あべんじゃ(元1+仮面浪人)のブログ

学んだことや科学・教育関係のニュースを見て感じたことのまとめを書いていくと思います

2大学に身を置いて感じたこと

仮面浪人時代に在籍した日大(津田沼)と、その後移った新潟大の雰囲気の違い(理工系)を少し書いてみようと思います。

○キャンパス
・日大
学部ごとにキャンパスが散らばっているので、あまり総合大学という感じはせず、単科大学のような雰囲気だった。平地。ただ、1つの学部であった割には広く、図書館などもちゃんとしていた。しかし、図書館の開館時間が短いため、やはり利用者数は少なめか。隣に東邦大学があり、そちらの図書館を利用することも可能。

・新潟大
医歯学系の2年生以上以外は1つのキャンパスにまとまっていて、総合大学感は強い。図書館が比較的新しくて綺麗なのが良い。開館時間もそれなり。他学部の講義も履修しやすい。各学部棟もなぜかトイレはきれいだが雨漏りをしばらく放置せざるを得ない棟もある。坂の多いキャンパスなので、ある棟では1階から入ったのにいつのまにか隣の棟の2階にいることがある。

○学生
・日大
内部生、推薦生が多く、大学受験の感覚を知らない人は多い。大学院生は少ない。理科の教員免許取得を目指す学生は真面目に勉強している。与えられた勉強は真面目に取り組む学生もいるが、自発的な勉強をしている人はあまり少ない印象。

・新潟大
第一志望で入学した人、そうでない人はもちろんいるが、第一志望ではなかった人の中でも、現在地に納得している人と納得できず院で上を目指そうとしている人がいる。工学部では約6割が修士課程へ進学。与えられた勉強に真面目に取り組む人は多いが、講義以外など自発的に勉強するモチベーションをもつ学生は少ない。

両大学とも、僕の交友関係の狭さゆえに自発的な勉強のモチベーションをもつ学生と少ししかお知り合いになれなかった可能性は大いにあるので悪しからず。

KEKサマーチャレンジ2018振り返り(その2)

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(www2.kek.jp)

 

KEKサマーチャレンジ2018振り返り(その1)の続きです。

4.発表

 サマチャレ最終日には口頭発表(20分)とポスター発表がありました。各チーム、口頭発表の仕方は

・メンバー全員がセクションごとに交代しながら発表

・メンバーのうち数人が交代しながら発表

の2通りでした。ちなみに僕のいたチームは前者です。僕は研究背景~目的のイントロを担当しました。

 最終日前日から最終日にかけて一睡もしていなかったので、発表会場ではほとんど居眠りをして実はほとんど他のチームの発表を聞いていませんでした(笑

 なんなら自分たちのチームの発表直前まで居眠りをしていたので、寝起きでの口頭発表という事態になってしましたが、意外と大丈夫でしたね。普段大学では月に一回発表の機会があるので全然緊張もしないで済みました。

 自分が前に出た時に場内を見渡してみましたが、やはり居眠りをしている人がちらほら...(笑

 口頭発表後はポスター発表に移り、口頭発表で聞き逃した分はちゃんと説明してもらいました(他チームの人ごめんなさい)。

 

5.期間中の生活

 期間中はKEK内のドミトリーに宿泊していました。驚いたのは初日の夜、さっそくラウンジでサマチャレ参加学生によるゼミが開催されていたことです。いきなり場の量子論の話や複素多様体の話が飛び出し、ついていけませんでした(同級生のはずなのになんて差があるんだろう...)。

 しかし、しだいに実験やデータの解析で忙しくなり、本格的なゼミは行われませんでしたね。もう少し期間が長く、余裕があればよかったんですが。それでもやはり、ドミトリー内ではことあるごとに物理談義に花が咲いていました。皆、物理が趣味だというような人たちで、所属大学でもこんな雰囲気があればいいんだけどなぁと思わずにはいられませんでした。

 食事はKEK内の喫茶店か食堂、または売店、自販機でとりました。中にはドミトリー内のキッチンで自炊していた人もいましたが、この環境で自炊はすごいですよね(笑

 

 以上がKEKサマーチャレンジの体験です。今後もサマチャレOB・OGイベントがあるみたいなので積極的に参加したいと思っています。

KEKサマーチャレンジ2018振り返り(その1)

 

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(www2.kek.jp)

 

約1ヵ月ぶりの投稿となりますね...(笑

 

実は8月16日~8月25日にかけて、高エネルギー加速器研究機(KEK)構主催のサマーチャレンジという研究実習のようなイベントに参加して来ました!

