hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地震波形を用いた地すべりのリアルタイムモニタリングとメカニズム解明

2015年北海道羅臼町で発生した海岸地すべりでは、前兆信号と見られるスティックスリップ状の地震波形が観測されている。2017年度に、この地すべり上に水位計、EC計、パイプひずみ計、雨量計、地震計を設置して観測を開始し、本年度も引き続き観測を継続した。地すべりの大規模な崩壊は発生しなかったが、パイプひずみ計に500μS程度のひずみが発生したため、他の観測データとの関連を調査している。また、2017年5月に飯山市で発生した山腹崩壊の地震波形の解析を行った。この山腹崩壊は、民家から離れた山間部で発生し、直接目視することが困難であったが、地震波形およびドローンでの写真撮影、さらにLiDARによるデジタル標高モデルを利用する事によって、運動メカニズムが明らかになった。山腹崩壊は、体積の7割以上を占める南北に平行移動した大規模地すべりと、別の谷筋を流れた土石流の2つに分かれて発生したことが分かった。また、地震記録や表層の写真から、地すべりが先に発生し、約1分後に土石流が発生したことが分かった。今年度は、ウェスタンワシントン大学のAuerbach氏と共同研究を開始し、地すべりの前兆信号と見られる繰り返し地震波形について、日本国外でのデータの収集及び分析を行った。Auerbach氏は地すべりや火山など地震以外の分野にも詳しく、様々な地震波形の解析を過去に行っている。Auerbach氏がかつて在籍していたアラスカ地震観測所が観測しているIliyamna火山において、雪崩や地すべりに伴って度々スティックスリップ状の地震波形が観測されており、そのデータを過去20年にわたって収集した。Iliyamna火山では、雪崩の発生直前のみならず、直後にも繰り返し地震波形が観測されることが分かり、地すべりの運動と斜面の不均質構造が密接に関わっていることが示唆される。本年度は、リアルタイムで処理できるプロトタイプシステムの構築、羅臼地すべり周辺のデータ解析、岩石実験のスティックスリップ現象との比較を行う計画であった。リアルタイムプロトタイプシステムの構築に関しては、ソフトウェアエンジニアと協力して、地震波形を連続的に計算できるプログラムと、イベント発生時にデータをプロットしたりプッシュ通知を行うシステムを作成した。今後、計算アルゴリズムの高度化とノイズの識別法を改良していく。羅臼地すべり周辺のデータ解析については、予定通り進行している。今年度は大きな崩壊イベントは発生しなかったため、引き続き観測を継続する。岩石実験のスティックスリップ現象との比較に関しては、予定を変更し、海外の地すべりや雪崩に伴って発生した繰り返し地震波形のデータ収集及び分析を行った。海外の地すべりの地震波形に関しても、日本のデータとの共通点が多く、この繰り返し地震が特異なイベントではなく一般的な現象であることを示している。地すべりの動きに伴う繰り返し地震波形は、羅臼地すべり以外でも観測されている。今後は、他のサイトの地震波形を解析し、比較検討を行う。2018年度には、過去20年に渡ってアラスカIliyamna火山の地震波形を収集し、イベントのカタログを作成した。このデータを詳細に分析して、スティックスリップ現象のタイミングや波形の振幅を説明する物理モデルを構築する。また、羅臼地すべりの地質構造に、繰り返し地震波形を生み出すような特徴があるかどうかを調べるため、岩石実験を行う予定である。すべりが発生したと考えられる地層のコアサンプルを採取し、リングせん断試験機を利用して、すべり始めの摩擦特性を把握する。このように、解析的アプローチと実験的アプローチの両側面から、地すべりのすべり始めのメカニズムについて解明を進めていく予定である。この地すべりは、地層とほぼ平行にすべっており、土塊に押されて座屈した海底が隆起することによって停止している。この隆起部は冬季の強風と高波によって侵食が進んでおり、隆起部のストッパーがなくなってしまうと、この地すべりが再活動する可能性がある。このように、地層面を境界として大規模な土塊が海岸へ平行移動するメカニズムは存続しており、再びすべり面でスティックスリップ現象が発生する可能性がある。今年度は、本地すべりの挙動をモニタリングするため、地すべり周辺で地震観測と既存ボーリングコア内での観測装置の設置を行った。地震計は震源決定を可能にするため、地すべり周辺に3点設置した。また、ボーリングコア内には、水位計2台とEC計2台、およびパイプひずみ計(1m間隔)を設置した。今後継続してデータを取得することにより、地すべり運動と間隙水圧のパラメータ、振動との関係をモニタリングしていく。また、2017年度新たに発生した地すべりの周辺の地震波形解析及び現地調査を実施した。2017年5月19日に長野県飯山市で発生した山腹崩壊では、周辺の地震計で振動が記録されていた。この地震記録を解析することにより、山腹崩壊が2つに分割して発生したこと、1つ目の崩壊が体積が大きく、2つ目の崩壊は数十秒後で土石流を伴っていたことが明らかになった。さらに、現地調査にてドローン撮影を行うことにより、地すべりの3次元モデルを作成した。このモデルも、地震波形から推定された地すべり運動と整合的であった。今年度は研究の初年度となるため、当初の目的として挙げていた2015年北海道羅臼町で発生した海岸地すべり周辺の観測機器の設置を行った。今後、データが蓄積されていくにしたがって、地すべりの挙動を解析していく予定である。

また、2017年度新たに発生した飯山市の地すべりの地震波形解析や現地調査を追加で行い、地震波形記録が地すべりの運動メカニズム解明に役立つことを示した。2015年北海道羅臼町で発生した海岸地すべりでは、前兆信号と見られるスティックスリップ状の地震波形が観測されている。2017年度に、この地すべり上に水位計、EC計、パイプひずみ計、雨量計、地震計を設置して観測を開始し、本年度も引き続き観測を継続した。地すべりの大規模な崩壊は発生しなかったが、パイプひずみ計に500μS程度のひずみが発生したため、他の観測データとの関連を調査している。また、2017年5月に飯山市で発生した山腹崩壊の地震波形の解析を行った。この山腹崩壊は、民家から離れた山間部で発生し、直接目視することが困難であったが、地震波形およびドローンでの写真撮影、さらにLiDARによるデジタル標高モデルを利用する事によって、運動メカニズムが明らかになった。山腹崩壊は、体積の7割以上を占める南北に平行移動した大規模地すべりと、別の谷筋を流れた土石流の2つに分かれて発生したことが分かった。また、地震記録や表層の写真から、地すべりが先に発生し、約1分後に土石流が発生したことが分かった。今年度は、ウェスタンワシントン大学のAuerbach氏と共同研究を開始し、地すべりの前兆信号と見られる繰り返し地震波形について、日本国外でのデータの収集及び分析を行った。Auerbach氏は地すべりや火山など地震以外の分野にも詳しく、様々な地震波形の解析を過去に行っている。Auerbach氏がかつて在籍していたアラスカ地震観測所が観測しているIliyamna火山において、雪崩や地すべりに伴って度々スティックスリップ状の地震波形が観測されており、そのデータを過去20年にわたって収集した。Iliyamna火山では、雪崩の発生直前のみならず、直後にも繰り返し地震波形が観測されることが分かり、地すべりの運動と斜面の不均質構造が密接に関わっていることが示唆される。本年度は、リアルタイムで処理できるプロトタイプシステムの構築、羅臼地すべり周辺のデータ解析、岩石実験のスティックスリップ現象との比較を行う計画であった。リアルタイムプロトタイプシステムの構築に関しては、ソフトウェアエンジニアと協力して、地震波形を連続的に計算できるプログラムと、イベント発生時にデータをプロットしたりプッシュ通知を行うシステムを作成した。今後、計算アルゴリズムの高度化とノイズの識別法を改良していく。羅臼地すべり周辺のデータ解析については、予定通り進行している。今年度は大きな崩壊イベントは発生しなかったため、引き続き観測を継続する。岩石実験のスティックスリップ現象との比較に関しては、予定を変更し、海外の地すべりや雪崩に伴って発生した繰り返し地震波形のデータ収集及び分析を行った。海外の地すべりの地震波形に関しても、日本のデータとの共通点が多く、この繰り返し地震が特異なイベントではなく一般的な現象であることを示している。
超分子構造の擾乱抑制に基づく高効率電子伝達系の実現

