物理システム工学科3年次「物性工学概論」シラバス:2003.4.8配付資料

佐藤勝昭教官(量子機能工学分野教授)専門分野:固体物理学

ホームページ:http://www.tuat.ac.jp/~katsuaki/

講義内容概要:

1.  科目名 物性工学概論

2.  開講年次 3年次前期火曜日1限

3.  担当者 佐藤勝昭

4.  科目の概要:物性というのは物質の物理的性質を学ぶ学問で、物質科学とも呼ばれる。この「物性工学概論」という科目は、物質の性質を知ってそれを制御し応用する力を付けるために設けられた。2002年度は、固体物理学を修得していることを前提にしてアドバンスな内容をということで、光物性の理論を中心に講義[*]したが、受講者のアンケートによれば、「固体物理学を未習得の段階では、程度が高すぎる」、「もっと現実にどう使われているかを知りたい」、「入門的なものにして欲しい」という希望が強かったので今年度は、「現在および将来のエレクトロニクスに用いられる材料につき、実際にどのように応用されているか」に重点を置き、さまざまな材料の光物性と光エレクトロニクスを中心にその物理的概念と考え方を学ぶ。対象となる材料は、金属材料、半導体材料、誘電材料、光エレクトロニクス材料、磁性材料である。これらの材料を通じて、光物性を中心に、半導体物性や磁性などの諸物性について、およその概念を学ぶとともに、固体物理学などの学習のための動機付けとしたい。

5.  構成:章・節・項目

第1章 さまざまな材料の光学現象とその応用
第2章 金属と光
 2.1 金属の特徴は何か
 2.2 金はなぜ金ぴかか:金属の色
第3章 半導体と光
 3.1 半導体の光吸収,
 3.2 半導体の誘電率と反射
 3.3 半導体の発光,
 3.4 半導体デバイスと半導体レーザ,
 3.5太陽電池の原理と実際
第4章 光エレクトロニクス材料
 4.1 光ファイバー通信,
 4.2 光メモリー:光で書いて光で読む
 4.3 さまざまなディスプレイと材料:CRT,LCD,EL、PDP
第5章 磁性体と光
 5.0 磁性入門」

 5.1 ファラデー効果の歴史,
 5.2 MOディスクとMD:光で磁気を読む、偏光の回転
 5.3 光通信とアイソレータ,
 5.4 ルビーの色、サファイヤの色

6.  前提:身の回りのものへの好奇心
数学的能力:不要

7.  関連:

関連科目:電磁気学A,B(1年次後期)、光・波動(2年次前期)、物質科学入門(2年次後期)、エレクトロニクスII(2年次後期),III(3年次前期),IV(3年次後期)、フォトニクス(3年次前期)、固体物理学A,B(3年次後期)、材料系物理工学(4年次後期)

関連事項:半導体デバイス、磁気記録デバイス、光エレクトロニクスデバイス

8.  実験・演習との関係
物理システム工学実験IIIIV 半導体のホール効果、磁性

9.  参考書:佐藤勝昭編著:応用物性(オーム社)、佐藤勝昭・越田信義共著:応用電子物性工学(コロナ社)

山田、佐藤他著:機能材料のための量子工学(講談社)、佐藤勝昭著:金色の石に魅せられて

10.出席、ミニテスト、期末試験を総合的に評価。


授業スケジュールと予習ガイド

第1回 2003.4.8 さまざまな材料の光学現象とその応用
予習項目:元素の周期表:元素の名前、分類、機能を知ろう。屈折率、消光係数と反射率の関係を調べよう。

参考:理科年表(丸善)

第2回 2003.4.15 第2章 金属と光[1]; 2.1金属とは何か

予習項目:金属に分類される物質にどんなものがあるか。

参考:大阪府立産業技術総合研究所のホームページ

http://www.tri.pref.osaka.jp/group/surface/Post/Yanagihara/Y2.pdf「科学者でない人のための金属のはなし」

