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材料物理学入門






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書籍情報
材料学の根幹をなす結晶学,電子論,熱統計力学の三分野を柱に執筆され,材料の物理的側面に的を絞った材料物理学入門書である.理工系の学生や研究者が,細分化された科学技術の壁を乗り越え,相互に意思疎通のできる素地作りを目指している.本書で取り上げる各項目は著者が長年温めてきた材料物理学の基礎概念である.理工系,工学系の学生はもちろん,産業界で活躍する材料を扱う技術者・研究者,あるいは材料物理学を学び直したい方の座右の書となるだろう.工学と理学の融合を目指し材料物理学の基礎概念を示す.
材料学シリーズ:堂山昌男・小川恵一・北田正弘 監修
材料物理学入門
結晶学,量子力学,熱統計力学を体得する
A5/304頁 定価(本体4000円+税) 978-4-7536-5646-2
小川恵一(Ph.D.) 著
まえがき 著者略歴

目 次
§1 材料物理学とは―石英を例に考える
§1.1 単結晶水晶の外形と対称性
§1.2 水晶と石英ガラスの原子配列と機能特性
§1.3 材料と学際的アプローチ
§1A 補足説明
dBとdB/km

§2 2次元結晶の周期的構造と対称性
§2.1 モチーフと周期的配列と対称性
§2.2 2次元の点対称操作
§2.3 2次元ブラベー格子
§2.4 2次元点群
§2.5 2次元空間群
§2.6 結晶の対称性:階層性と系統樹
§2.7 ミラー指数と逆格子―2次元の場合
§2.8 逆格子の対称性と消滅則
§2A 補足説明
群論

§3 3次元結晶の周期的構造と対称性
§3.1 3次元ブラベー格子,点対称群,空間群
はじめに/3次元ブラベー格子―並進対称性/3次元点対称/3次元空間群
§3.2 原子のボールモデルと周期配列
はじめに/六方最密格子(hcp)/面心立方格子(fcc)/fcc,hcpと菱面体格子の関係/体心立方格子(bcc)/ボールモデルの検証
§3.3 配位数と充填率
§3.4 格子間原子の8面体位置と4面体位置
§3.5 2元系化合物結晶の構造
§3.6 3元系化合物結晶の構造
§3.7 ミラー指数と逆格子―3次元の場合
§3.8 逆格子ベクトルとブラッグの条件
§3.9 六方格子のミラー指数
§3A 補足説明
らせん軸対称/ステレオ投影/4面体モチーフと立方晶/sp3混成軌道

§4 電子論―原子,自由電子,ブロッホの定理
§4.1 再訪―量子力学入門
§4.2 原子の電子構造
§4.3 原子の電子配置と周期律
§4.4 自由電子(I)―深さ有限の1次元井戸型ポテンシャル
§4.5 自由電子(II)―深さ無限大の1次元井戸型ポテンシャル
§4.6 自由電子(III)―3次元の場合
§4.7 ブロッホの定理
ブラベー格子の並進対称性と波動関数/並進演算子T^(R)と結晶運動量‾hk/ブラッグ反射と逆格子ベクトルGhkl
§4.8 ブリランゾーンと逆格子
§4.9 平方格子,fcc,bcc,単純立方格子のブリランゾーン
§4A 補足説明
走査型トンネル顕微鏡

§5 バンド理論―準自由電子近似vs.強束縛近似
§5.1 周期ポテンシャルの起源
§5.2 自由電子vs.空格子
§5.3 準自由電子近似―弱い周期ポテンシャル
§5.4 強束縛電子モデル―強い周期ポテンシャル
§5.5 バンド構造から見る金属と絶縁体
§5.6 群速度と有効質量

§6 再訪―ヒューム・ロザリー則の電子論
§6.1 相の安定性―バンドギャップとブリランゾーン境界
§6.2 モット-ジョーンズの理論
§6.3 FLAPW-Fourier法とHR則
解題:バンド計算プログラムFLAPW-Fourier/MT球ポテンシャルと波動関数/結晶格子とφk+GMTout(r)の干渉効果
§6.4 HR則の再生と電子原子比e/a―Cuを中心に
§6.5 銅-亜鉛合金のγ相(Cu5Zn8)とHR-MS則
§6A 補足説明
定在波,ブラッグ反射,BZ境界の相互関係

§7 ボルツマン方程式―電子の動的性質
§7.1 金属の電気抵抗―ドルーデの式(古典論)
§7.2 ボルツマン方程式
§7.3 ボルツマン方程式と電気伝導率(量子論)
§7.4 電子比熱
§7.5 熱伝導率の量子論とヴィーデマン-フランツ則
§7A 補足説明
デルタ関数δ(x)

§8 再訪―相転移の熱統計力学
§8.1 はじめに―自発的な対称性の破れ
§8.2 自由エネルギーの極値定理
完全微分dU vs.不完全微分δqとδw―不可逆過程の視点/不可逆過程と極値原理-(1)孤立系 理想気体の断熱膨張―不可逆過程の視点/(2)閉じた系―熱力学ポテンシャル最小/(3)開いた系―ケミカルポテンシャル
§8.3 モルギブスエネルギー
オイラーの定理とギブス-デュエムの式/1成分,2相系/2成分,1相系-(a)2元系全率固溶体/(b)空孔/(c)難固溶体の固溶度/2成分,2相系
§8.4 ギブスの相律
§8.5 相転移の次数
§8A 補足説明
ルジャンドル変換/ヘルムホルツ自由エネルギー,ギブス自由エネルギーの‘自由’について/理想気体のケミカルポテンシャル

§9 相変態―ランダウ方程式
§9.1 クラペイロンの式と状態図
§9.2 ランダウ方程式と臨界指数
§9.3 磁気転移
磁性体の熱力学ポテンシャル/強磁性/常磁性
§9.4 合金の規則-不規則転移
§9.5 超伝導-常伝導相転移
クーパー対とギンズバーグ-ランダウの波動関数/マイスナー効果と臨界磁場/永久電流
§9A 補足説明
常伝導体のギンズバーグ-ランダウエネルギー密度



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