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表面・クラスター科学特論

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令和２年度以降入学者 表面・クラスター科学特論
令和元年度以前入学者 表面・クラスター科学特論
教員名 石田浩
単位数    2 課程 前期課程 開講区分 文理学部
科目群 相関理化学専攻
学期 後期 履修区分 選択必修
授業の形態 BlackBoardを利用したオンデマンド型を主要とするが、zoomを利用したオンラインオフィスアワーなど同時双方向型授業を組み合せる。
BlackboardのコースID：20214113（後・月３）
授業概要 結晶表面・界面の科学
授業のねらい・到達目標 固体結晶表面や界面は、バルク固体とは異なる物性を示す。例えば、絶縁体の結晶表面が2次元金属になることはめずらしくない。本授業では、結晶表面・界面の構造と物性を理解するために必要な概念や解析手法について、理論的側面に重点をおいて説明する。
授業の方法 授業の形式「講義」
通常の講義形式で行うが，レポート等の課題を必要に応じて課す。
授業計画
1 固体表面・界面の科学のイントロダクション
【事前学習】次回テーマに関して参考書等に目を通しておく （2時間）
【事後学習】ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと （2時間）
2 結晶構造について復習する。
【事前学習】次回テーマに関して参考書等に目を通しておく （2時間）
【事後学習】ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと （2時間）
3 ミラー指数を使った結晶面の表現法を学ぶ。結晶面の2次元格子と、結晶面の面間距離の関係について学ぶ。
【事前学習】次回テーマに関して参考書等に目を通しておく （2時間）
【事後学習】ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと （2時間）
4 ミラー指数を使った結晶面の表現法を学ぶ。代表的な結晶面について理解する。
【事前学習】次回テーマに関して参考書等に目を通しておく （2時間）
【事後学習】ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと （2時間）
5 単体物質結晶表面における原子面の緩和について学ぶ。
【事前学習】次回テーマに関して参考書等に目を通しておく （2時間）
【事後学習】ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと （2時間）
6 結晶表面に生じる長周期構造について学ぶ。金属結晶の場合を考える。
【事前学習】次回テーマに関して参考書等に目を通しておく （2時間）
【事後学習】ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと （2時間）
7 結晶表面に生じる長周期構造について学ぶ。半導体結晶の場合を考える。
【事前学習】次回テーマに関して参考書等に目を通しておく （2時間）
【事後学習】ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと （2時間）
8 表面の電子状態について学ぶ。1次元の井戸型ポテンシャルに閉じ込められた自由電子モデルを考える。フェルミエネルギー、仕事関数について学ぶ。
【事前学習】次回テーマに関して参考書等に目を通しておく （2時間）
【事後学習】ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと （2時間）
9 表面の電子状態について学ぶ。表面のジェリウム模型、表面障壁ポテンシャルの起源、電子密度と仕事関数の関係について学ぶ。
【事前学習】次回テーマに関して参考書等に目を通しておく （2時間）
【事後学習】ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと （2時間）
10 一般の結晶表面の電子状態について学ぶ。表面ブリュアンゾーン、射影バンドギャップ、射影バルクバンド等について学ぶ。
【事前学習】次回テーマに関して参考書等に目を通しておく （2時間）
【事後学習】ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと （2時間）
11 一般の結晶表面の電子状態について学ぶ。射影バンドギャップ中の表面局在状態、表面共鳴準位等について学ぶ。
【事前学習】次回テーマに関して参考書等に目を通しておく （2時間）
【事後学習】ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと （2時間）
12 半導体pn接合について学ぶ。電界効果型トランジスターやダイオードの原理を理解する。
【事前学習】次回テーマに関して参考書等に目を通しておく （2時間）
【事後学習】ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと （2時間）
13 トポロジカル絶縁体などのトポロジカル物質相について学ぶ。トポロジカル絶縁体のエッジ状態を用いた電子デバイスについて学ぶ。
【事前学習】次回テーマに関して参考書等に目を通しておく （2時間）
【事後学習】ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと （2時間）
14 結晶界面での電磁波の透過・反射について学ぶ。電磁波の反射率、透過率と物質の誘電関数との関係を学ぶ。
【事前学習】次回テーマに関して参考書等に目を通しておく （2時間）
【事後学習】ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと （2時間）
15 これまでの授業を振り返り、授業の総括を行う。、
【事前学習】これまでの受業のノートを復習しておく （2時間）
【事後学習】ノートを読み返し、理解不足を補っておくこと （2時間）
その他
教科書 使用しない
参考書 使用しない
成績評価の方法及び基準 レポート(70%)、授業参画度:毎回、授業内容に関するアンケートをとる。(30%)
オフィスアワー 打ち合わせの上、時間を設定して、ラーニングコモンズ、物理学科図書室等で行う。
対面困難な学生については、zoom等を用いて質問に答える。

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