光機能化学（大学院生対象）

化学屋の視点から，比較的少数の基礎的な物性物理学を，ゆっくりと学び理解することを目指し行います。主な目標は，波数ベクトル，状態密度，逆格子，ブリルアンゾーン，バンドギャップ，光学的応答などの概念を理解することです。講義では，これらの概念が格子振動，バンド構造，光，電子などの異なる対象について，繰り返し現れます。共通するkeywordは固体と波です。

1. 振動と波動：
振動と波動の違い，進行波，定在波，波動方程式，単振動，オイラー式，フーリエ級数

2. 熱容量Ｉ：
熱容量，デューロンープティの規則，運動エネルギーとポテンシャルエネルギーの期待値，ボルツマン分布，調和振動子，アインシュタインモデル，アインシュタインの比熱式，アインシュタインの特性温度，固体の熱容量，気体の熱容量

3. 熱容量ＩＩ：
k空間，状態密度，デバイモデル，デバイの比熱式，デバイの特性温度，デバイのT3則，アインシュタインモデルとの比較

4. 格子振動Ｉ：
単振動，連成振動子，振動モード，共振，1次元鎖を伝わる波，ブリルアンゾーン，分散関係，光学モードと音響モード

5. 格子振動ＩＩ：
2種類の原子からなる1次元鎖の振動，換算質量，ブリルアンゾーン，還元ゾーン，縮小ゾーン，光学遷移，イオン結晶の吸収

6. 黒体輻射とフェルミエネルギー：
k空間と黒体輻射，レイリージーンズの式，プランクの式，ボルツマン分布，金属の自由電子，フェルミエネルギー，状態密度

7. フェルミエネルギーとフェルミ・ディラック分布関数：
フェルミ・ディラックの分布関数，フェルミ粒子とボーズ粒子，フェルミ気体，仕事関数，光電子放出，熱電子放出，二次電子放出，リチャードソン・ダッシュマンの式

8. 回折と逆空間：
微視的世界と巨視的世界の橋渡し，逆格子，ブラッグの式，逆格子ベクトル，ラウエの回折条件，エバルト球，ミラー指数，ラウエ写真

9. 逆格子とブリルアンゾーン：
逆空間，基本格子と逆格子，逆格子の算出，ブリルアンゾーンと回折の相関性，単純・体心・面心立方格子の逆格子

10. ブリルアンゾーンとバンド構造：
1 st, 2 nd, 3 rdブリルアンゾーン，バンドギャップとブラッグ反射，バンドギャップの生成，2次元結晶のブリルアンゾーンと分散関係，ブラベ格子と逆格子

11. バンド構造と金属・絶縁体・半導体：
バンド構造，有効質量，金属と絶縁体の電気特性，半導体の電気特性，直接遷移と間接遷移，真性半導体と化合物半導体

12. 半導体の物性と機能：
キャリアー，キャリアー濃度，電気伝導，移動度，ケミカルドーピング，P型半導体，N型半導体，PN接合，ダイオード，発光ダイオード（LED），エレクトロルミネッセンス，フォトルミネッセンス，半導体レーザー，フォトダイオード，光起電力，太陽電池

13. 光物性Ｉ：
誘電関数，強制振動，誘電率の実部と虚部，屈折率，吸収，分散，位相遅れ，ローレンツモデル，ドルーデモデル，オームの法則，プラズマ周波数，金属の全反射，金属の色の由来

14. 光物性II：
誘電関数，スペクトルの線形と緩和，ホールバーニング，エキシトン，プラズモン，プラズマ振動，表面プラズモン，非線形光学現象，反転対称性，位相整合

15. 期末試験

講義で使用した参考書：
・ 近藤編，小谷・幸田・染田著「大学院講義物理化学」（東京化学同人）第III部物性
・ 宇野ら訳　キッテル著「固体物理学入門」（上・下）（丸善）
・ 黒澤達美　「物性論‐固体を中心とした‐」（裳華房）
・ 松田ら訳，アシュクロフト・マーミン著「固体物理の基礎（上I, II,下I, II）」（吉岡書店）
・ 石井ら訳　イバッハ・リュート著「固体物理学−新世紀物質科学の基礎‐」（シュプリンガーフェアラーク）
・ 櫛田孝司　「光物性物理学」（朝倉書店）
・ 花村榮一　「固体物理学」（裳華房）
・ 小長井誠　「半導体物性」（培風館）