従来の有機ー無機電子伝達系の問題点は、分子間の相互作用による擾乱であった。効率的な光の捕集と無機材料への電子伝達を同時に実現するにためには、無機表面に対して高密度に分子を配列する必要がある。しかし、電子伝達や光捕集に優れた共役分子は無機固体表面上で凝集し、無秩序な分子間相互作用によって物性値が低下することが知られている。従来はこれを防ぐために、非凝集性の分子をマトリックスとして混合する手法が用いられており、素子の低密度化が犠牲となっていた本研究では、光ー物質変換における新機軸の創出を目指し、被覆型共役分子の片末端に、酸化チタンをはじめとする金属酸化物に接合可能なカルボン酸・亜リン酸を導入し、多様な無機材料を介した電子伝達系を構築した。即ち、被覆型ユニットの両端に光捕集系となるドナーユニットと無機界面への接着部位を導入した共役接合分子を合成し、金属酸化物や単体金属からなる無機表面への接合を評価した。接合状態は原子間力顕微鏡観察やサイクリックボルタンメトリーを用いて測定した。被覆や共役構造を探索し、超分子構造が実デバイスに与える効果を分子内外の擾乱性に着目して解析した。ロタキサン型接合分子に光捕集ユニットを連結し、有機ー無機界面における電子伝達効率を評価した。尚、無機半導体としては従来の酸化チタン等の酸化物にとどまらず、酸ハロゲン化物などの混合アニオン系も検討し、本手法の高い汎用性の実証を目指した。効果的接合によって得られた被覆型電子伝達系において、分子系の光吸収で生じた励起電子を無機半導体材料へと電荷分離して効率良く取り出し、水分解のエネルギー源として用いることで、効率的な水分解系を構築した。いずれも被覆による分子間相互作用や熱擾乱に対する抑制効果を活用して、夾雑環境下や幅広い温度領域下であっても安定にかつ高効率で稼働する光変換系を実現した。近年,高度に機能化された有機共役化合物を無機基板表面に修飾した有機-無機ハイブリットデバイスが達成されている。しかし,通常は共役部位間のπ-π相互作用による凝集を回避するために,希薄条件やマトリックスを用いた低密度な修飾が行われており,物性向上のための高密度な分子接合は困難である。そこでπ-π相互作用を抑制するために,環状分子である完全メチル化シクロデキストリンに共役分子を貫通させ,ロタキサン構造を構築し,先端部位にフェロセンを有する被覆型接合分子の合成と物性を評価した。この被覆型接合分子末端にはITO基板に直立して接合可能な亜リン酸部位を導入した。包接の効果を観察するため,包接分子と非包接分子のメタノール溶液に浸漬したITO基板を原子間力顕微鏡(AFM)で観察し,垂直方向の高さ測定を行った。その結果,非包接体は凝集体が確認されたのに対し,包接体は分子間π-π相互作用が抑制され,凝集することなく基板に直立して接合した。このフェロセン部位を有する被覆型接合分子では,AFM画像において分子の高さ(約2 nm)に相当する構造体が観測された。また被覆型接合分子の浸漬濃度の増加に従って基板上の接合密度が増大し,被覆効果により単分子性を維持したまま,高密度に界面を共役分子により修飾できることが明らかとなった。一方,対応する非包接体では,分子が接合していないと考えられる表面が観察され,また,分子の凝集体に相当する構造体が見られた。このような凝集体の形成は,被覆されていない共役鎖間で強いπ-π相互作用が働くことに起因すると考えられ,単分子性の確保には被覆が重要であるということを示唆する結果が得られた。次に,被覆型接合分子を接合させたITO基板に対してサイクリックボルタンメトリー測定を行い,接合密度の変化について調査した結果,濃度の増大に従って接合密度の値が収束する結果が得られたため。<有機・無機界面における電荷移動特性の定量>ロタキサン型電子伝達系に光捕集ユニットを連結し,有機-無機界面における電子伝達効率を評価する。被覆構造によって,他分子が周囲に存在する夾雑系においても効率的に電子移動が生じるなど,分子内外の擾乱抑制効果を評価する。光照射に対する電子移動効率・温度依存性・夾雑物の効果などを,被覆の有無で比較する。同時に,電荷輸送速度に対する被覆の効果を定量する。電荷移動速度はフェロセンなどの酸化還元応答性を有する接合分子に対して,サイクリックボルタンメトリーとLavironの式を用いた手法によって評価する。距離依存性や被覆位置依存性を比較することで,無機材料への電子伝達における被覆分子の優位性を示すと同時に,物質変換・光電変換素子への分子設計指針を得る。これによって,電子伝達系に対する被覆の効果をより詳細に理解する。<水の光分解系・光電変換における被覆効果の解明>光捕集ユニットと反応系を被覆型電子伝達系で接続し,実際に光-物質変換分子を合成する。物質変換デバイスでは逆電子移動の抑制が重要であり,初年度のドナー・アクセプターの系から得られた情報に基づき,ユニット接続官能基や共役主鎖骨格を最適化し,水の光分解系を実現する。光捕集ユニットとしては,有機材料に加えて無機材料も対象とし,本電子伝達系における接続ユニット汎用性を最大限に活用する。さらに超分子電子伝達系の応用展開として,物質変換以外の光変換素子である光-エネルギー変換素子の構築を目指す。

