と格子の相互作用を摂動論で取り扱えるようにする。
これらについて理解できていれば合格です。
・方法
レポート等を通して各学生の理解度を評価し、上の基準に照らし合わせて判定します。
【テキスト・参考書】
参考書
ハーケン：固体の場の量子論（吉岡書店）。ただし板書や配布資料で理解できるようにしています。
【その他】
・学生へのメッセージ
物理は数学によって記述されます。そこは避けて通れません。
がんばりましょう！
・オフィス・アワー
授業時間外に学生の質問に答える「オフィス・アワー」は火曜日の１２時～１３時C309号室です。ただしそれ以外の日時でも質問には対応しますので遠慮なく聞きに来てください。
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