Content／学習内容

• 半導体の基礎

  • PN接合ダイオード
  • キャリア密度
  • 少数キャリア/多数キャリア
  • キャリア再結合
  • 整流性

  身近な半導体デバイスを紹介し、集積回路の構成要素であるMOSトランジスタのスイッチとしての動作を紹介する(Part 1)。半導体のキャリアタイプとその密度が、不純物ドーピングで制御できることを学び、キャリア密度を定式化する(Part 2)。PN接合ダイオードに順方向電圧を印加した際のキャリア密度分布を求め、電流電圧特性を定式化する(Part 3)。

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  • 半導体デバイスの概要

    身近な半導体デバイスを紹介し、PN接合が使われていることを紹介する。また、PN接合ダイオードが電流電圧特性に整流性を示すことから、半導体集積回路の構成要素であるMOSトランジスタのスイッチとしての動作を理解する。さらに、どのような元素の組み合わせで半導体が形成されるか理解する。

  • ドーピングによるキャリアタイプと濃度の制御

    伝導帯と価電子帯の形成を理解して、状態密度とFermi-Dirac分布関数を用いて、半導体のキャリア密度を定式化する。さらに、結晶Siを例として、13族または15族元素でSiの一部を置換することで、それぞれp型およびn型半導体になること、不純物の密度によりキャリア密度が制御されることを理解し、定式化する。

  • PN接合ダイオード -基本的な構成要素-

    PN接合ダイオードにおける空乏層の形成を理解し、ポテンシャル分布を表す式を導出し、順方向電圧印加時のキャリア密度分布を求め、電流電圧特性を表す式を導出する。

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  ／講師

  • 末益 崇

    筑波大学 数理物質系 教授

• 太陽電池と光触媒

  太陽電池と光触媒は、エネルギー源である太陽光を電気エネルギーと化学エネルギーに変換する能力を持つ。それぞれの動作原理を簡単に説明しながら、両者に共通する光生成キャリアの取り出しと再結合について考えてみたい。

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  • 太陽電池の原理

    太陽電池の基礎原理を紹介する。

  • 太陽電池のエネルギー損失

    キャリアの再結合の観点から太陽電池のエネルギー損失を考える。

  • タンデム太陽電池と光触媒

    タンデム太陽電池と光触媒について、太陽電池の原理を参照しながら紹介する。

  Lecturers

  ／講師

  • 櫻井 岳暁

    筑波大学 数理物質系 教授

• 磁性材料入門I

  この授業では、現代の技術社会に欠かせない磁性材料について学びます。永久磁石、軟磁性材料、スピントロニクスなど、重要な材料を取り上げます。第1部では、磁性の基本をわかりやすく解説し、磁性と電子技術を融合した最先端技術であるスピントロニクスを紹介していきます。

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  • 磁性材料I、磁気モーメントの起源

    物質における磁気モーメントの起源について説明する。１電子の磁気モーメントについてその起源を考えた後、単一原子内にある複数の電子が作る合成されたスピン量子数について理解する。そして常磁性の振る舞いについて、統計力学に基づいて理解をする。

  • 磁性材料I、強磁性について

    Part ２では、スピン間に生じる磁気的な結合（交換結合）について説明する。さらに、強磁性の自発磁化の振る舞いを、分子場近似を用いて理解する。

  • 磁性材料I、スピントロニクス

    スピントロニクスと磁気記録で用いられるスピントロニクスデバイスについて紹介する。スピントロニクスデバイスで重要な磁気抵抗の原理とその応用について説明する。

  Lecturers

  ／講師

  • 柳原 英人

    筑波大学 国際マテリアルイノベーションプログラム 教授

  • 高橋 有紀子

    筑波大学 数理物質系 教授

• 磁性材料入門II

  このコースでは、グリーンエネルギー変換のための磁性材料、すなわち永久磁石、磁気冷凍材料および磁気記録材料に焦点を当てます。材料設計とマルチスケール微細構造制御が磁性材料のヒステリシスと機能性にどのような影響を与えるかについて説明します。

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  • 磁性材料II、磁気ヒステリシス

    磁化反転や保磁力など磁性の基礎について紹介する。磁気ヒステリシスの内因的および外因的な要因とそれが磁気特性に与える影響について説明する。最後に磁気冷凍効果について簡単に紹介する。

