工学部・工学研究科シラバス
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物性基礎工学特論(2.0 単位)

講義番号11295
課程区分前期課程
科目区分専門科目
授業形態講義
対象専攻 応用物理学専攻
開講時期1 春学期隔年
担当教員 田仲 由喜夫 教授  川口 由紀 准教授 

•本講座の目的およびねらい
【授業の目的】
応用物理学の中心的なテーマである超流動・超伝導の基礎について、量子力学、統計力学の1つの応用と位置付けて講義する。講義前半では超伝導現象について、量子多体問題の基礎からスタートして超伝導接合の基礎を理解する。後半では冷却原子気体や超流動ヘリウム4などで起こるボース・アインシュタイン凝縮について、微視的理論の基礎、およびトポロジーおよびトポロジカル不変量といった数学的な概念がいかに物理学に用いられるかについて理解する。また近年話題になっているトポロジカル物質(トポロジカル絶縁体)の基礎について理解する。物性物理学における基礎力、広い視野と総合的に現象を見る力を修得する。(講義の中での第一部 第2部の割合は年度によって変化することがあります。)

【達成目標】
1. 第2量子化の基礎を理解し簡単な計算ができる。
2. 超流動・超伝導との基礎を理解し説明ができる。
3. 超流動・超伝導における基礎方程式が解ける。
4. トポロジカル物質の基礎概念を理解し簡単な計算ができる。

•バックグラウンドとなる科目
量子力学A&B, 統計力学A&B, 物性物理学1-4

•授業内容
本年度の授業予定
1  統計力学の復習(フェルミ分布 ボーズ分布)
2  固体物理の復習(周期ポテンシャルとブロッホの定理)
3  多粒子系の波動関数と第2量子化
4  超伝導現象
5  BCS理論
6  異方的超伝導体の基本的性質 スピン1重項・3重項
7  BdG方程式とアンドレーエフ反射 トンネル効果
8  トポロジカル超伝導と表面アンドレーエフ束縛状態
9  ボース・アインシュタイン凝縮
10 超流動現象の平均場理論による記述
11 ボース粒子系のBogoliubov理論
12 スピン代数
13 スピン自由度を持ったボース・アインシュタイン凝縮体
14 物性物理におけるトポロジー
15 トポロジカル絶縁体入門

講義終了後に授業中に出された課題問題を自分で解くこと。また数回のレポート課題を出すのでまとめて提出すること。

•教科書
教科書は指定しないが適宜関連する参考書、論文を紹介する。

•参考書
超伝導 (朝倉書店)家泰弘
超伝導入門 (培風館)中嶋貞雄
超伝導入門 (裳華房) 青木秀夫
トポロジカル絶縁体入門 (講談社) 安藤陽一
トポロジカル絶縁体・超伝導体(丸善)野村健太郎
Bose-Einstein Condensation (International Series of Monographs on Physics), L. P. Pitaevskii & S. Stringari, Clarendon Pr. (2003)
Physics Reports, Vol. 520, 253 (2012), Y. Kawaguchi and M. Ueda
Introduction to Superconductivity (McGraw-Hill, 1996), Tinkham
Reports on Progress in Physics Vol. 63, 1641 (2000), S. Kashiwaya and Y. Tanaka
Journal of the Physical Socuety of Japan 81, 011013 (2012), Y. Tanaka, M. Sato and N. Ngaosa

•評価方法と基準
レポート(100%) (各内容に関して授業中に出します)
超伝導、第2量子化、トポロジカル絶縁体、冷却原子気体、超流動の基礎に関する概念、用語を理解し、説明ができ、基本的な計算ができること。

•履修条件・注意事項
量子力学、統計力学、固体物理学の基礎を前提とする。

*2020年度春学期はオンライン講義となる.
*詳細はNUCTを見ること

•質問への対応
NUCCを通して質問を受け付けます.

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