2022年 大学院理工学研究科 シラバス - 電気工学専攻
設置情報
| 科目名 | 機能性物質特論 | ||
|---|---|---|---|
| 設置学科 | 電気工学専攻 | 学年 | 1年 |
| 担当者 | 松田 健一 | 履修期 | 前期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 火曜5 |
| 校舎 | 駿河台 | 時間割CD | I25A |
| クラス | |||
概要
| 学修到達目標 | 現代の社会は，多くの先端機能性材料によって支えられていると言っても過言ではない．その中で，本講義では１．炭素材料，２．磁性材料，３．ナノメートルスケールの材料，の３つに焦点を宛て，それぞれの基本特性から応用までを，ポイントを絞って学ぶ． |
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| 授業形態及び 授業方法 |
配布した講義資料を基に，各回で設定された分野について輪講と講義形式の両方で実施する． 対面による講義を実施予定であるが，社会情勢によってはオンデマンド型のオンライン講義に切り替える場合がある． |
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準備学習（予習・ 復習等）の内容・ 受講のための 予備知識 |
学部学生程度の基礎物理学，特に「物性の基礎」や「電気材料」の知識が望まれる．「量子力学」の基礎的な知見もあればなおよい． |
授業計画
| 第1回 | 電気電子材料工学の現状を概観し，機能性物質が果たしている役割と，今後に向けた期待や応用について講義する． 【事前学習】学部時代の材料工学，物性に関する講義の復習．（１２０分） 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理．（１２０分） |
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| 第2回 | 様々な物質や材料は、非常に多くの原子・分子から構成されている。ここでは、原子の構造について学ぶ。特に電子の軌道についての知見をまとめる。 【事前学習】事前に予告された範囲の予習．（１２０分） 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理．（１２０分） |
| 第3回 | 固体中の電子状態について、バンド理論を概観する。特に結晶中の周期的構造に起因した電子状態の特徴をまとめる。 【事前学習】事前に予告された範囲の予習．（１２０分） 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理．（１２０分） |
| 第4回 | 炭素系材料Ⅰ：最近注目されている炭素系材料の基本として、炭素原子の基本的構造、炭素原子間の結合としてsp2結合とsp3結合について学ぶ。また、よく知られたダイヤモンドやグラファイトについて学ぶ。 【事前学習】事前に予告された範囲の予習．（１２０分） 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理．（１２０分） |
| 第5回 | 炭素系材料Ⅱ：グラフェンについて学ぶ。特に、その構造や実験的な作製方法を知る。また、簡単な「強束縛近似」を使った電子状態の計算方法を学ぶ。 【事前学習】事前に予告された範囲の予習．（１２０分） 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理．（１２０分） |
| 第6回 | 炭素系材料Ⅲ：グラフェンを丸めてチューブ状にしたカーボンナノチューブについて学ぶ。カーボンナノチューブの構造（カイラリティ）を知り、それによって金属的なものと半導体的なものに分類できることを学ぶ。 【事前学習】事前に予告された範囲の予習．（１２０分） 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理．（１２０分） |
| 第7回 | 炭素系材料Ⅳ：アモルファスに近い構造の「ダイヤモンド状炭素」について、その機械的、電気的特性や応用について学ぶ。 【事前学習】事前に予告された範囲の予習．（１２０分） 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理．（１２０分） |
| 第8回 | 磁性材料Ⅰ：磁性は、基本的に電子の軌道とスピンの自由度からもたらされていることを学ぶ。量子力学による角運動量やスピンの取り扱いについて学ぶ。 【事前学習】事前に予告された範囲の予習．（１２０分） 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理．（１２０分） |
| 第9回 | 磁性材料Ⅱ：一口に「磁性」といっても様々なものがある。「磁性体」の種類（磁気秩序の種類）について概観する。また、「磁性体」がある場合の電磁気学的な記述を復習する。 【事前学習】事前に予告された範囲の予習．（１２０分） 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理．（１２０分） |
| 第10回 | 磁性材料Ⅲ：「強磁性体」について学ぶ。強磁性材料の典型的な物性をまとめる。 【事前学習】事前に予告された範囲の予習．（１２０分） 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理．（１２０分） |
| 第11回 | 磁性材料Ⅳ：「強磁性体」の応用例や、新規材料、将来の展望について学ぶ。 【事前学習】事前に予告された範囲の予習．（１２０分） 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理．（１２０分） |
| 第12回 | ナノ材料Ⅰ：ナノ材料とは、そのサイズがナノメートルスケールのものを指す。サイズが小さくなることでどのようなことが起きうるのか、様々な例をしめして平易に解説する。 【事前学習】事前に予告された範囲の予習．（１２０分） 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理．（１２０分） |
| 第13回 | ナノ材料Ⅱ：半導体量子ドット、半導体量子井戸は、ナノメートルサイズの半導体加工技術や測定技術の発達の結果実現されたナノ材料と考えることができる。これらの材料が示す特異な物性や応用についてまなぶ。 【事前学習】事前に予告された範囲の予習．（１２０分） 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理．（１２０分） |
| 第14回 | 受講生が主体的に設定した「機能性材料」に関する発表と質疑応答（1）。 【事前学習】各自のテーマに応じた発表の準備．（１２０分） 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理．（１２０分） |
| 第15回 | 受講生が主体的に設定した「機能性材料」に関する発表と質疑応答（2）。 【事前学習】各自のテーマに応じた発表の準備．（１２０分） 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理．（１２０分） |
その他
| 教科書 |
講義資料を配布する
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| 参考資料コメント 及び 資料（技術論文等） |
Jean-Christophe Charlier, Xavier Blasé, and Stephan Roche, Electronic and transport properties of nanotubes, Rev. Mod. Phys., 79, 677.
G. Grosso, G. P. Parravicini, Solid State Physics, Academic Press, 2014, 2 edition
Stephen Blundell, Magnetism in Condensed Matter, Oxford University Press, 2008
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| 成績評価の方法 及び基準 |
発表の内容，提出物などにより総合的に評価する。 |
| 質問への対応 | 随時質問可． 講義中および講義後にもオンラインで受け付け可能。 ポータルのQ&A機能や電子メールによる質問も受け付けている。 |
| 研究室又は 連絡先 |
駿河台校舎タワースコラ１６階S１６１５室 Tel : 03-3259-0772 email: matsuda.kenichi@nihon-u.ac.jp |
| オフィスアワー |
火曜 駿河台 10:30 ～ 12:10
土曜 駿河台 10:30 ～ 12:10
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| 学生への メッセージ |
数式によって理解するよりも，問題に対するイメージをしっかり持つことを心がけでください． |