 

サマーチャレンジ(以下サマチャレ)というイベントがどんなものか、実際に参加してどうだったかを少し書いてみたいと思います。

 

1.どんなイベント?

 サマーチャレンジは、大学共同利用機関法人であるKEKが主催する大学3年生及び高専の専攻科生を主な対象として開催される研究体験イベントです。今年の定員は70名で、そのほとんどは理学部(あるいは理工学部)物理学科の3年生でした。しかし、化学科の人や工学部、医学部、また、1年生で参加する人など、色々な人がいて面白かったですね。

 今年のプログラムは10日間で、前半は午前中に講義、午後に演習(後で詳しく書きます)。後半は1日中演習、という日程で、間にKEKとJPARCの実験施設見学ツアーがありました。

 

2.講義

 期間中、初日はノーベル物理学賞を受賞された小林誠先生による講演から始まり、以後、第一線の素粒子・宇宙・加速器などの分野で活躍する研究者の方々による講義がありました。内容は実験の基礎から加速器、宇宙物理、素粒子物理学など(僕にはちょっと難解でしたが)とても魅力的なものばかりでした。

 ちなみに個人的に1番興味津々だったのは加速器に使われる超伝導技術でしたね(工学部並感)。

 

3.演習

 演習では、テーマごとに10チームに分かれて実験を行いました。期間中、KEKの研究者の方々とTAさんにみっちり指導してもらえます!

 僕は超伝導電磁石の作製と評価のチームを選びました。今年のテーマは全体的に素粒子物理中心だった(以前のサマチャレでは生命系や物質系もあった)のですが、ちょうど超伝導関係のテーマがあってラッキーでした。他にもμスピン回転法による物質の磁性解析とか面白そうなテーマはあったんですけどね。この超伝導チームは6人で、北は北海道から南は大分の出身者まで、このチームメイトもまたとても愉快な人たちでした(笑

 使った材料はBi2223という高温超伝導体、超伝導転移温度は110K!なんでも、臨界電流や臨界磁場の特性的に高温超伝導体の中ではこのBi2223とY123が応用面で有望なのだそうです。とはいえ、この材料はいわゆるセラミックス。脆いため加工は難しく、慎重に行わなければなりません。この演習ではあらかじめ、テープ線材になっているものを巻くところからスタートしました。それと同時に、巻く前の材料の臨界温度と臨界電流を測定しました(この測定ではTc=105K, Ic=195A)。

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(nature.com)

 そして装置を使ってひたすら巻いてゆき、2極1対のコイルができあがったところで電磁石を組み立て、通電して磁場を測定~という流れでした。そして最終日に口頭発表とポスター発表をしました。

 また、これは毎年恒例のようなのですが、最終日前日は徹夜でデータの解析と発表のパワーポイントとポスターを作ることになりました(笑

 

 やや長くなってきたので今回はここまでにしておきたいと思います。その2では発表~全体、期間中の日常生活を書きたいと思います~。

材料系という専攻

普通の大学の工学部では、材料系の学科って影が薄い感じがするんです。サークルの友人にもどんなことやっているのかわからないと言われるし、工学部の他の学科の人にも...。って、工学部の君が知らんのは単なる勉強不足では?

 

と、いうことで

 

材料と名のつく学科では、どんなことをやっているのか?

 

1.学部のカリキュラム

 

例として、僕の所属の講義をいくつか挙げてみたいと思います。

 

線形代数微分積分、物理数学、電気回路論、材料組織学、材料力学、無機化学有機化学、物理化学、高分子科学、生化学、分析化学、光化学、電気化学、生物材料工学、生体分子工学、計測工学、力学、解析力学電磁気学量子力学統計力学固体物理学、物性論、半導体工学、磁性、超伝導

 

上の科目を見てもわかる通り、浅く広くという感じですね。内容の比率的には 物理:化学 : その他 = 5 : 3.5: 1.5 ぐらいです。

 

次に、材料科学のメッカ、東北大学の材料系の講義を見てみましょう。

 

→材料組織学、材料強度学、電子化学、物理化学、反応速度論、結晶回折学、伝熱工学、流体工学、金属精錬学、材料分析科学、物性論、表面科学、磁性材料学、セラミックス材料学、腐食・防食学、素形材工学、塑性加工学、接合工学、材料評価学、構造材料学、破壊力学、高分子科学、生体物質化学etc...