酸化インジウムスズ(ITO)などの導電性の無機固体を電極として接続した被覆型電子伝達系に対して,励起電子を無機材料へと電荷分離させ,光電流として取り出す。被覆の熱擾乱抑制効果を用いて,幅広い温度領域で安定に動作する光電変換素子を目指す。従来の有機ー無機電子伝達系の問題点は、分子間の相互作用による擾乱であった。効率的な光の捕集と無機材料への電子伝達を同時に実現するにためには、無機表面に対して高密度に分子を配列する必要がある。しかし、電子伝達や光捕集に優れた共役分子は無機固体表面上で凝集し、無秩序な分子間相互作用によって物性値が低下することが知られている。従来はこれを防ぐために、非凝集性の分子をマトリックスとして混合する手法が用いられており、素子の低密度化が犠牲となっていた本研究では、光ー物質変換における新機軸の創出を目指し、被覆型共役分子の片末端に、酸化チタンをはじめとする金属酸化物に接合可能なカルボン酸・亜リン酸を導入し、多様な無機材料を介した電子伝達系を構築した。即ち、被覆型ユニットの両端に光捕集系となるドナーユニットと無機界面への接着部位を導入した共役接合分子を合成し、金属酸化物や単体金属からなる無機表面への接合を評価した。接合状態は原子間力顕微鏡観察やサイクリックボルタンメトリーを用いて測定した。被覆や共役構造を探索し、超分子構造が実デバイスに与える効果を分子内外の擾乱性に着目して解析した。ロタキサン型接合分子に光捕集ユニットを連結し、有機ー無機界面における電子伝達効率を評価した。尚、無機半導体としては従来の酸化チタン等の酸化物にとどまらず、酸ハロゲン化物などの混合アニオン系も検討し、本手法の高い汎用性の実証を目指した。効果的接合によって得られた被覆型電子伝達系において、分子系の光吸収で生じた励起電子を無機半導体材料へと電荷分離して効率良く取り出し、水分解のエネルギー源として用いることで、効率的な水分解系を構築した。いずれも被覆による分子間相互作用や熱擾乱に対する抑制効果を活用して、夾雑環境下や幅広い温度領域下であっても安定にかつ高効率で稼働する光変換系を実現した。近年,高度に機能化された有機共役化合物を無機基板表面に修飾した有機-無機ハイブリットデバイスが達成されている。しかし,通常は共役部位間のπ-π相互作用による凝集を回避するために,希薄条件やマトリックスを用いた低密度な修飾が行われており,物性向上のための高密度な分子接合は困難である。そこでπ-π相互作用を抑制するために,環状分子である完全メチル化シクロデキストリンに共役分子を貫通させ,ロタキサン構造を構築し,先端部位にフェロセンを有する被覆型接合分子の合成と物性を評価した。この被覆型接合分子末端にはITO基板に直立して接合可能な亜リン酸部位を導入した。包接の効果を観察するため,包接分子と非包接分子のメタノール溶液に浸漬したITO基板を原子間力顕微鏡(AFM)で観察し,垂直方向の高さ測定を行った。その結果,非包接体は凝集体が確認されたのに対し,包接体は分子間π-π相互作用が抑制され,凝集することなく基板に直立して接合した。このフェロセン部位を有する被覆型接合分子では,AFM画像において分子の高さ(約2 nm)に相当する構造体が観測された。また被覆型接合分子の浸漬濃度の増加に従って基板上の接合密度が増大し,被覆効果により単分子性を維持したまま,高密度に界面を共役分子により修飾できることが明らかとなった。
培養条件下における未分化維持機構の検索

本研究は、細胞培養条件下における幹細胞の未分化維持因子について検討するために、長期継代培養細胞群に対して、Wntシグナル伝達の構成経路に対する阻害剤を作用させ、幹細胞の分化能力について検討を行った。長期細胞培養後の幹細胞に対してWntシグナル阻害剤を作用させた実験群では非作用群と比較して、分化能力が高くなっている事が確認された。このことから、Wntシグナル阻害剤は、細胞培養条件下において幹細胞の未分化維持因子として作用している可能性が示唆された本研究は、細胞培養条件下における幹細胞の未分化維持因子について検討するために、長期継代培養細胞群に対して、Wntシグナル伝達の構成経路に対する阻害剤を作用させ、幹細胞の分化能力について検討を行った。このことから、Wntシグナル阻害剤は、細胞培養条件下において幹細胞の未分化維持因子として作用している可能性が示唆された乳歯歯髄由来幹細胞(SEHD)および歯根膜由来幹細胞(PDLSCs)は、抜去歯より採取することが可能な間葉系幹細胞であり、骨細胞などへの高い分化能を有していることが知られ、硬組織再生などの応用が可能な幹細胞である。しかし、SHEDおよびPDLSCsを用いて広範囲の硬組織を再生する場合、大量の幹細胞が必要となる。一般に生体内の幹細胞数はごく少量であり、生体内から十分量の幹細胞を得ることは極めて困難なため、SHEDおよびPDLSCsを用いた再生医療実現には、限られた資源から幹細胞を同定し、生体外で効率よく細胞数を増やすことが必要である。つまり、幹細胞を未分化状態で維持し培養することが必要となる。そこで、本研究では、SHEDおよびPSDSCsにおける未分化維持因子についてWntシグナルに焦点を絞り、培養条件下における未分化維持効果について解析を行った。抜去歯の歯髄および歯根膜より酵素処理によってSHEDおよびPDLSCsの初代幹細胞の単離を行った。単離した初代細胞を用いて、Wnt-3a無添加群およびWnt-3a添加群それぞれに対し継代培養を行い、長期継代培養後のSHEDおよびPDLSCsの未分化状態を、BrdU assay、細胞増殖assay、FACSおよび免疫染色における幹細胞マーカーの解析、in vivoおよびin vitro骨誘導assay等の実験によって評価を行った。SHEDおよびPDLSCsの両方の細胞において、Wnt-3a添加群では非添加群と比較し、BrdU assay、細胞増殖assay、FACSおよび免疫染色における幹細胞マーカーの解析、in vivoおよびin vitro骨誘導assay等の全ての実験において優位に未分化状態が維持されていた。乳歯歯髄由来幹細胞(SHED)および歯根膜由来幹細胞(PDLSCs)は、抜歯された歯から採取可能な間葉系幹細胞である。また、骨細胞などへの分化能を有しており、歯科領域においては顎骨の再生などの臨床応用が可能だと期待されている幹細胞である。一般的に幹細胞は、継代培養を重ねると、幹細胞としての分化能力が低下することが知られている。幹細胞を用いた再生医療の臨床応用には、幹細胞を未分化状態で維持し大量に培養することが必要となる。そこで本研究では、SHEDおよびPDLSCsにおける長期継代培養の影響と培養条件下における幹細胞未分化維持因子の効果について解析を行った。交換期のため抜去された乳歯の歯髄および歯根から酵素処理によって単離したSHEDおよびPDLSCsの初代培養を行った。その後、トリプシン/EDTA処理によって継代を繰り返し、継代10代(P10)および継代15代(P15)の長期継代細胞群を得た。初代培養細胞群および長期継代培養細胞群に対してそれぞれ、骨細胞および脂肪細胞への分化誘導を行った所、継代を重ねるごとに誘導された骨細胞数および脂肪細胞数は減少していた。SHEDおよびPDLSCsにおいても継代によって分化能が低下する事が明らかになった。一方、長期継代培養細胞群に対して、Wntシグナル伝達経路の構成因であるGSK-3のInhibitorを作用させ、同じように分化誘導を行ったところ、分化した骨細胞数および脂肪細胞数の増加を確認した。また、P15細胞をアパタイト器質と共にヌードマウスの腹部にトランスプラントを行い、トランスプラント体において形成される骨形成量を比較したところ、明らかにGSK-3Inhibitorを作用させた群は、非作用群に対して骨形成が増加していた。以上の結果から、GSK-3 Inhibitorは、SHEDおよびPDLSCsにおける未分化維持因子として作用している事が示唆された。抜歯された歯から採取された間葉系の幹細胞である乳歯歯髄由来幹細胞(SHED)は、骨細胞などへの分化能を有しており、顎骨の再生などの臨床応用が可能だと期待されている。一般的に幹細胞は継代培養を重ねると幹細胞自体の未分化状態が低下するため、継代培養を重ねた幹細胞は目的の組織への分化能力が低下することが知られている。そのため幹細胞を用いた再生医療の臨床応用には、幹細胞を未分化状態で維持し大量に培養する技術が必要となる。そこで本研究では、長期継代培養後のSHEDに対して幹細胞未分化維持因子を作用させ、未分化維持の効果について解析を行った。交換期のため抜去された乳歯の歯髄および歯根から酵素処理によって単離したSHEDを採取、酵素処理によって継代を繰り返した。

