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授業科目名
担当教員
量子力学演習
石川 陽
時間割番号
単位数
コース
履修年次
期別
曜日
時限
TAM215 1 (未登録) 2 後期 II
[概要]
現代社会に供する様々なシステム,それを支える電子デバイス,半導体をはじめとする物質素材の根本は,物理学により理解される.昨今のナノテクノロジーの進展のおかげで,物質の構成要素である原子や分子を実空間で観察し,操作することが可能となり,ミクロな世界がより身近になっている.そのようなミクロな世界で起こる物理現象を基礎から理解するためには,量子力学は必要不可欠である.本講義では,古典力学では取り扱えない量子力学特有の様々な現象を具体的に抑えながら,量子力学の基本的な考え方を身につける.講義で取り扱う内容の一部は前期の「初等量子論」と重複する部分もあるが,古典力学と明白に異なる量子力学の概念構造や理論構造を,より包括的かつ体系的に理解する.そのために,「量子力学」の講義内容についての演習問題を解き,知識の定着をはかり理解度を深める.
[具体的な達成目標]
物質工学の根本となる専門的知識の習得を目指して,古典力学では取り扱えない量子力学特有の現象や概念の意味,基本的な考え方,理論構造を習得するために,「量子力学」の講義内容についての演習問題を解くことで,以下の項目を達成することを目標とする.
(1)量子力学特有の現象や概念の意味を理解し,具体例を用いて説明できる.
(2)量子力学の理論構造・理論手法を理解し,基本的な問題へ応用できる.
(3)特にブラケット表記を用いて問題を解くことができる.
(4)物理や化学の分野を問わず,物質工学における量子力学の重要性を説明できる.
(5)物理イメージと数学手法の対応を理解し,具体例を用いて説明できる.
[必要知識・準備]
同時期に開講している講義「量子力学」を必ず履修すること.入門物理,初等量子論,微分積分学,線形代数学,常微分方程式,複素積分(複素数の四則演算).特に,「初等量子論」で学んだ内容は必須であるから、理解できていない者は必ず復習しておくこと.
[評価方法・評価基準]
No評価項目割合評価の観点
1試験:期末期 40  %具体的な達成目標への到達度を評価する. 
2小テスト/レポート 60  %具体的な達成目標への達成度を評価する. 
[教科書]
  1. 独自の演習問題を用いる.参考書は初回の授業で案内する.
[参考書]
  1. 清水明, 量子論の基礎, サイエンス社, ISBN:4781910629
  2. 原田勲,杉山忠男, 量子力学I・II, 講談社, ISBN:9784061572065
  3. J. J. Sakurai, 現代の量子力学(上)(下), 吉岡書店, ISBN:9784842703640
  4. 小野行徳, 電子・物性系のための量子力学, 森北出版, ISBN:9784627775213
  5. メシア, 量子力学1・2・3, 東京図書, ISBN:4489012438
[講義項目]
※講義「量子力学」を履修していることを前提とする.
・講義の内容に合わせて以下の各項目の演習を行う.
・演習計画は講義の進行状況に合わせて適宜調整する.

【量子力学の基礎】

第1回 初等量子論(量子力学の基本事項)の復習
第2回 量子力学を学ぶための数学
第3回 ブラケット・行列表記と波動関数表記
第4回 不確定性関係
第5回 トンネル効果
第6回 1次元井戸型ポテンシャル
第7回 1次元調和振動子
第8回 前半の総括評価・まとめ

【物質系への応用】

第9回 角運動量
第10回 水素原子1(エネルギー固有値・固有状態)
第11回 水素原子2(電子状態と原子軌道)
第12回 水素分子(結合している2原子の問題)
第13回 量子ダイナミクス(原子と光の相互作用)
第14回 結晶(周期的に並んだ多原子の問題)
第15回 総括評価・まとめ
[教育方法]
「量子力学」「量子力学演習」の両方の授業に取り組むことで知識の定着と応用力の修得を目指す.毎回授業時間中に演習問題を解いてmoodleへ提出する.また,授業中に質問を「ライブ型」のリアルタイムでのオンライン形式で受け付ける.総括評価・まとめは対面形式で実施する.
[JABEEプログラムの学習・教育目標との対応]
(未登録)
[その他]
(未登録)