 

これぞ材料系専攻!という感じがします。東北大学工学部材料科学総合学科のHPに載っていた「代表的な」講義、なので、この他にも色々あるのでしょうね、うらやましい。

 

2.研究室の分野

 

例によって、まずは僕の所属大学、専攻から

 

→磁性、超伝導、低温物性、太陽電池半導体、水素関連材料、光触媒、人工光合成、ソフトマテリアル、機能性食品素材、タンパク質材料、金属コーティング材料...

 

正直に言うと物足りなさがあります。大学にもっと教員を雇えと言おうかな(意見箱には投書した)。

 

では、東北大の材料系はどうでしょう。

 

→製鉄プロセス、合金鋳造シミュレーション、相変態・組織制御、圧延・塑性・粉体加工、高温融体、金属・合金ナノ粒子、電極材料、アモルファス材料、燃料電池スピントロニクス材料、磁性材料、極限材料、耐熱材料、半導体、溶接・接合、粉体材料、非破壊分析、生体材料、医用材料、リサイクルプロセス、環境循環材料etc...

 

実に豊富なラインナップ!うちの大学の専攻にもこんなにあったらいいのに!

 

でもまぁ、地方国立大と旧帝大を比較するのはおこがましいですね(笑)

 

 

材料系って何してるの?という問いに対する回答は↑のような内容です。材料科学は色々な分野、業界とつながりがあって面白いですよ~。

 

 

フーリエ解析の参考書(副読本)

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涌井良幸,涌井貞美 著 『道具としてのフーリエ解析日本実業出版社 (2014)

目次

序章 そもそもフーリエ解析とは何か?
第1章 フーリエ級数
第2章 フーリエ変換
第3章 ラプラス変換
第4章 離散フーリエ変換(DFT)と離散コサイン変換(DCT)
第5章 高速フーリエ変換(FFT)
第6章 フーリエ解析微分方程式
第7章 フーリエ解析線形応答理論
付録 フーリエ解析に必須の数学的知識

 

フーリエ解析といえば、理工系の多くの人にとっては避けては通れない大事な数学のツールですよね。僕は独学で微分方程式ラプラス変換フーリエ解析という変な入り方をしましたが、普通は多変数の微分積分の後にそのまま取り掛かるのがいいと思います(笑)

 

この『道具としてのフーリエ解析』ですが、表紙にも書いてある通り、無理なく学べる入門書です。とても易しいかつ優しい本ですね。

 

各章の始めでは、先生と生徒の問答があり、各章のポイントと概観を教えてくれます。

 

また、とても図説が多いです。図がないページ(見開き)はほぼ無い、というぐらい図が豊富です。ページ数は237Pと、それなりにあるように感じますが、すらすらと読み進めることができるはずです。僕は2年次の夏休みに1週間程度で読めました。数学の本なのにあまり紙とペンを使って頑張って式を追う、ということはありませんでしたね。

 

ということで、フーリエ解析とは?からフーリエ級数フーリエ変換ラプラス変換、さらにはそれらを使って何ができるかという応用までを手軽に概観することができます。一般的なフーリエ解析の教科書は定理の証明などを丁寧にやる分、応用の話題なんかはあまり扱っていないことが多いので参考になると思います。

 

ただし、諸定理の証明はほぼほぼカットされていますし、この本1冊で計算に習熟できるわけではないので、もう1冊、適当な教科書を使って勉強することをお勧めします。僕は計算練習に↓の『フーリエ級数ラプラス変換の基礎・基本 (理工系数学の基礎・基本)』を使いました。計算問題の例題が多くて良い練習になります。

 

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僕のフーリエ解析の勉強はこれらと講義、でひとまず終わりでした。余裕があれば↓の『物理現象のフーリエ解析 』も読みたいと思ってます。

 

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半導体の勉強に使った本

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小林聡志,金子双男,加藤景三 著 『基礎半導体工学』 コロナ社 (1996)

