hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
価数不安定性をもつアクチノイド化合物に特有の新奇量子状態の研究

本研究課題の最大の目的は、国際規制物資であるウランなどのアクチノイド元素^<*1>を含む化合物の物性研究を行うための拠点を東北大学金属材料研究所アルファ放射体実験室に形成することである。この目的のために、単結晶育成^<*2>のためのテトラアーク炉、および育成された試料の基礎物性を評価するための分析装置を金研アルファ放射体実験室に設置・導入した。その結果、"超伝導を示す磁石"^<*3>における超伝導発現機構の解明に成功を収めた。さらに、アクチノイド元素だけでなく希土類元素^<*4>を含む物質にも研究を展開し、準結晶^<*5>を含む新分野の開拓に貢献した。[*1]ウランなどは国際規制物資として管理され、その取り扱いには厳しい制限が付されている。金研アルファ放射体実験室は、このような国際規制物資を取り扱うことが許可された施設である。また、そこには、アクチノイド元素(周期表で最下段に位置する元素の集合で、トリウム、ウラン、ネプツニウムなどから成る)を安全にハンドルするための多くの装置と経験が蓄積されている。[*2]目に見える大きさのスケールまで原子が規則正しく配列した結晶を単結晶と呼ぶ。[*3]従来の物理学では、磁石と超伝導は犬猿の仲であり、磁石は超伝導にはならないと考えられてきた。しかしアクチノイド化合物の中には、磁石でありながら超伝導を示すものがある。磁石が何故超伝導を示すかという問題は、物理学上の重要な課題の1つとなっている。[*4]周期表でアクチノイドの上段に位置する元素の集合で、アクチノイドと類似の性質を示す。[*5]周期性を持たず、結晶では許されない回転対称性を持つ物質を準結晶と呼ぶ。本研究課題の主要目的である「アクチノイド研究のための拠点形成」のため、初年度である今年度は、試料評価装置であるPPMS物性測定装置を東北大学金研アルファ放射体実験室に設置した。これにより、向施設で育成されたアクチノイド試料を、その場で評価することが可能となった。各研究グループによる個別的な研究成果は、以下に示す通りである。1.強磁性超伝導体UGe_2に対し、温度対圧力平面上における磁気相図を完成した。特に、高圧域において1次相転移が存在することを明確に示し、3重臨界点の位置を同定した。また、常圧で超伝導を示す強磁性体UCoGeの良質な単結晶育成に成功を収め、強磁性転移温度および超伝導転移温度の圧力依存性を明らかにした。さらに、参照系として希土類化合物の研究を進めた。2.URu_2Si_2の隠れた秩序変数において、反強多極子の可能性を探るため、共鳴X線散乱および1軸応力下中性子散乱実験を実施した。その結果、少なくとも期待される秩序波数にはこれらの秩序が存在しないことを確認した。同時に、この系の弱い反強磁性が結晶中の残留歪みによって誘起されていることを確認した。3.超ウラン化合物用比熱測定装置を開発し、新規超伝導体NpPd_5Al_2の上部臨界磁場において電子比熱係数が極めて大きなとびを示すことを見出した。また、同じ結晶構造を持つPuPd_5Al_2の探索を行うとともに、原料Pu酸化物から金属間化合物を調整する方法として遷移金属による結合還元法が適用可能であることを見いだした。4.ジベンゾイルメタン等を有するウラン(V)の錯体の単離、およびテトラメチルマロンアミド等を有するウラン(III)錯体の単離を行った。このうち、ジベンゾイルメタンのウラン(V)錯体と、テトラメチルマロンアミドのウラン(III)錯体については、単結晶を単離した。また、帯磁率測定を行い、常磁性を示すことを明らかにした。アクチノイドは物性科学的に興味ある現象、例えば従来の物理学では犬猿の仲と思われてきた強磁性と超伝導の共存などを示す。これらの現象を研究するために、東北大・金研に試料育成拠点を形成する。さらに、アクチノイド元素の5f電子が固体中で示す奇妙な性質(遍歴・局在2重性)の謎を解き明かす。