培養初期細胞群および長期継代培養細胞群に対してそれぞれ、骨細胞および脂肪細胞への分化誘導を行ったところ、継代によって分化能が低下する事が明らかになった。一方、長期継代培養細胞群に対して、Wntシグナル伝達経路の構成因であるGSK-3のInhibitorを作用させ骨細胞および脂肪細胞への分化誘導を行ったところ、長期培養群においても培養初期細胞群と同様に分化能力を維持していることが判明した。また、誘導培養後の細胞におけるタンパク質発現について検索したところ、GSK-3 Inhibitor非作用群と作用群でβ-カテニンの発現量に有意差が確認された。また、長期培養群のSHEDおよびPDLSCsをマウスの腹部に移植し、移植体において形成された骨形成量を比較したところ、明らかにGSK-3 Inhibitorを作用させた群では非作用群に対して形成された、骨組織の量が増加していた。以上の結果から、GSK-3 Inhibitorは、SHEDにおいても未分化維持因子として作用している事が示唆された。
非対称核物質中における状態方程式の研究

パリティ2重項模型においてハイペロンの相互作用や軸性電荷に関する研究を行った。高密度非対称核物質である中性子星内部にまで適用可能な状態方程式の構築が最終目標である。この研究は、本研究課題である非対称核物質中における状態方程式の研究における第一ステップにあたる。中性子星内部の状態方程式の不定性を取り除くためには、ハイペロンの相互作用や軸性電荷を再現する模型の構築が重要である。また、第一原理である量子色力学(QCD)が持つカイラル対称性に基づく解析においては、通常の核子(N(939))は3フレーバーのカイラル表現[(3,6)+(6,3)]を主成分に持つことが私の先行研究[Phys.Rev.D92,054022(2015)]で分かった。この解析に基づき、ハイペロンを含む解析を行い、質量、崩壊幅、軸性電荷に対する既知の実験データを再現する2種類の模型を構築することに成功した。崩壊幅は、スカラー中間子と核子の相互作用の大きさと関連する。この相互作用の大きさは核力の引力を司る。この解析においては、中性子星内部で重要となる量をゼロ密度系において再現できた。また、本解析によってカイラル対称性に基づく核子の解釈に関する新たな視点を得た。カイラル対称性におけるパートナー構造をカイラルパートナーと呼ぶ。先行研究では、通常の核子(N(939))のカイラルパートナーは核子(N(1535))とされた。しかし、本研究の結果、通常の核子(N(939))のカイラルパートナーが核子(N(1535))ではない可能性があることを示した。カイラルパートナー構造の違いは、密度系においてカイラル対称性の破れの構造が変化した際に大きく現れると考えられる。つまり、今後高密度系に適用可能な状態方程式の構築を目指すにあたり、重要な発見となった。この研究については現在論文執筆に取り掛かっており、来年度前半の発表を目指している。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
3,4次元多様体と結び目理論

この研究計画の目的は、結び目理論を利用して、3次元多様体や4次元多様体の分類理論をいろいろな角度から発展させようということであり、具体的には次の項目を目的として挙げることができる:(1)結び目理論の基礎理論の充実(結び目や絡み目の解消数やトンネル数の決定法、統計力学モデルと関連したJones多項式不変量の諸問題の展開、Vassiliev不変量の解析、2次元ブレイド等を通した4次元空間内の曲面論の展開)(2)結び目理論の3次元、4次元多様体への応用(3次元多様体の位相不変量の展開、特にVassiliev不変量によるものの研究や双曲多様体論の展開。4次元多様体の位相的分類やWitten,Reshetikhin-Turaev不変量の4次元多様体への拡張)この研究を押し進めるために、1995年11月27日から11月30日までの間、大阪商工会議所賢島研修センターで行った。参加者数は67名であった。この会議で行われた講義内容を広く知らしめるため、報告集「Art of Low Dimentional Topology II」を刊行した。具体的に,(1)に関連するこの会議の成果としては,河内による(3、1)次元多様体対の概同型イミテーションのより強い概念の存在の研究、金信による絡み目のHOMFLY多項式から生じるVassiliev不変量の研究、鳥巣によるGordian distanceが1となるような2橋結び目・絡み目の対の決定の研究、河野(俊丈)によるトーラス曲面上のChord diagramとVassiliev不変量の研究;関根によるホモロジー境界絡み目の加群の研究、出口による統計力学における結び目の研究、寺垣内による結び目のデーン手術と射影平面の関わりの研究、落合(豊行)によるclosed 5-braidの2変数Jones多項式(=HOMFLY多項式)の3平行版不変量の研究、林による結び目のデーン手術と本質的なアニュラスの関わりの研究、鎌田による3ブレイド表示をもつ2次元結び目の標準形と分類の研究があった。(2)に関連するこの会議の成果としては,大槻による絡み目の普遍Vassiliev不変量を使った3次元多様体の位相不変量の定義の研究、村上(順)の普遍Vassiliev不変量から定義された3次元多様体の位相不変量の応用の研究;高田によるザイフェルト多様体の量子PSU(n)不変量の研究、佐藤(智史)によるザイフェルト有理3球面の量子SO(3)不変量とCasson-Walker不変量の関係の研究、橋本による4次元球面上のS^1不変インスタントンのモジュライ空間のコンパクト化とその応用についての研究があった。また、合田及び北野によるProblem Sessionも開かれ、多くの低次元トポロジーの重要な問題についても話合った。
超高頻度荷電粒子の運動量測定のためのシリコン半導体測定器技術の研究開発