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【目次】

1. 半導体
1.1 抵抗率と導電率
1.2 半導体
1.3 代表的な半導体
1.4 シリコン
1.5 導電率制御
問題
2. キャリヤの運動
2.1 電界中における電子の運動
2.2 拡散による電子の運動
2.3 磁界中の電子の運動
  2.3.1 ローレンツ
  2.3.2 ホール効果
付録2.1
付録2.2
問題
3. エネルギー帯図
3.1 エネルギー準位
3.2 電子配置
3.3 共有結合
3.4 エネルギー帯
3.5 シリコンのエネルギー帯
3.6 真性半導体のエネルギー帯図
3.7 不純物半導体のエネルギー帯図
3.8 ドナー準位
3.9 電気伝導の概略
3.10 導体,半導体および絶縁体の区別
3.11 波数空間でのエネルギー状態
3.12 電気伝導
問題
4. キャリヤ濃度
4.1 分布関数
4.2 キャリヤ濃度
4.3 真性半導体
4.4 不純物半導体(Ⅰ)
4.5 不純物半導体(Ⅱ)
4.6 多数キャリヤと小数キャリヤ
4.7 導電率の温度依存性
4.8 禁制帯幅とイオン化エネルギーの求め方
  4.8.1 禁制帯幅
  4.8.2 ドナーのイオン化エネルギー
付録4.1
問題
5. 非平衡状態のキャリヤ
5.1 非平衡状態の例
5.2 小数キャリヤの発生と消滅
5.3 再結合
  5.3.1 直接再結合
  5.3.2 再結合中心を介しての再結合
  5.3.3 表面再結合
5.4 連続の方程式
問題
6. pn接合
6.1 pn接合の構造
6.2 pn結合のエネルギー帯図
6.3 拡散電位
6.4 階段接合
付録6.1
付録6.2
問題
7. pn接合ダイオード
7.1 小数キャリヤの注入
7.2 小数キャリヤの分布
7.3 電圧電流特性(1)
7.4 電圧電流特性(2)
7.5 降伏現象
  7.5.1 ツェナー降伏
  7.5.2 電子雪崩降伏
問題
8. 金属と半導体の接触
8.1 金属-半導体接触のエネルギー帯図
  8.1.1 φm>φsの場合
  8.1.2 φm<φsの場合
8.2 整流性
  8.2.1 φm>φsの場合
  8.2.2 φm<φsの場合
8.3 電圧電流特性
8.4 電圧-容量特性
問題
9. バイポーラトランジスタ
9.1 バイポーラトランジスタの構造
9.2 バイポーラトランジスタの動作原理
9.3 バイポーラトランジスタの記号
9.4 バイポーラトランジスタの出力特性
  9.4.1 ベース接地
  9.4.2 エミッタ接地
9.5 トランジスタの直接特性
9.6 電流増幅率とバイポーラトランジスタの基本設計
  9.6.1 エミッタ効率γ
  9.6.2 到達率
  9.6.3 真性電流増幅率
  9.6.4 電流増幅率
9.7 バイポーラトランジスタの交流特性
問題
10. 電界効果トランジスタ
10.1 接合形電界効果トランジスタ(JFET)
10.2 接合形電界効果トランジスタの静特性
10.3 MIS構造
  10.3.1 エネルギー帯図と電荷分布
  10.3.2 MIS容量
10.4 MIS電界効果トランジスタ(MISFET)
  10.4.1 動作原理の概要
  10.4.2 MISFETの静特性
  10.4.3 MOSFET
10.5 SBFET
問題
11. 半導体バイス
11.1 負性抵抗素子
  11.1.1 トンネル(エサキ)ダイオード
  11.1.2 pnpnスイッチ
  11.1.3 サイリスタ
11.2 高周波デバイス
  11.2.1 ガンダイオード(電子遷移効果ダイオード
  11.2.2 インパットダイオード
11.3 光半導体バイス
  11.3.1 半導体の光吸収
  11.3.2 光導電セル(光導電デバイス
  11.3.3 太陽電池
  11.3.4 ホトダイオード
  11.3.5 ホトトランジスタ
  11.3.6 発光ダイオード
  11.3.7 半導体レーザ
11.4 センサ
11.5 その他のデバイス
  11.5.1 薄膜トランジスタ
  11.5.2 高電子移動度トランジスタ
  11.5.3 量子効果デバイス
問題
12. 半導体バイス作製技術
12.1 シリコン単結晶の引上げ法
12.2 化学的気相成長(CVD)法
12.3 物理的気相成長(PVD)法
12.4 集積回路(IC)とIC作製技術
  12.4.1 集積回路
  12.4.2 IC作製技術
問題
付録
問題解答
索引