[*3]従来の物理学では、磁石と超伝導は犬猿の仲であり、磁石は超伝導にはならないと考えられてきた。しかしアクチノイド化合物の中には、磁石でありながら超伝導を示すものがある。磁石が何故超伝導を示すかという問題は、物理学上の重要な課題の1つとなっている。[*4]周期表でアクチノイドの上段に位置する元素の集合で、アクチノイドと類似の性質を示す。[*5]周期性を持たず、結晶では許されない回転対称性を持つ物質を準結晶と呼ぶ。初年度の試料評価装置の設置に引き続き、本年度には単結晶育成用のテトラアーク炉の更新を行った。これらを用いて、UCoGeに関する研究(京大・石田グループとの共同研究(NQR実験)を含む)を集中的に進めた結果、強磁性と超伝導のミクロな共存を明らかにすることができた。この成果は、J.Phys.Soc.Jpn.のeditor's choiceに選ばれ、また新聞(科学新聞、H22年3月5日付)でも報道された。URu_2Si_2の高圧下精密磁化測定を行うために約3GPaまでSQUID及びファラデー法磁力計で使用可能な高圧セルを開発した。UBe_<13>の超伝導について[100],[110]方向の熱平衡磁化を初めて観測し、顕著な常磁性効果の存在を明らかにした。UPd_2Si_2の非整合-整合反強磁性転移の圧力相図を作成し、局在磁性モデルの適合性を議論した。放射性物質測定用密封小型比熱測定装置を開発し、超伝導体NpPd_5Al_2の電子状態を調べた。上部臨界磁場において不連続な電子比熱の変化を検出し、強い常磁性効果と関連して議論した。(Pu, Am)O_2酸化物とPdの粉末を水素還元雰囲気中で処理するカップリングリダクション法により作製した合金が高分解能のAm-241メスバウアー線源として有望であることを実証した。また、Fe-57、Eu-151メスバウアー分光によりNpFe_4P_<12>やEuFe_4As_<12>の磁性状態を詳しく調べた。ウラン(III)の反応性の高い出発物質UCl3(thf)1.5を、塩化ウラニル(VI)のHCl水溶液の水銀陰極電解と真空乾燥を組み合わせて調製する方法を開発した。また、UCl3(thf)1.5のピリジン(py)付加錯体UCl3(py)3について結晶構造を決定し磁性の検討をおこなった。さらに、窒素配位子による電子供与とともにピリジン間のπースタッキングの相互作用を指摘した。本研究課題の最大の目的である「東北大金研にアクチノイドの研究拠点を形成すること」は既に達成されている。今年度は、多くの研究者の興味を集めている典型的ウラン系化合物に関する喫緊の問題の解決を目指し、それらの合成と種々の物性計測を行った。その結果、以下の成果を得た。(1)強磁性超伝導体UCoGeに対し、通常の超伝導体とは異なり下部臨界磁場(従ってマイスナー状態)が存在しないこと、大きな1軸性異方性を持つスピン揺らぎが存在することを明らかにした。これらは、強磁性と超伝導の共存の謎を解くヒントとなるものである。また、同様の強磁性と超伝導の共存を示すUGe_2において、高圧下物性測定を行うことにより、3重臨界点の位置を同定した。(2)隠れた秩序を持つURu_2Si_2に対し、マクロ及びミクロプローブを用いた詳細な実験(中性子散乱実験や共鳴X線散乱実験など)を行った結果、提案されている理論モデルに対し、いくつかの制限を与えた。
行政保健師の自殺未遂者支援に関する研究

本研究は自殺未遂者支援事業における行政保健師の専門的支援の内容について明らかにすることを目的とした。行政保健師5名のインタビュー内容を分析した結果、【継続的な関わりから支援の糸口を見出す】【関係機関との連携を柱とする】【抱え込まない状況を作る】【見守り体制を構築する】【個別支援から共通の課題を見出す】という5つのカテゴリーが抽出された。国内での行政による自殺未遂者支援に関する現況を概観するため、検索エンジンを活用した事業報告の検索、医学中央雑誌をデータベースに「自殺未遂」「行政」で検索した。続いて行政保健師による自殺未遂者支援に関する研究の動向を概観するため、「保健師」「自殺未遂」で検索した。行政保健師の支援に焦点をあてた報告は1件のみであり、救急医療機関と連携したタイムリーな支援を行うこと、保健師が抱え込まないような体制を確保することの重要性が言及されていた。しかしながら、保健師の自殺未遂者に対する支援におけるアセスメントや判断、支援プロセスなど、具体的に言及している研究は不十分である現状が伺えた。そこで、それらが詳細に引き出せるよう、既存の事業報告等を参照しながらインタビューガイドの作成を行った。