高度耐放射線性を持つp型シリコン半導体位置測定器の基本技術を完成させた。シリコンマイクロストリップセンサーは平方センチ当り10**15個の積分通過粒子数の高度耐放射線性を、更にシリコンピクセルセンサー技術では10**16レベルまでを評価。各種構造や信号収集の放射線量依存性を明らかにし、ホットエレクトロン解析・TCAD解析による細部構造最適化により、照射前で耐電圧1kVを達成する設計を完成。新開発の高集積・高熱伝導・低質量のハイブリッドを設計し両面読み出しモジュールを完成、熱および電気特性等の性能を評価した。(1)高度耐放射線性を持つシリコンマイクロストリップセンサー技術の開発(1-1)量産ベースの比抵抗値の高いp型6インチ(150mm)シリコン基材、p-FZやp-MCZウェーハの全空乏化電圧の放射線量依存性を評価。6インチ基材は、4インチ基材と異なり放射線量依存性は小さく、また、p-FZに対するp-MCZの優位性は認められない。(1-2)n型ストリップ間絶縁を行なうp-spray法及びp-stop法のpイオン打ち込み濃度と陽子線・ガンマ線放射線照射量との依存性を評価中。予備的結果を得つつ有るが、次年度と台わせ統計量・精度を上げる必要がある。(1-3)ホットエレクトロン赤外線カメラを使用してマイクロディスチャージ発生点を同定し設計改善箇所を解析、また、半導体シミュレーションプログラム(TCAD)より発生要因を理解しストリップ分離構造の最適化より発生電圧を1kV以上に押さえ込んだ。(1-4)東北大CYRIC施設にて4月及び11月に陽子線照射、日本原子力研究開発機構高崎ガンマ線照射施設にて8月にガンマ線照射試験を行い、上記(1-2)の結果を得つつ有る。(2)大面積多区分型シリコンマイクロストリップセンサー技術の開発と検証6インチウェーハ上、10cm×10cm角の大面積多区分センサーの周辺に作り込まれた高度耐放射線性を持つシリコンマイクロストリップセンサー技術や保護機構を検証する1cm×1cm角の試験サンプルの放射線損傷前・後の性能評価(電流-電圧特性、静電容量-電圧特性、β線・赤外レーザーによる電荷収集、他)を実施し、学会等で報告。(3)高集積・高熱伝導・低質量のハイブリッドと、多数のハイブリッド/モジュールに効率良く電力を供給する電力供給技術の開発と検証(3-1)銅/ポリイミド積層技術によるハイブリッドを設計・製造し、LSI回路(ABCNチップ)を搭載した高集積・高熱伝導・低質量のハイブリッドの性能検証を開始した。(3-2)検出器ユニット10台規模によるシステム化を想定し、直列給電法のフェイルセーフ保護機能の基本設計・検証を行ない、学会報台。「高度耐放射線性を持つシリコンマイクロストリップセンサー技術の開発」について成果を得つつあり、第7回半導体飛跡測定器の開発と応用の広島国際シンポジウム他で多数の講演や論文発表。n-ストリップ間分離抵抗の分離用p打ち込み濃度や、ストリップ上のAC結合絶縁層保護のためのパンチスルー抵抗の放射線量・p打ち込み濃度依存性等を明らかにしつつある。n-ストリップ間分離抵抗の分離用p打ち込み濃度は、p-stop構造では4×10**12ions/cm**2以上の表面濃度が必要なことを示す。ミニチュアセンサー・ホットエレクトロン・TCAD解析・設計最適化により、マイクロディスチャージ発生電圧を1kV以上に押さえ込んだp型基材の10cm角大面積シリコンマイクロストリップセンサーを完成した。設計のポイントは、n-ストリップ分離構造と周辺部のバイアスリングの細部構造。1kVの空乏化電圧は、想定する超高頻度粒子環境で必要とされる空乏化電圧をほぼ達成している。東北大CYRIC施設にてミニチュアセンサーの放射線損傷試験は施設の利用が制限されたため、次年度に繰り越して照射試験を行い、測定中。高集積・高熱伝導・低質量のハイブリッドの設計が完了し、次期シリコンストリップセンサー用の試験用ABCN25読み出しASICを搭載して、ハイブリッド・ASICの評価をおこない、良好な結果を取得中。接続するストリップ長2.5、5.0,7.5,10cmの入力部静電容量依存性は理想静電容量時より大きく、原因を解析中。更に、10cm角センサーを2枚、ASICを搭載したハイブリッドを4台、両面に搭載した両面読み出しモジュールの電気特性を評価中。最終的には複数台(4-8台)のモジュールでシステム化試験を目指す。高度耐放射線性を持つp型シリコンセンサー技術を基本的に完成させた。シリコンマイクロストリップセンサーは、平方センチ当り10**15個の積分通過粒子数の高度耐放射線性を、更にシリコンピクセルセンサー技術では、10**16レベルまでを評価。放射線損傷試験は東北大CYRIC施設を利用。p型FZ基材の空乏化電圧や、n型インプラント間を分離するp打ち込み濃度を関数とするn型インプラント間抵抗や静電容量、AC結合絶縁層保護のためのパンチスルー抵抗等の、放射線量依存性を明らかにした。p型FZ基材の空乏化

電圧は1x10**15で約1kVに達する。電荷収集を測定し、放射線損傷前でもp型基材n型読み出しの特徴である半空乏化状態でも十分なシグナルが出ることを確認。1kV運転を可能とするセンサー設計を追求し、ホットエレクトロン解析・TCAD解析によりn-ストリップ分離構造と周辺部のバイアスリングの細部構造最適化により、10cmx10cm角の大面積でも照射前で耐電圧1kVを達成する設計を完成。高集積・高熱伝導・低質量の新開発のハイブリッドを設計し、次期シリコンストリップセンサー用の試験用ABCN25読み出しASICに対応するハイブリッドを製作。熱および機械強度設計を経て、新開発の10cm角センサーと新開発のハイブリッドを両面に使用する、両面読み出しモジュールを設計・製作。熱性能は熱計測モジュールで、電気特性は実センサーの両面読み出しモジュールで実使用に耐える性能であることを評価。更に4台のモジュールー体化する構造体上で電気性能を評価し、単体モジュール時と電気性能が変わらず、モジュール間に相互干渉を引き起こさないモジュール設計であることを示した。
河川環境保全への「流域社会」論的アプローチ―現代的なネットワークにもとづく流域社会の再構築についてにの考察―

