理工学部Faculty of Science and Engineering
PHY200XD（物理学 / Physics 200）量子力学Quantum mechanics
宇佐川 利幸Toshiyuki USAGAWA
授業コードなどClass code etc
| 学部・研究科Faculty/Graduate school | 理工学部Faculty of Science and Engineering |
| 添付ファイル名Attached documents | |
| 年度Year | 2022 |
| 授業コードClass code | H5534 |
| 旧授業コードPrevious Class code | |
| 旧科目名Previous Class title | |
| 開講時期Term | 春学期授業/Spring |
| 曜日・時限Day/Period | 金4/Fri.4 |
| 科目種別Class Type | |
| キャンパスCampus | 小金井 |
| 教室名称Classroom name | 各学部・研究科等の時間割等で確認 |
| 配当年次Grade | |
| 単位数Credit(s) | |
| 備考（履修条件等）Notes | |
| 他学部公開科目Open Program | |
| 他学部公開（履修条件等）Open Program (Notes) | |
| グローバル・オープン科目Global Open Program | |
| 成績優秀者の他学部科目履修制度対象Interdepartmental class taking system for Academic Achievers | |
| 成績優秀者の他学部科目履修（履修条件等）Interdepartmental class taking system for Academic Achievers (Notes) | |
| 実務経験のある教員による授業科目Class taught by instructors with practical experience | |
| SDGsCPSDGs CP | |
| アーバンデザインCPUrban Design CP | |
| ダイバーシティCPDiversity CP | |
| 未来教室CPLearning for the Future CP | |
| カーボンニュートラルCPCarbon Neutral CP | |
| 千代田コンソ単位互換提供（他大学向け）Chiyoda Campus Consortium | |
| カテゴリー＜理工学部＞Category |
電気電子工学科 学科専門科目 |
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Outline (in English)
The purpose and the overview of the quantum mechanics are the followings;
(1) Large influence to semiconductor engineering from quantum mechanics. Quantum Potential, Scattering problems of Tunneling effects, PN-junction by negative resistance (Esaki Diodes), Resonant Scattering.
(2) Quantum mechanics about Harmonic Oscillator and Hydrogen-related models.
(3) Orthogonality and δ-function of wave-function by analogy to linear vector space.
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の概要と目的（何を学ぶか）Outline and objectives
シュレディンガー方程式が見いだされ、半導体工学分野にどのような影響を与えたかを量子井戸ポテンシャル、散乱問題、江崎ダイオード、共鳴散乱でのトンネル効果を例に解説する。
また基本的な調和振動子と水素原子類似モデルでの量子力学の解を与える。量子力学の枠組みは、典型的なベクトル空間の数学に準拠する。運動量の固有波動関数である平面波とエネルギーの波動関数を例にフーリエ変換を扱い、波動関数の直行性や線型ベクトル空間の同等性を示す。
到達目標Goal
自分で問題が解けるレヴェルになることを目指す。
この授業を履修することで学部等のディプロマポリシーに示されたどの能力を習得することができるか（該当授業科目と学位授与方針に明示された学習成果との関連）Which item of the diploma policy will be obtained by taking this class?
ディプロマポリシーのうち、「DP1」と「DP2」と「DP4」に関連
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の進め方と方法Method(s)（学期の途中で変更になる場合には、別途提示します。 /If the Method(s) is changed, we will announce the details of any changes. ）
シュレディンガー方程式の解法、波動関数、エネルギー固有値等の理解し、考え方を身に付けさせる。。量子力学の数学的構造を理解し、電気の問題で直面するフーリエ変換との関係を明らかにする。また、固体物理、金属のモデルへの簡単な橋渡しを行う。授業の1－2日前に当日授業内容をメールでファイルを渡すことで、予習ができるようにする
課題等の提出・フィードバックは「学習支援システム」を通じて行う．
アクティブラーニング（グループディスカッション、ディベート等）の実施Active learning in class (Group discussion, Debate.etc.)
なし / No
フィールドワーク（学外での実習等）の実施Fieldwork in class
なし / No
授業計画Schedule
授業形態/methods of teaching：対面/face to face
※各回の授業形態は予定です。教員の指示に従ってください。
第1回[対面/face to face]：井戸型ポテンシャル1
半導体工学への応用に繋がった事例;エネルギー準位の設計
第2回[対面/face to face]：井戸型ポテンシャル2
物理的解釈と工学的事例；光デバイス（LEDやLD)への応用
第3回[対面/face to face]：散乱問題１ トンネル効果
量子力学：ポテンシャル障壁のトンネル効果
第4回[対面/face to face]：散乱問題２ トンネル効果
金属の接触抵抗は量子力学のトンネル効果；WKB近似
第5回[対面/face to face]：PN接合のトンネル効果
負性抵抗：江崎ダイオード
第6回[対面/face to face]：共鳴散乱１
二重バリアの共鳴トンネル効果（理論）
第7回[対面/face to face]：共鳴散乱２ デバイス応用
GaAs/AlAs/GaAs/AlAs/GaAs diode;負性抵抗の工学的実現
第8回[対面/face to face]：調和振動子1
調和振動子のシュレディンガー方程式の解法
第9回[対面/face to face]：調和振動子2
調和振動子の波動関数とエネルギー固有値
第10回[対面/face to face]：水素類似原子模型１
シュレディンガー方程式の解法
第11回[対面/face to face]：水素類似原子模型２
波動関数とエネルギー固有値
第12回[対面/face to face]：水素類似原子模型３
Si半導体中の不純物のエネルギー準位
第13回[対面/face to face]：波動関数の直交性と
δ関数
波動関数の直交性と線形ベクトル空間の同等性
第14回[対面/face to face]：波動関数の直交性と
δ関数
物理的解釈；波動関数の解釈
授業時間外の学習（準備学習・復習・宿題等）Work to be done outside of class (preparation, etc.)
【本授業の準備・復習等の授業時間外学習は、4時間を標準とする】前期に講義する「基礎量子力学」を理解している事を前提にする。ただし、シュレーディンガー方程式を前提に講義を展開するので、数学と古典物理について、勉強して欲しい。
量子力学自身に興味がある学生、将来デバイス・材料工学・ソフトウェア関係に進みたい学生には役に立つ学問。
テキスト（教科書）Textbooks
レジュメのノートを毎回配布する。授業の内容は、レジュメノートの行間に書き入れて欲しい。
参考書References
(1)量子力学の教科書は、数多くある。図書館や書店で自分に合った教科書を見つけよう。
(2)ネットの中には、沢山量子力学の内容を解説している。役に立つ場合がある。
(3) 標準的には、メシア量子力学I,IIとかランダウ・リフシツ量子力学I,II東京図書
成績評価の方法と基準Grading criteria
(1)試験の1月前くらいにレポート問題(33%)を出すので、試験日までに提出。
(2) 試験(33%)と平常点(34%)を加味して総合的にきめる。
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
配布試料を一部見直す。
その他の重要事項Others
疑問が生じたら、すぐに教官に質問しよう。
自分で勉強する態度を身に着けよう。仲間と議論するのも有用。