 

大学の半導体の講義で指定された本でした。大学の講義で指定された本にしては珍しく(?)分かりやすいなと思いましたね。

 

第1~2章は基本的な電気回路や化学を知っていればスルーしてもいいぐらい基本的な内容、導入ですね。ホール効果なんかも電気回路や電磁気で出てきますね。

拡散現象については初学の時点ではなじみがない人が多いと思うので丁寧に読んだ方がいいと思います。非平衡の熱力学などを勉強したことがあれば拡散方程式の扱いも楽かもしれません。拡散現象、拡散方程式を使った半導体中の電子濃度、正孔濃度の拡散の解説がされています。後々の章でも度々登場するので、その都度読み直すといいとと思います。

 

第3章からがこの本の本番ですね。ここからバンド図を使った解説が始まります。金属や絶縁体と半導体の違い、真性半導体(不純物なし)と不純物半導体の違いや特性をバンド図と言葉で以て解説されています。3.11~3.12節は少し込み入った話になるのでの初学の時点では飛ばしても良いと思います。

 

第4章ではフェルミ分布やボルツマン分布が登場し、キャリヤ(電子・正孔)濃度の定量的な解説が本格的になっていきます。これらの分布関数は統計力学の結果なので、統計力学を勉強するに越したことはないですが、ほとんど知らなくてもそういう式で表される分布関数(電子の分布を決める関数)があるんだなと飲み込んで先に進んでも大丈夫だと思います。

 

第5章では、第2章で勉強した拡散現象が再び登場します。数式の変形が多いですが、行間の飛びが少なく、苦労せずに式が追えると思います。が、この本全体として見ると重要度は低いのでさっと読むだけでいいような気がします。

 

第6章ではかの有名な(?)pn接合の基本的な解説がされています。数式と図、言葉による丁寧な解説なので、これらの対応が理解できれば、この章以降のデバイスの話も理解しやすくなります。

 

第7~10章ではダイオードからトランジスタまで、代表的な半導体バイスの基本原理を、やはり数式と図、言葉で以て丁寧に解説してくれています。例題を解きつつ本文をよ読み進めていくと理解が深まると思います。丁寧に解説してくれているとはいっても、トランジスタの動作原理なんかは難しいと感じたので時間をかけて勉強するしかないですね。ここまでがこの本のメインだと思われます。

 

第11章はさらに進んだ種々の半導体バイスの紹介と簡単な説明です。

 

第12章の半導体バイス作製プロセスは電気・電子系の人にとってはあまり必要がないかもしれませんね。材料系の人にとっては読んだ方がいいとは思いますが、この本の中ではおまけみたいな感じです。

 

 

けっこういい本だなと思ったんですが、ユーザーが少ないみたいなので軽く紹介してみました。気になったら是非、読んでみてください。

大学生の教科書事情

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大学の講義で指定される本って基本的に高いですよね。安くても2,000円ぐらいで、高ければ6,000円近く(シュライバー・アトキンス無機化学など)、また、それ以上...。

 

学生にとってこれはなかなか大きな出費。好きな科目で、長くその本を使うなら新品でもいいと思いますが、1冊の本にお金をかけるなら中古で同じ分野の本を2,3冊買った方が勉強も捗ると思いませんか?

 

ということで僕は大学の講義で指定される本はもちろん、自学用の本も大体は中古で済ませています(著者の方には申し訳ないが、新品の購入による著者・出版社の応援は社会人に任せよう!)。

 

例えば上の岩波書店の物理入門コース1力学は新品だと税込み2,592円ですが、Amazonの中古の最安値だと1円+送料です。これ1冊を新品で買うお金でこのシリーズの本が数冊買えてしまいますね(笑)。

 

Amazon以外にもメルカリや日本の古本屋もたまに利用しますね。

www.kosho.or.jp 

また、大学の近くにはBOOK・OFFや古本屋さんがある場合が多く、そういう立地のお店には、卒業生が売っていったであろう、大学の講義で指定される教科書の中古本がたくさんある可能性が高いです。

 

皆さんも教科書や専門書をお得に手に入れて楽しく経済的に勉強しましょう!