具体的には行政保健師に1ケースを想起してもらい、どこからどのようにケースにアクセスしたか(電話、訪問などの初回の手段等)、情報提供先とはどのような連携をしたか、ケースに必要な支援をどのように判断したか、どのような順序でどこ(誰)にどのように働きかけたか、フォローの頻度や支援終了の判断はどのようにしているか等、支援プロセスに沿って丁寧に情報収集できるよう配慮して作成した。平成29年度は、収集したデータを基に質的記述的に分析を行う。今年度の目標は国内の自殺未遂者支援事業に関する動向を把握することであった。文献検討に時間を要したこと、研究者のエフォートの変化などから十分な検討を行うには時間を要した。行政保健師へのインタビュー調査のためのガイド作成、倫理審査書類作成は完了し、次年度に向けた準備は概ね順調に進展している。本研究の目的は、自殺未遂者支援事業における行政保健師の専門的支援について明らかにすることであった。対象者は女性5名(20代60代)、行政保健師経験年数の平均は26.2年であった。インタビュー内容を分析した結果、【継続的に関わる中で支援の糸口を見出す】、【行政特有のサービスにつなげて信頼を得る】【関係機関との関係性の構築に重きを置く】【責任を分散して対応する】【見守り体制を構築した上で支援を終結する】という5つのカテゴリーが抽出された。自殺未遂者支援事業において保健師は、自殺未遂をした直後に医療機関等から相談者を把握し、関わることが多かった。相談者の状態の不安定さや警戒心を考慮し、初回の面接で全てを把握することはせず、関係性を構築していく中で徐々に自殺未遂に至った要因を把握し、適切な支援を提供していることが分かった。また、行政という信頼の置ける機関である強みを生かし、自立支援医療や高額療養費助成制度といった具体的な公的サービスを案内することで相手の信頼を得て、その後の関係性の構築につなげていることが分かった。行政保健師は日ごろから関係機関とのネットワークを重要視し、顔の見えるつながりを作ることで、些細なことでも情報共有できる関係性を構築していた。その上で、上司や関係機関と常に情報を共有し、様々な視点から責任を分散して対応することで、保健師が一人で抱え込まない環境を意図的に作っていた。更に、相談者が適切な関係機関とつながり、保健師以外に継続的な関係性が構築されたと判断した時、能動的な支援を終結していることが分かった。現在、研究者の所属機関での倫理審査申請中であり、審査通過後に研究対象者へのインタビュー調査を開始する。研究対象者は自殺未遂者支援に特化した事業を展開する自治体の行政保健師であり、事例を想起してもらいながら自殺未遂者への専門的支援を明確化できるようなインタビューを行う予定である。また、分析の過程で多角的な情報補完のため、行政と連携している救急医療機関や精神科看護師へのインタビューを行う可能性がある。29年度が最終年度であるため、記入しない。地域看護29年度が最終年度であるため、記入しない。
プレニル鎖の鎖延長反応と環化反応における基質ー酵素間の精密構造認識と反応機構

1.ゲラニル二リン酸(GPP)はC_<10>のモノテルペノイド生合成の基本骨格を示す化合物である。高等植物において、GPPはファルネシル二リン酸生合成の中間体として生成するとされ、GPPのみを特異的に生合成するGPP合成酵素は存在しないとされていた。そこで、高等植物にGPP合成酵素が存在しているのかどうかを調べた。また、その酵素によるGPP生合成反応の機構を解明した。その結果(1)Takhtajanの被子植物系統樹における主な5ツの亜綱に属するゼラニウム、ミカン、ハッカ、クワ、ポインセチア、クスノキおよびホウショウのそれぞれにGPP合成酵素が存在していることを実証した。このことは、GPP合成酵素が高等植物に広く存在していることを示唆している。(2)GPP合成酵素によるGPP生合成におけるtransープレニル化の機構は、ジメチルアリル二リン酸がイソペンテニル二リン酸にsiーsi面付加、syn脱離の様式で縮合することを実証した。このtransープレニル化における立体生御は、動物や微生物の場合と同じであることを明らかにした。2.ハッカおよびミカンのリモネン生合成酵素によって、非キラルなGPPが環化して種特異的に光学活性なリモネンが生合成される過程のキラル発現機構の解明を計った。その結果、(1)ハッカにおいて(S)ーリモネンが生合成される場合にはGPPの二リン酸基はsiーsi面側に脱離し、一方、ミカンにおいて(R)ーリモネンが生合成される場合にはreーre面側に脱離することを実証した。したがって、種特異的立体化学をもつリモネンが生合成される際のリモネンの4位のキラリティ-は,GPPからの二リン酸基の脱離の方向によって決定されることを明らかにした。(2)リモネンの8位二重結合の形成は立体特異的に制御されていて、(S)ーおよび(R)ーリモネンのいずれにおいてもGPPの10位メチル基からの位置選択的な水素脱離によっていることを明らかにした。
