複雑物性論 (2019年度)
複雑理工学専攻 A1・A2ターム 月曜3限 (13:00-14:45)
種々の固体が示す物性を理解する方法を大別しますと、固体物理学的方法と固体化学的方法があります。
固体物理学では多くの場合、固体を構成する元素種のことを忘れて、固体中の電子やイオンの状態・運動を記述する基礎方程式から出発して、固体の性質を理解しようと試みます。
電子ガスの理論、超伝導のＢＣＳ理論、相転移の Landau 理論などでは、種々の固体の差異は、電子密度、結合定数、転移温度などのパラメーターの違いとして現れます。
固体化学では、固体がどのような元素で構成され、どのような化学結合を形成しているのか、という問いを出発点として、固体の性質を理解することを目指します。
種々の固体のバンド構造、光学スペクトルなどを解釈するには、固体を構成する元素の原子軌道の種類とそれらの間の化学結合を考慮した理論が必要です。
固体の物性をより深く理解するためには、この両方のアプローチから考察することが大切です。
本講義では、固体中の多様で複雑な電子の振る舞いを理解することを目的として、以下のような項目について平易に解説いたします。
量子力学、量子化学、統計力学の基礎事項を説明しながら進めますので、これらの科目を学部で履修されていない方も歓迎します。
Solid state physics and solid state chemistry are the two major methods to understand the physical properties of various solids.
In solid state physics, we usually try to understand the properties of solids based on the basic formulas describing the states and motions of electrons and ions in solids and ignoring the type of elements that constitute the solid.
In the theories of electron gas, BCS theory for superconductivity, and Landau's theory for phase transitions, the difference between each solid emerges as the differences of the parameters of the electron density, coupling constants, transition temperatures etc.
In solid state chemistry, based on the query of what types of elements constitute the solid, and what kind of chemical bonding is formed, we aim to understand the properties of the solid.
In order to interpret the band structures and optical spectra of various solids, we need a theory taking account of the type of atomic orbitals of elements constituting the solids and their chemical bonding.
Consideration from these two approaches is quite important in order to more deeply understand the properties of solids.
In this lecture, aiming to understand the complex behaviors of electrons in solids, I will introduce the following topics as easily as possible.
Since I will conduct this lecture with explanations of basic concepts of quantum mechanics, quantum chemistry, and statistical mechanics, you are welcome even if you had not studied these subjects in your undergraduate course.
This lecture will be given in Japanese. If you cannot understand Japanese, please consult with me via e-mail.
レジュメ (Resume)
（日程を変更する可能性があります。）
１．Introduction：原子から固体へ(９月３０日) 講義スライド pptx (152MB) pdf (5.6MB)
２．結晶構造とタイリング、格子と逆格子(１０月７日) 講義スライド pptx (3.3MB)
３．遍歴する電子（バンド理論）(１０月２１日、２８日) 講義スライド 前半 pptx (1.3MB)
後半 pptx (1.3MB)
４．局在した電子（配位子場理論）(１１月７日) 講義スライド pptx (3.0MB)
５．ヤン・テラー効果、バンド・ヤン・テラー効果(１１月１１日) 講義スライド pptx (1.4MB)
６．揺らぎと線形応答理論(１１月１５日) 講義スライド pptx (793kB)
７．相転移と平均場近似(１１月１８日) 講義スライド pptx (1.1MB)
８．交換相互作用とスピン・軌道秩序(１１月２５日) 講義スライド pptx (1.2MB)
９．電子間クーロン相互作用と金属絶縁体転移(モット転移)(１２月２日) 講義スライド pptx (1.2MB)
１０．電子格子相互作用と金属絶縁体転移（パイエルス転移）(１２月９日) 講義スライド pptx (980kB)
１１．超伝導（BCS理論）(１２月１６日) 講義スライド pptx (1.0MB)
１２．欠陥・表面での電子状態、不純物準位(１２月２３日) 講義スライド pptx (1.1MB)
レポート課題 (締切1月24日)
1. Introduction： from atoms to a solid (Sep. 30th) lecture slide pptx (152MB) pdf (5.6MB)
2. Crystal structures & tiling, lattice & reciprocal lattice (Oct. 7th) lecture slide pptx (3.3MB)
3. Itinerant electrons （band theory）(Oct. 21st, 28th) lecture slide, first half pptx (1.3MB)
second half pptx (1.3MB)
4. Localized electrons （ligand field theroy）(Nov. 7th) lecture slide pptx (3.0MB)
5. Jahn-Teller effect, band Jahn-Teller effect (Nov. 11th) lecture slide pptx (1.4MB)
6. Fluctuation and linear response theory (Nov. 15th) lecture slide pptx (793kB)
7. Phase transition & Mean field theory (Nov. 18th) lecture slide pptx (1.1MB)
8. Exchange interaction & spin-orbit interaction (Nov. 25th) lecture slide pptx (1.2MB)
9. Electron Coulomb interaction & Mott transition (Dec. 2nd) lecture slide pptx (1.2MB)
10. Electron-phonon interaction & Peierls transition (Dec. 9th) lecture slide pptx (980kB)
11. Superconductivity （BCS theory）(Dec. 16th) lecture slide pptx (1.0MB)
12. Electronic states at defects and surfaces, impurity levels(Dec. 23rd) lecture slide pptx (1.1MB)
report assignment (deadline Jan. 24th)