物性科学特論 (I23A)

日本大学理工学部

2025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	物性科学特論
設置学科	電気工学専攻	学年	1年
担当者	佐甲　徳栄	履修期	後期
単位	2	曜日時限	火曜3
校舎	駿河台	時間割CD	I23A
クラス

概要

学修到達目標	量子力学の基礎からはじめて，有限量子多体系の代表格である分子の電子・振動・回転構造を理解する．また分子と外部電磁場との相互作用について学び，物質の光学的性質の基礎を理解する．
授業形態及び授業方法	板書を中心とした講義形式．ノートPCを用いた簡単な数値シミュレーションも並行して行う．
準備学習（予習・復習等）の内容・受講のための予備知識	学部レベルの初等物理を履修していることが望ましい．

授業計画

第1回	講義内容の解説：講義内容の概略，学習目標，および成績評価方法の詳細，電気工学と量子の世界の関係を理解する．	【事前学修】シラバスの内容を把握する．【事後学修】電気工学と量子の世界の関係について復習する．また授業内容に関連した疑問点・興味を持った点について自分で調べ，内容をまとめる．	事前学習・事後学習それぞれ120分
第2回	シュレディンガー方程式と原子単位系：ミクロの世界において電子の状態を記述するシュレディンガー方程式と原子単位系について理解する．	【事前学修】シュレディンガー方程式と原子単位系について調べる．【事後学修】授業内容に関連した疑問点・興味を持った点について自分で調べ，内容をまとめる．	事前学習・事後学習それぞれ120分
第3回	自由粒子のエネルギーと波動関数：自由空間における電子のエネルギーと波動関数，さらにその時間発展について理解する．	【事前学修】自由空間における粒子の波動関数について調べる．【事後学修】授業内容に関連した疑問点・興味を持った点について自分で調べ，内容をまとめる．	事前学習・事後学習それぞれ120分
第4回	フーリエ解析：波動関数を解析する上で重要となるフーリエ展開とフーリエ変換について理解する．	【事前学修】フーリエ展開とフーリエ変換について学部で学んだ内容のおさらいをする．【事後学修】授業内容に関連した疑問点・興味を持った点について自分で調べ，内容をまとめる．	事前学習・事後学習それぞれ120分
第5回	波動関数の座標・運動量表示と不確定性関係：フーリエ変換を使って，波動関数の座標表示および運動量表示について理解する．また関連するテーマとして不確定性関係について理解する．	【事前学修】波動関数の座標表示・運動量表示について調べる．【事後学修】授業内容に関連した疑問点・興味を持った点について自分で調べ，内容をまとめる．	事前学習・事後学習それぞれ120分
第6回	回転の波動関数：分子の回転自由度のシュレディンガー方程式とその解について学ぶ．	【事前学修】慣性モーメントと古典力学における回転の運動方程式について学部で学んだ内容のおさらいをする．【事後学修】授業内容に関連した疑問点・興味を持った点について自分で調べ，内容をまとめる．	事前学習・事後学習それぞれ120分
第7回	振動の波動関数1：調和振動子のシュレディンガー方程式とその解について学ぶ．	【事前学修】調和振動子とエルミート・ガウス関数について調べる．【事後学修】授業内容に関連した疑問点・興味を持った点について自分で調べ，内容をまとめる．	事前学習・事後学習それぞれ120分
第8回	振動の波動関数2：調和振動子の生成・消滅演算子の取り扱いを理解し，応用としてコヒーレント状態についても学ぶ．	【事前学修】調和振動子の生成・消滅演算子について調べる．【事後学修】授業内容に関連した疑問点・興味を持った点について自分で調べ，内容をまとめる．	事前学習・事後学習それぞれ120分
第9回	電子の波動関数1：調和型の量子井戸に閉じ込められた電子の波動関数について学ぶ．	【事前学修】量子井戸について調べる．【事後学修】授業内容に関連した疑問点・興味を持った点について自分で調べ，内容をまとめる．	事前学習・事後学習それぞれ120分
第10回	電子の波動関数2：電子スピンとパウリ行列について学び，フェルミ粒子の波動関数の対称性について理解する．	【事前学修】電子スピンとパウリ行列について調べる．【事後学修】授業内容に関連した疑問点・興味を持った点について自分で調べ，内容をまとめる．	事前学習・事後学習それぞれ120分
第11回	電子の波動関数3：量子井戸に閉じ込められた複数電子の波動関数と振動子強度について学ぶ．	【事前学修】スピン関数の対称性と振動子強度について調べる．【事後学修】授業内容に関連した疑問点・興味を持った点について自分で調べ，内容をまとめる．	事前学習・事後学習それぞれ120分
第12回	波数空間におけるマックスウェル方程式：実空間におけるマックスウェル方程式をフーリエ変換することによって，波数空間におけるマックスウェル方程式を導き，電磁場の「縦波・横波成分」について理解する．	【事前学修】電磁場の縦波・横波について調べる．【事後学修】授業内容に関連した疑問点・興味を持った点について自分で調べ，内容をまとめる．	事前学習・事後学習それぞれ120分
第13回	光・物質相互作用の数値計算法1：シンプレクティック積分法を用いた時間依存マックスウェル方程式の数値解法について理解する．	【事前学修】時間依存マックスウェル方程式の数値解法について調べる．【事後学修】授業内容に関連した疑問点・興味を持った点について自分で調べ，内容をまとめる．	事前学習・事後学習それぞれ120分
第14回	光・物質相互作用の数値計算法2：シンプレクティック積分法を用いた時間依存シュレディンガー方程式の数値解法について理解する.	【事前学修】時間依存シュレディンガー方程式の数値解法について調べる．【事後学修】授業内容に関連した疑問点・興味を持った点について自分で調べ，内容をまとめる．	事前学習・事後学習それぞれ120分
第15回	物質の光吸収と放出：物質における光の吸収・放出機構を量子力学に基づいて理解する．	【事前学修】物質の光吸収と放出について調べる．【事後学修】授業内容に関連した疑問点・興味を持った点について自分で調べ，内容をまとめる．	事前学習・事後学習それぞれ120分

その他

教科書	授業中に随時参考著書・文献について指示します．
参考資料コメント及び資料（技術論文等）
成績評価の方法及び基準	レポートおよび課題の提出によって評価します．提出されたレポート・課題については，授業中にコメントします．
質問への対応	随時対応します．
研究室又は連絡先	研究室：駿河台校舎タワー・スコラ15階 S1501室 sako.tokuei@nihon-u.ac.jp
オフィスアワー	火曜駿河台 20:10 ～ 13:20 研究室
学生へのメッセージ	量子の世界を楽しみながら勉強しましょう．

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