ヘリコンプラズマスラスターの推力発生機構の解明と大出力化

磁気ノズル無電極ヘリコンプラズマスラスターの推力発生機構の解明およびその大出力化に関する実験的・理論的研究を行った.推力成分の分解計測法を開発し,スラスター境界へと流入するプラズマ運動量,および磁気ノズル中で増加する軸方向運動量を直接計測することに成功した.これらの運動量計測結果とプラズマ構造計測を並列して行うことでプラズマダイナミクスと推力発生機構の関連性を明らかにすることに成功した.これらの学術的な知見を基盤として,高効率のスラスター開発,および大電力動作へ向けた開発を実施し,ヘリコンスラスターの高性能化を進め,最大推力60mN,最大比推力1800秒程度を得ることに成功した.研究開始初年度は,現有のヘリコンプラズマスラスター実験装置において,ヘリコンプラズマ源の構成要素である,プラズマ源終端版,プラズマ源内壁,および磁気ノズルを形成するソレノイドコイルを独立にスラストバランスへ接続し,推力の成分分解計測を行うとともに,全構造をスラストバランスへ接続し総推力の計測を実施した.まずは,二つのソレノイドコイルに流す電流をそれぞれ制御し,各種磁場配位の推力発生への効果を調べ,高周波アンテナからスラスタ出口では収束磁場,下流側では発散型の磁場形状が最も効果的であることを見出した.この磁場構造において,主に磁気ノズルの磁場強度の影響について注力して調べ,プラズマ生成部のプラズマ密度を一定とした状態で磁気ノズル中の半径方向拡散のみを制御することに成功した.推力成分分解計測と比較した結果,プラズマ終端版に起因する推力は一定であり,内壁へのプラズマ運動量の損失はほぼ無く,径方向拡散の抑制に伴い磁気ノズル中の電子反磁性ドリフト電流と径方向磁場によるローレンツ力のみが増加することを明らかにした.この結果はプラズマパラメータの計測結果と定性的に一致することを示した.この知見を踏まえて,次年度以降の推力増強に備えて,パルス強磁場発生法を開発し,ヘリコンプラズマ源への適用を行い,最大で6kGaussの磁場強度を有する磁気ノズルの形成に成功している.またマッハプローブやエミッシブプローブの試験的な計測を実施し,その計測の妥当性について検討し,Labview Programの整備など次年度へ向けての環境整備を実施し,さらに永久磁石を用いた高効率ヘリコンプラズマスラスターの開発へ向けて着手し,最大15mNの推力を得ることに成功した.二年目にあたる平成26年度は,昨年度に確立したパルス強磁場発生法を用いたヘリコンプラズマスラスターの推力計測を行うために,まずはターゲット法を用いた推力計測法を開発し,スラストバランスとの比較を行ったところ,精度よく計測可能であることが明らかになった.これにより推力の磁場強度依存性を磁場強度を数kGaussまで増強して行ったところ,3kGauss程度で明らかに推力が飽和することが観測され,理想的な磁気ノズル状態が形成されていることが分かった.また,前年度に整備したホールプローブを用いて,プラズマにより誘起される磁場分布を計測およびそのデータを用いて周方向電流を見積もった.結果として発散磁場中で誘起されるローレンツ力を計算したところ,約数mNの値が得られ,推力計測結果と一致するオーダーであることが分かった.ここでプラズマ源出口近傍の周方向は反磁性ドリフト電流に近い値を示す一方で,下流数10cmを超えるとほぼ周方向電流が誘起されていないことが分かった.すなわち,下流域ではイオンが磁化領域から非磁化領域へと流入するため,単純な流体モデルのみではその電流分布を見積もることができないことが示唆され,新たな展開を示した.推力の大出力化に関しては,プラズマ源内部の最適化を進めるために,粒子およびパワーバランス方程式を用いて解析を行い,プラズマ源の大口径化による大出力化の可能性を示し,その結果を踏まえて実験でも1kWの高周波電力で18mNの推力を得ることに成功した.