  • 磁性材料II、永久磁石

    永久磁石とそのアプリケーションを紹介し、高特性磁石の開発に必要な基本原理を説明する。

  • 磁性材料II、磁気記録

    磁気記録で用いられる磁性材料について紹介する。磁気記録の原理と最先端の磁気記録技術について説明する。

  Lecturers

  ／講師

  • H. Sepehri-Amin

    筑波大学 数理物質系 教授

  • 高橋 有紀子

    筑波大学 数理物質系 教授

• 光・エネルギー材料

  • エコフレンドリー材料
  • 蓄熱材料
  • スイッチング材料
  • 光磁性材料
  • 発光磁性材料

  本講義では、光およびエネルギー材料をテーマに取り上げる。エネルギー材料については、圧力刺激に応答する蓄熱材料に焦点を当て、その特性と応用について解説する。光材料については、光によるオン・オフ切り替えが可能なスイッチング磁性材料および発光磁性材料を取り上げ、具体的な事例を交えながら詳しく説明する。

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  • エネルギー材料

    本パートでは、エネルギー材料として、圧力刺激に応答する蓄熱材料に焦点を当て、その特性と応用について解説する。

  • 光スイッチング材料

    本パートでは、光スイッチング材料の中でも、光による磁化のオン・オフ切り替えが可能な光スイッチング磁性材料を取り上げ、その具体例や原理について説明する。

  • ランタノイド機能性材料

    本パートでは、光機能性材料として、ランタノイドを用いた発光磁性材料を取り上げ、具体的な事例を交えながら詳しく説明する。

  Lecturers

  ／講師

  • 所 裕子

    筑波大学 数理物質系 教授

  • 王 駿豪

    筑波大学 数理物質系 助教

• 電池および電池材料

  • 電池
  • 電池材料
  • 電池の歴史と種類
  • リチウムイオン電池の構造
  • 電池研究の方向性

  この講義では、電池と電池材料について、まず電池とその用途を紹介し、次に電池開発の歴史と電池化学、リチウムイオン電池の構造と電池研究の方向性について説明する

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  • 電池と電池用途の紹介

    電池の基本情報と用途を紹介

  • 電池の歴史と化学

    電池開発の歴史と様々な種類の電池化学についての説明

  • リチウムイオン電池の構造と今後の電池開発

    リチウムイオン電池の構造と今後の電池開発についての解説

  Lecturers

  ／講師

  • Yu Denis Y. W.

    筑波大学 数理物質系 教授

• 超高速分光

  • フェムト秒レーザー
  • コヒーレントフォノン
  • 超高速現象
  • 電子線回折
  • 構造ダイナミクス

  本講義では、フェムト秒レーザーを用いた物質の光照射下におけるダイナミクス計測について述べる。フェムト秒レーザーの原理および過渡的な物質の状態を計測する分光手法や回折手法について詳しく紹介する。

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  • 超短パルスレーザーの基礎

    本講義では、レーザーの歴史や原理から始めて、フェムト秒レーザーの発振原理や特徴について述べる。

  • 固体における超高速現象：時間分解ポンプ・プローブ分光法

    本講義では、フェムト秒レーザーを用いた物質のダイナミクス計測において、最も代表的な手法であるポンプ・プローブ分光法について述べ、物質のコヒーレントフォノンの計測を紹介する。

  • 超高速電子線回折法

    本講義では、超高速時間分解電子線回折法の原理とそれを用いた計測研究について述べる。超高速時間分解電子線回折法では、物質の光照射下における構造の変化を直接的に観測することが可能である。

  Lecturers

  ／講師

  • 長谷 宗明

    筑波大学 数理物質系 教授

  • 羽田 真毅

    筑波大学 数理物質系 教授

• X線計測

  • X線
  • X線回折
  • 粉末X線回折

  X線回折による原子配列構造観測の基本原理を学ぶ。粉末X線回折を例に実際のデータから構造を決定するプロセスを学習する。

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  • 1. 概要

    X線の性質、X線の利用・応用について説明し、原子配列決定について概要を述べる。粉末試料と単結晶試料によるX線の散乱を説明し、Part2の導入を行う。

  • 2. 粉末X線構造解析I

    粉末X線構造解析に必要となる、原子によるX線の散乱、周期的に配列した原子による散乱、結晶によるX線の散乱について説明する。構造解析で必須となる結晶構造因子を導出する。

  • 3. 粉末X線構造解析II

    粉末X線構造解析について、実験装置の説明、回折データを使った構造解析の手順について説明する。実際のCeO2の粉末回折データから構造を決定するプロセスを学ぶ。

  Lecturers

  ／講師

  • 西堀 英治

    筑波大学 数理物質系 教授

• 量子ビームを用いた物質科学

  放射光・中性子などの量子ビームの特徴と、それらを用いた物質科学研究について紹介する。

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  • 放射光とその表面科学への応用

    放射光の発生や特徴の紹介に続いて，表面を観察する手法の一つであるX線吸収分光の原理と測定方法について解説する。さらに，X線吸収分光法を用いた先端的な測定手法とその応用例を紹介する。