本研究は、「流域社会」の凝集性が河川の環境保全に貢献してきた点に注目しつつ、現代的な新たなネットワークにもとづく「流域社会の再構築」とそれによる河川環境の保全の可能性について社会学的に考察しようとするものである。流域社会における近代化過程は、優位な中心としての下流(都市)から劣位な周辺としての上流(山村)への様々な「システム」とその「要素」の一方的な流入と、様々な「資源」の上流から下流へのやはり一方的な流出という形を取った。別の言い方をするならば、下流の都市からは「意味」が上流の山村へともたらされ、上流からは「モノ」「ヒト」が下流へと引き寄せられていった。こうした状況の下で、山村の人々が都市からやって来る圧倒的な「システム」や「意味」に対抗してオータナティブな何かを提示することは非常に困難なことである.われわれは、由良川最上流域に位置する美山町芦生地区を調査対象地とした。芦生地区の人々は、ダム建設に対して反対を貫き、山菜加工組合を設立・発展させた。芦生の人々は、「資源」を下流に奪われるのではなく、独自の「意味」を担った商品を下流へと送り出し、さらにそのことによってUタ-ン、Iタ-ンという形で「ヒト」の確保にさえ成功したのである。芦生地区のダム反対運動と村おこしへの取り組みは、美山町に対して、一方では、公共事業依存型経済への傾斜を不可能にし、他方では、豊かな自然と茅葺き民家の残存率の高さという地元にある資源を観光資源として活用するという政策を採らせることとなった.本研究は、こうしたプロセスにおいて芦生と美山町が都市居住者とのネットワークをいかに効果的に利用し、グリーンツーリズムで全国的に注目されている美山町の今を現出させたのかを明らかにした。本年度は、いくつかの河川・湖沼(長良川、琵琶湖、川辺川など)に関する資料収集ならびにフィールドワークを行ない、次のような知見を得た。「前近代社会」における「流域社会」は、自然環境そのものの豊かさやそれを基盤とする生産、消費の豊かさや文化の豊かさ、さらに自然環境がもたらす危険(洪水・渇水)などを主たる要素としてダイナミックな形で成立していた。これに対して、「近代社会」は、洪水や渇水などの危険性をダム建設によって最小化すること(治水と利水)で、近代的な生産と消費の拡大を図った。この過程で、従来の「流域社会」は崩壊し、それを再構築することが必要となるなどとはまったく考えられなくなった。しかし、過剰なダム建設や生産・消費過程から生み出されたさまざまな廃棄物による河川環境の破壊は、まったく新たな危険性を生み出した。現在の段階では、これらの危険性は、個別的に対処されているに過ぎないが、その危険性を回避するための基盤となる「流域社会」の再構築が必要となってきているとの認識が萌芽的に拡がりつつある。本年度は、京都府美山町を流れる美山川流域の芦生地区に関する資料収集ならびにフィールドワークをインテンスィブに行ない、次のような知見を得た。

流域社会における近代化過程は、優位な中心としての下流(都市)から劣位な周辺としての上流(山村)への様々な「システム(貨幣経済など)」とその「要素(商品など)」の一方的な流入と、様々な「資源(人的・物的な資源とエネルギー資源)」の上流から下流へのやはり一方的な流出という形を取った。別の言い方をするならば、下流の都市からは「意味」が上流の山村へともたらされ、上流からは「モノ」「ヒト」が下流へと引き寄せられていった。こうした状況の中で、山村の人々が下流の都市からやって来る圧倒的な「システム」や「意味」に対抗してオータナティブな何かを提示することは非常に困難なことである。その点において、大学演習林の立地する芦生はまさに例外的ケースである。芦生には、押し寄せてくる経済や行政施策などのシステムに対抗することを可能にする「学術的価値」や京都大学の威信があった。それらは、芦生の人々の行為に独自の「意味」を与えてくれた。本研究は、「流域社会」の凝集性が河川の環境保全に貢献してきた点に注目しつつ、現代的な新たなネットワークにもとづく「流域社会の再構築」とそれによる河川環境の保全の可能性について社会学的に考察しようとするものである。昨年度は、由良川源流域にあり、長年にわたってダム問題に揺さぶられ続けた京都府美山町芦生地区を中心にフィールド調査を行なったが、今年度は、茅葺きの里として現在観光地化が進んでいる下流の同町北地区にも対象地域を広げた。ダムは、都市が山村から電気や水などの資源を収奪するための装置である。たしかにダムは一時的には土木関係の雇用を生み、また道路などの公共施設の整備や山村自治体の財政規模の拡大をもたらす。しかし、それはしばしば地元自治体の産業構造を建設業中心の歪んだものにし、そのことによって本来の生業である農林業の衰退を加速化させる。芦生地区の特筆すべき点は、ダム建設に対して反対を貫き、限界集落となっていてもおかしくない僻村に山菜加工組合を設立・発展させ、後にブームともなる村おこしの全国的な先例となったことである。さらに、芦生地区のダム反対運動と村おこしの取り組みは、美山町に対して、一方では、ダム建設によって得られる補助金収入に財政的に依存することを不可能にし、他方では、豊かな自然と茅葺き民家の残存率の高さという地元にある資源を観光資源として活用するという政策を採らせることとなった。本年度の研究は、こうしたプロセスにおいて芦生と都市、芦生と美山町、美山町と都市といった多様なネットワークが効果的に作用し、グリーンツーリズムで全国的に注目されている美山町の今を現出させたのかを明らかにした。
逆ぺロブスカイト型強磁性窒化物細線における磁壁物性の横断的研究

