固体物理学

固体物理学の概念を基礎から解説し、多様な物質の機能を記述する。基礎的な物理学の次のステップに進むための、大学３・４年生向け教科書シリーズ第四弾。

固体物理学の概念を、電子の性質を中心に記述する。その知識をもとに、現代物理学の話題である、多様な物質の機能を説明する。

目次

第I部　固体物理学の基礎
　第1章　金属電子の古典論
　　1.1　ドルーデ理論: 固体物理学の始まり
　　1.2　電気伝導: 金属が電気をよく通す仕組み
　　1.3　熱伝導: 金属が熱をよく通す仕組み
　　1.4　光学応答: 金属光沢の仕組み
　　1.5　還元主義の成功

　第2章　量子力学の復習
　　2.1　量子力学の基礎
　　2.2　波動と粒子の二重性
　　2.3　固有状態と演算子
　　2.4　1次元調和振動子
　　2.5　変分法と試行関数

　第3章　結晶の電子状態
　　3.1　自由電子近似: 量子論を組み込んだドルーデ理論
　　3.2　逆格子: 実空間の格子と相互関係にある格子
　　3.3　タイトバインディング近似: 原子軌道からのアプローチ
　　3.4　ブロッホの定理: 周期ポテンシャルの厳密解
　　3.5　運動方程式: ブロッホ電子の速度と質量
　　3.6　ボルツマン方程式: ブロッホ電子の輸送現象

　第4章　金属電子の量子論
　　4.1　フェルミ面と電子気体: 金属電子の基本概念
　　4.2　金属結合の正体: 自由電子が結晶を安定化する仕組み
　　4.3　熱力学量: 圧力・温度・磁場に対する電子気体の応答
　　4.4　伝導現象: ドルーデ理論のアップデート
　　4.5　ドルーデ理論の成功の秘密

　第5章　半導体
　　5.1　半導体の電子状態: シリコンのバンド構造を例として
　　5.2　ホール: 結晶の中の反物質
　　5.3　真性領域: 熱励起による対生成
　　5.4　不純物半導体: ドナーとアクセプタ

　第6章　格子振動
　　6.1　連成振動: 格子振動の古典論
　　6.2　フォノン: 結晶の中の音波の量子化
　　6.3　光学フォノン: 異種原子からなる結晶のフォノン
　　6.4　格子比熱: 等分配則の破れ
　　6.5　フォノンによる熱伝導
　　6.6　素励起: 結晶の中の素粒子

第II部　さまざまな物質の構造と機能
　第7章　結晶と回折
　　7.1　多くなると何か　ほか

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