  • 内部構造に基づく分子強誘電体の分極起源の解明

    環境調和性の高さや、フレキシブルデバイスの材料として注目される有機強誘電体を例にとり、放射光X線回折を中心にその結晶構造から分極の起源を調べる手法について解説する。圧力や電場などの外場による構造変調の観測や、中性子回折との比較なども合わせて紹介する。

  • 中性子散乱を用いた物性研究

    量子ビームのひとつである中性子散乱は物性研究において非常に強力なツールの一つである。その特徴を解説し、中性子散乱がどのような研究に役立つのかを述べる。また、実際の低次元量子スピン系に関する研究例を紹介し、その物理の深さと中性子の役割を理解してもらう。

  Lecturers

  ／講師

  • 雨宮 健太

    筑波大学 数理物質系 教授

  • 熊井 玲児

    筑波大学 数理物質系 教授

  • 横尾 哲也

    筑波大学 数理物質系 教授

• カーボンナノチューブ：構造・物性・応用

  Part 1では、カーボンナノチューブに関する概要について紹介する。Part 2では、カーボンナノチューブの物性について紹介する。Part 3ではカーボンナノチューブの応用について紹介する。

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  ／学習動画

  • カーボンナノチューブに関する概要

    カーボンナノチューブの構造・合成法・精製法について紹介する

  • カーボンナノチューブの物性

    カーボンナノチューブのサイズ効果・機械的特性・電子特性・熱特性について紹介する

  • カーボンナノチューブの応用

    カーボンナノチューブのバイオ・複合材・電子デバイス・センサーへの応用について紹介する

  Lecturers

  ／講師

  • 平野 篤

    筑波大学 数理物質系 准教授

  • 湯 代明

    筑波大学 数理物質系 准教授

Staff／スタッフ

• 
  末益 崇

  筑波大学 数理物質系

  教授
  経歴

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• 
  櫻井 岳暁

  筑波大学 数理物質系

  教授
  経歴

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• 
  柳原 英人

  筑波大学 国際マテリアルイノベーションプログラム

  教授
  経歴

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• 
  高橋 有紀子

  筑波大学 数理物質系

  教授
  経歴

  所属機関／部署：
  国立研究開発法人
  物質・材料研究機構
  磁性・スピントロニクス材料研究センター
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• 
  H. Sepehri-Amin

  筑波大学 数理物質系

  教授
  経歴

  所属機関／部署：
  国立研究開発法人
  物質・材料研究機構
  磁性・スピントロニクス材料研究センター
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• 
  所 裕子

  筑波大学 数理物質系

  教授
  経歴

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• 
  王 駿豪

  筑波大学 数理物質系

  助教
  経歴

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• 
  Yu Denis Y. W.

  筑波大学 数理物質系

  教授
  経歴

  所属機関／部署：
  国立研究開発法人
  物質・材料研究機構
  エネルギー・環境材料研究センター
  詳細はこちら

• 
  長谷 宗明

  筑波大学 数理物質系

  教授
  経歴

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• 
  羽田 真毅

  筑波大学 数理物質系

  教授
  経歴

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• 
  西堀 英治

  筑波大学 数理物質系

  教授
  経歴

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• 
  雨宮 健太

  筑波大学 数理物質系

  教授
  経歴

  所属機関／部署：
  高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所
  放射光学科学第一系:表面科学研究部門
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• 
  熊井 玲児

  筑波大学 数理物質系

  教授
  経歴

  所属機関／部署：
  高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所
  放射光学科学第一研究系：
  固体物理学研究部門
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• 
  横尾 哲也

  筑波大学 数理物質系

  教授
  経歴

  所属機関／部署：
  高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所
  中性子化学研究系
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• 
  平野 篤

  筑波大学 数理物質系

  准教授
  経歴

  所属機関／部署：
  産業技術総合研究所
  ナノ材料研究部門
  （CNT機能制御グループ）
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• 
  湯 代明

  筑波大学 数理物質系

  准教授
  経歴

  所属機関／部署：
  国立研究開発法人
  物質・材料研究機構
  ナノアーキテクトニクス材料研究センター
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Competency／コンピテンシー

Information／その他の情報

Contact／お問合せ先

筑波大学JV-Campus連携室:
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