本研究では、レアメタル・レアアース・貴金属フリーな次世代磁性材料として、フェリ磁性金属である窒化マンガンMn4Nに注目し、その細線デバイスにおける磁気特性の評価を行った。STO基板上に成長したMn4N薄膜を電子線リソグラフィとアルゴンイオンミリングを用いて幅1μmの細線に加工した。作製したデバイスにはパルス電流を注入し、その前後でのKerr効果顕微鏡像の差分から磁壁の移動を観察した。その結果、長さ1 nsのパルスに対する磁壁移動のしきい値電流は約3×10^11 A/m^2であり、平均磁壁速度は最大で1.3×10^12 A/m^2の電流で900 m/s以上まで及んだ。特に大電流領域における磁壁速度の線形的な振る舞いは後述する1次元モデルのそれと一致し、傾きから磁壁の移動度はη= Δv/Δj = 7.1×10^-10 m^3/Cと求まった。この値は、人工反強磁性積層膜における電流駆動での磁壁の最高速度である、3×10^12 A/m^2での750 m/sと比べても低電流密度ながら高速であり、積層構造や磁場のアシストを含まない純粋なSTTのみで磁壁移動した例としては最速である。また、使用したMn4N薄膜の物性値を磁壁の移動度の理論式に代入したところ、電気伝導度のスピン分極率は約80 %と推定され、本材料の持つ磁気抵抗デバイスへの応用も期待できる結果となった。本研究では、現在の電流駆動磁壁移動の研究で主流となっているTbやGdといったレアアース、Ptといった貴金属元素を用いることなく、またスピン軌道トルクを用いることなく900 m/sを超える高速での磁壁駆動を、1.3×10^12 A/m2という比較的小さい電流密度で実現した。また、磁壁速度の傾向からスピン分極率も80 %と期待され、Mn4Nが持つスピントロニクス材料としてのポテンシャルを示すことができた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、Fe4N強磁性細線における磁壁の電気的検出とMn4Nの磁壁物性評価を行った。Fe4Nのような面内磁化膜細線中では磁化が細線の長手方向から外れるため、磁壁で電流と磁化が直交し、異方性磁気抵抗(AMR)効果により抵抗値が変化する。クライオスタット中でFe4N細線を8 K程度まで冷却し、外部磁場で磁壁の有無を制御し、それに伴う電気抵抗の変化の検出を試みた。その結果、磁壁が存在することによるFe4N細線の抵抗値が0.5 Ω程度の増加を検出した。今後はこの抵抗変化を利用して、Fe4N細線における電流駆動磁壁移動の観察を試みる。Mn4Nにおける電流駆動磁壁移動の観察に向けて、Mn4N薄膜における磁気伝導特性の評価と磁壁の観察を行った。MgO基板、SrTiO3(STO)基板上に成長したMn4N薄膜試料に対して異常ホール効果測定を行ったところ、MgO上に成長した試料では磁化曲線がなだらかとなり、磁壁がトラップされやすく、低磁場で磁区の核発生が起こっていることが示唆された。一方、STO上に成長した試料の磁化曲線は磁化反転が急峻かつ、保磁力も減少していることから、磁壁移動を妨げるトラップが減少したことが予想される。また、MFMによる磁区観察から、初期磁化状態における磁区の幅はMgO上の試料では200 nm程度と小さい一方、STO上の試料では1 μm以上と、Mn4Nが持つ小さな飽和磁化と大きな磁気異方性を反映した磁区構造が観察された。この結果から、格子不整合の小さいSTO基板を用いることで、より円滑な磁壁移動が可能となることが示唆された。今後は、それぞれのMn4N薄膜を細線に加工し、細線中における磁壁の特性を詳細に評価する。NIMS微細加工プラットフォームの機器群を自ら操作してFe4N薄膜を幅0.3μmに細線加工し、さらに、細線上に抵抗測定のための微細な電極パターンを形成し、電極間の磁壁の有無による抵抗変化を8Kで測定した。その結果、Fe4Nの負のAMR効果を反映した抵抗変化を得ることに成功した。この成果は、筆頭著者として国際学術誌に論文として掲載された。上記の成果により、電流誘起磁壁移動を測定するための前段階が終了した。そのため、目標としている負のスピン分極を反映した磁壁移動へと取り掛かれる。Mn4Nも、磁化曲線と磁区像から磁壁デバイスに適した物性を持つことが明らかとなっており、今後はFe4N同様に細線に加工した後、電流による磁壁移動を観察する。以上より、研究は順調に進展していると判断できる。異常ホール効果測定によりMn4N薄膜のヒステリシス曲線の評価、及び磁気力顕微鏡とカー効果顕微鏡を用いた磁区構造の観察を行ったところ、SrTiO3(STO)上の試料は急峻な磁化反転特性と100%の残留磁化を持つこと、消磁後に1mm以上の巨大な磁区を持つことから、磁気特性が一様な連続膜の形成が期待される。すなわち、STO上に成長することでMn4N本来が持つスピントロニクス材料としてのポテンシャルを引き出すことに成功した。STO

基板上に成長したMn4N薄膜をホールバー形状に加工し、スピントランスファートルク(STT)の効率、及び直流電流による磁壁移動の閾値を評価した。磁壁移動を妨げる向きに直流電流を流しながら磁化曲線を測定したところ、90GA/m2の直流電流で約0.7Tの保磁力増加が確認され、STTの効率としては約7.7pTm2/Aと、既存の磁性材料と比較しても高い値が得られた。また、磁場ゼロで直流電流を注入することで磁壁移動を試みたところ、120GA/m2以上の電流で磁壁が移動することを確認した。この値は他の磁性材料と比較しても遜色ない小ささである。パルス電流による磁壁の移動も試みた。パルス電流注入の前後でのカー効果顕微鏡像の差分から磁壁の変位を求め、平均移動速度を算出した。その結果、磁壁の移動速度は注入電流に概ね比例し、線形近似から磁壁移動の閾値電流はおおよそ140GA/m2程度と見積もられた。また、磁壁速度は700GA/m2で240m/sと算出された。この値は、スピン軌道トルクを用いない材料固有の値としては全磁性材料中でも最高レベルであり、駆動電流密度も他の磁性材料と比較して一桁小さい。すなわち、レアアースを一切用いない新規磁性材料Mn4Nにおいてトップレベルの磁壁特性、STTに効率を実現し、磁壁デバイス応用への大きなポテンシャルを明確に示した。本年度は、Mn4Nの磁壁物性に焦点を当てて研究を進めた。まず、分子線エピタキシー法を用いてMn4N薄膜をMgO(001)、SrTiO3(STO)(001)基板上にそれぞれ10 nmずつ成長した。Mn4NはMgO基板上に成長されるが、本研究では格子定数が近いためにより高品質なMn4N薄膜の成長が予想されるSTO基板も使用し、両者の差異を評価した。その結果、MgO上のMn4N薄膜の磁区幅は1 μm以下と、通常の垂直磁化膜と同程度であったのに対し、STO上の試料では磁区の幅は1 mm以上あり、単結晶磁性膜としては突出した値を得た。続いて、Mn4N膜を細線に加工して、電流駆動での磁壁移動速度を測定した。その結果、磁壁の移動速度は注入電流に概ね比例し、線形近似から磁壁移動の閾値電流はおおよそ140 GA/m2程度と、直流電流と同程度であると見積もられた。また、磁壁速度は700 GA/m2で最速値240 m/sが得られた。このように、レアアースを一切用いない新規磁性材料Mn4Nにおいて、磁壁デバイス応用への大きなポテンシャルを明確に示したことから、期待以上の研究の進展があったと認められる。本研究では、レアメタル・レアアース・貴金属フリーな次世代磁性材料として、フェリ磁性金属である窒化マンガンMn4Nに注目し、その細線デバイスにおける磁気特性の評価を行った。STO基板上に成長したMn4N薄膜を電子線リソグラフィとアルゴンイオンミリングを用いて幅1μmの細線に加工した。作製したデバイスにはパルス電流を注入し、その前後でのKerr効果顕微鏡像の差分から磁壁の移動を観察した。その結果、長さ1 nsのパルスに対する磁壁移動のしきい値電流は約3×10^11 A/m^2であり、平均磁壁速度は最大で1.3×10^12 A/m^2の電流で900 m/s以上まで及んだ。特に大電流領域における磁壁速度の線形的な振る舞いは後述する1次元モデルのそれと一致し、傾きから磁壁の移動度はη= Δv/Δj = 7.1×10^-10 m^3/Cと求まった。この値は、人工反強磁性積層膜における電流駆動での磁壁の最高速度である、3×10^12 A/m^2での750 m/sと比べても低電流密度ながら高速であり、積層構造や磁場のアシストを含まない純粋なSTTのみで磁壁移動した例としては最速である。
戦略的提携の理論と実践ー日米企業を対象とする実態比較ー