井口洋夫 監修『金属の話 (改訂版)』(培風館)、西川精一著「金属を知る」(丸善1995

第3回 2003.4.22 第2章 金属と光[2]; 2.2金はなぜ金ぴかか:金属の色

予習項目:様々な光の色を3原色(赤、緑、青)で表すことができるのはなぜか。貴金属の色について考えてみよう。

参考:佐藤研ホームページ:光物性工学配付資料1999.4.13 http://www.tuat.ac.jp/~katsuaki/h990413.html人間の眼

物性工学概論配付資料2002.5.14(http://www.tuat.ac.jp/~katsuaki/B020514.html)古典電子論による説明

第4回 2003.5.6 第3章 半導体と光[1]  3.1 半導体の色, 3.2シリコンの金属光沢:半導体の反射:

予習項目:半導体のバンド構造について予習しておこう。

参考:佐藤・越田著:応用電子物性工学(コロナ社)p.94

 佐藤研ホームページ:物性工学概論配付資料2002.6.11, (http://www.tuat.ac.jp/~katsuaki/B020611.html) 半導体の光吸収

 量子物性工学配付資料2001,5.25 (http://www.tuat.ac.jp/~katsuaki/r010525p.pdf) バンド構造

第5回 2003.5.13 第3章 半導体と光[2]  3.3 光る半導体, 3.4半導体レーザ
予習項目:さまざまなルミネセンスについて調べておこう。半導体のpn接合とは何か予習しておこう。
参考:佐藤・越田著:応用電子物性工学(コロナ社)p112

6回 2003.5.20 第3章 半導体と光[3] 3.5我が家は太陽光発電所:太陽電池のしくみ

予習項目:太陽電池について勉強しよう。

参考:浜川・桑野編「太陽エネルギー工学」(培風館)

第7回 2003.5.27 ミニテスト:金属、半導体の光学的性質

8回 2003.6.3 第4章 光エレクトロニクス材料[1]4.1 光ファイバー通信

予習項目:光ファイバー通信はどのように行われているか調べてみよう。
参考:山下真司著:光ファイバ通信のしくみがわかる本 (技術評論社社)
   西村憲一・白川英俊編著:やさしい光ファイバ通信(オーム社)

9回 2003.6.10 第4章 光エレクトロニクス材料[2] 4.2 光ディスク、光メモリ

予習項目:さまざまな光メモリを調べよう。
参考:朝枝 剛著:光メモリの基礎知識(オプトロニクス社)

10回 2003.6.17 第4章 光エレクトロニクス材料[2]4.3自発光ディスプレイのしくみ
予習項目:さまざまなディスプレイを調べよう。
参考:大石 , 田村 畑田 豊彦編著:ディスプレイの基礎(共立出版)

11回 2003.6.24 第4章 光エレクトロニクス材料[3]液晶ディスプレイのしくみ

予習項目:液晶ディスプレイの原理を調べておこう。
参考:シャープのホームページ (http://www.sharp.co.jp/products/lcd/tech/s2_1.html) 「液晶ディスプレイの原理」

山田、佐藤他著:機能材料のための量子工学(講談社)第4章4.2.4 非線形光学効果p.163

12回 2003.7.1 5 磁性体と光[]5.0 磁性入門、ハードディスクのしくみ

予習項目:磁性体とは何か。調べておこう。
参考:佐藤研究室ホームページhttp://www.tuat.ac.jp/~katsuaki/jiseinyumon.files/frame.htm磁性入門OHP

13回 2003.7.8 5 磁性体と光[]5.1 ファラデー効果の歴史, 5.2  MOディスクとMD

予習項目:ファラデー効果の原理を調べておこう。
参考:佐藤勝昭:光と磁気(改訂版) (朝倉書店)

14回 2003.7.15

第5章 磁性体と光[]5.3 光通信とアイソレータ, 5.4 ルビーの色、サファイヤの色

予習項目:光アイソレータの原理を調べておこう。参考:佐藤勝昭:光と磁気(改訂版) (朝倉書店)

15回 2003.7.29 期末テスト:光エレクトロニクス、磁気と光



[*] http://www.tuat.ac.jp/~katsuaki/bk2002.html参照