日米の電気・電子・コンピューターの関係の中小企業(従業員20-200人)を対象に質問票調査を実施し、日本36社、米国21社から回答を得た。分析結果からは以下の点が明らかになった。(1)提携戦略には依存型と独立型の2つのタイプがありそうである。「依存型」提携戦略とは重要な資源を外部に依存しようとするもので、例えばライセンス取得、大企業との共同研究などを含む。「独立型」提携戦略とは自社の独自性を更に強めようとするもので、大学との共同研究、技術力・製造力を目的とした吸収合併や資本供与、ジョイント・ベンチャーなどである。(2)「依存型」提携戦略は企業績にマイナスに、「独立型」提携戦略は企業業績にプラスに働いているようである。(3)技術的提携戦略に限って見ると、会社設立以来おこなった技術戦略の頻度に影響を与えているのは、内部の技術開発力(技術者の人数で測定)であり、会社の規模(従業員数で測定)、企業の年齢(設立後の年数)、及び、システム・ハウス的企業かどうか、という点は影響を与えていない。業績(売上高と、売上高の成長率、で測定)の高い企業は、内部の技術力と技術的提携戦略とのバランスを計っている企業であった。即ち提携を頻繁に行う(あるいは全く行わない)企業が業績が高いのではなくて、内部の技術能力に適合した提携戦略の採用が高業績につながっていた。(4)米国は提携戦略を短期的、契約的な形態と行う傾向が、日本企業は長期的、非契約的な形態で行う傾向があった。(5)提携戦略の採用の成否が企業の業績にどのような影響を及ぼすのかに関しては、日本企業共に短期的に業績にプラスの影響があると評価している。しかしながら、長期的な影響は日米企業ともに、今回の調査では明らかにされなかった。
マイクロ波Nプラズマを用いたGaNバルク単結晶の育成

1.プラズマ中励起種のキャラクタリゼーション窒素プラズマ中にはN原子(3p^4S_<3/2>→3s^4P_<3/2>→,3p^4P_<3/2>→,3s^4P_<3/2>,3p^4D_<2/3>→3s【lambda bar】E1P^<1/2>),N_2分子(B^3 II_g→A^3Σ_u^+,C^3II_u→B^3II_g),N_2^+イオン(B^2Σ_u^+→X^2Σ_g^+)の励起種が検出された.これらの励起種は,窒素流量・圧力に対して同様な依存性を示した.しかしマイクロ波出力に対しては,出力とともにN原子の発光強度が著しく増加し,500W以上では占める割合が増大した.Gaを入れた場合,500W以上でGa原子(5s^2S_<01/2>→4p^2P_<11/2>,5s^2S_<01/2>→4p^2P_<01/2>)による発光が観察され出力とともに強度が増加したが,それ以下では出現しなかった.プラズマ中にGa原子が出現する高出力条件下で,六方晶GaN多結晶が成長したが,低出力の領域では,結晶は成長せず金属Gaの表面が窒化された.次に長時間高出力可能なアプリケーターを用いて低温での成長実験を行ったが,プラズマ中にGa原子が出現せずバルク単結晶の育成には至らなかった.以上の結果はGaN結晶生成に関与している励起種がN原子とGa原子である可能性を強く示唆している.また,Gaの原子化はプラズマ温度に大きく依存すると考えられる.3.GaN結晶の光学的評価成長した試料は,不純物による深い準位からの発光を示さず,バンド端付近に低エネルギー側にショルダーをもつ強い発光を示した.高エネルギー側ピークの温度依存性が自由励起子のそれと一致したことから,この発光は自由励起子の再結合によることが明らかになった.また,低エネルギー側のショルダーは,強励起下で飽和し温度上昇につれて減少することから,局在励起子の再結合によると考えられる.自由励起子によりる光は,室温においても強く観察された.多結晶試料でこのような例は他になく,出発物質に不純物を含まないという本研究の利点が活かされていると考えられる.1.プラズマ中励起種のキャラクタリゼーション窒素プラズマ中にはN原子(3p^4S_<3/2>→3s^4P_<3/2>→,3p^4P_<3/2>→,3s^4P_<3/2>,3p^4D_<2/3>→3s【lambda bar】E1P^<1/2>),N_2分子(B^3 II_g→A^3Σ_u^+,C^3II_u→B^3II_g),N_2^+イオン(B^2Σ_u^+→X^2Σ_g^+)の励起種が検出された.これらの励起種は,窒素流量・圧力に対して同様な依存性を示した.しかしマイクロ波出力に対しては,出力とともにN原子の発光強度が著しく増加し,500W以上では占める割合が増大した.Gaを入れた場合,500W以上でGa原子(5s^2S_<01/2>→4p^2P_<11/2>,5s^2S_<01/2>→4p^2P_<01/2>)による発光が観察され出力とともに強度が増加したが,それ以下では出現しなかった.プラズマ中にGa原子が出現する高出力条件下で,六方晶GaN多結晶が成長したが,低出力の領域では,結晶は成長せず金属Gaの表面が窒化された.次に長時間高出力可能なアプリケーターを用いて低温での成長実験を行ったが,プラズマ中にGa原子が出現せずバルク単結晶の育成には至らなかった.以上の結果はGaN結晶生成に関与している励起種がN原子とGa原子である可能性を強く示唆している.また,Gaの原子化はプラズマ温度に大きく依存すると考えられる.3.GaN結晶の光学的評価成長した試料は,不純物による深い準位からの発光を示さず,バンド端付近に低エネルギー側にショルダーをもつ強い発光を示した.高エネルギー側ピークの温度依存性が自由励起子のそれと一致したことから,この発光は自由励起子の再結合によることが明らかになった.また,低エネルギー側のショルダーは,強励起下で飽和し温度上昇につれて減少することから,局在励起子の再結合によると考えられる.自由励起子によりる光は,室温においても強く観察された.多結晶試料でこのような例は他になく,出発物質に不純物を含まないという本研究の利点が活かされていると考えられる.プラズマ分光により,窒素プラズマ中には励起状態のN_2ラジカル,N_2^+イオン,原子状Nの三種類の窒素励起種が検出された.これらの励起種は,窒素流量・圧力に対して同様な依存性を示した.しかし,マイクロ波出力に対しては,出力が大きくなるにつれて原子状Nのピーク強度が著しく増加し,500W以上の領域では原子状Nの占める割合が増大していることがわかった.また,金属ガリウムをプラズマ中に入れた場合,500W以上の領域で原子状Gaがプラズマ中に検出され,GaN結晶が成長した.一方,低出力の領域ではGaに関係する励起種は検出されず,金属Gaの表面が窒化された.