現在壁面への運動量損失などの解析を進行中であり,壁面への永久磁石導入による推進性能の向上等を検討し,スラスタのプロトタイプを設計中であり,最終年度の研究へ向けての理工学的基盤を構築した.本研究課題の最終年度である平成27年度は,磁気ノズルヘリコンプラズマスラスタ中の推力発生機構の解明および性能向上に注力して研究を進めた.プラズマ源内部に軸方向電場が形成された際にイオンが自発的に加速され,このイオンが半径方向壁面へ損失する際に軸方向運動量の損失を引き起こす現象が観測された.従来のモデルではこの項は無視されて取り扱われてきたが,新たな運動量損失項として無視できない現象であることを,推力分解計測によって実験的に明らかにした.また磁気ノズル内部のプラズマ周方向電流を直接計測した.これまでは,磁気ノズルによる推力成分は,電子反磁性ドリフト電流に起因する周方向電流と径方向磁場によるローレンツ力であると考えられてきたが,実際に流れる正味の電流は,磁場が弱い条件下では電子反磁性ドリフト電流と電子ホール電流で与えられることを実験的に示した.一方で磁場が強い条件下ではこれまでと同様に電子反磁性ドリフト電流が支配的であることが示された.すなわち,磁気ノズル中では磁場強度が下流域で減少するため,より複雑な電流分布が形成されうる可能性が見いだされたといえる.これらの知見を基盤として,ヘリコンスラスタの推進性能向上に関する実験を展開した.大口径化により上記の半径方向壁面へのプラズマ損失を抑制し,磁気ノズル効果を顕著にするために磁場強度を増大したところ,高周波電力5kW程度において,推力60mN,比推力1800秒を得ることに成功し,本研究で目標としていた値以上の成果が得られた.

この状態においても壁面へのエネルギーロスは80%-90%程度になることが示され,この壁面損失の抑制が今後の性能向上の課題であることを明確に示したといえる.磁気ノズル無電極ヘリコンプラズマスラスターの推力発生機構の解明およびその大出力化に関する実験的・理論的研究を行った.推力成分の分解計測法を開発し,スラスター境界へと流入するプラズマ運動量,および磁気ノズル中で増加する軸方向運動量を直接計測することに成功した.これらの運動量計測結果とプラズマ構造計測を並列して行うことでプラズマダイナミクスと推力発生機構の関連性を明らかにすることに成功した.これらの学術的な知見を基盤として,高効率のスラスター開発,および大電力動作へ向けた開発を実施し,ヘリコンスラスターの高性能化を進め,最大推力60mN,最大比推力1800秒程度を得ることに成功した.ヘリコンプラズマスラスタ中のプラズマと磁場の相互作用による運動量変換過程,および推力発生機構に関して着実に知見を積み重ねている.また,研究期間終了時の目標値である推力20-30mNに対して,現在18mN/kWの値が得られており,性能向上の指針も樹立されつつある.さらに研究計画にあった磁気ノズル中の運動量変換のみにとらわれず,プラズマ源壁面における運動量損失過程やプラズマ生成部の最適化等に関しても研究を展開しており新たな知見が得られている.以上の実績を考慮すると,研究はおおむね順調に進展しているといえる.27年度が最終年度であるため、記入しない。プラズマ理工学最終年度では,これまでの知見を基盤として,磁気ノズル中のプラズマ誘起電流の詳細な見積,およびプラズマ諸量からのこれらの電流値の見積を精度よく行うことで,ヘリコンプラズマスラスタの推力発生機構を定量的に明らかにすることが可能であると考えている.また,壁面における運動量損失やエネルギー損失に関する知見,および上記の磁気ノズル中の推力発生機構に関するすべての知見を統合して,大出力ヘリコンスラスタのプロトタイプを設計・製作し,推力試験を実施することで,研究期間内に目標値を達成することが可能であると考えている.また研究期間内に時間が許すようであれば,高周波電力の大電力化等に関する実験を実施し,これまでの線形的なプラズマ-磁場相互作用だけでなく,非線形的な相互作用に関しても予備的な実験を行い,今後のより一層の研究発展に努める予定である.工学的な観点の研究も可能な限り遂行し,最終的な電気推進システムとしての課題を明らかにしていくことで,学術的な観点に加えて実用化を念頭においた研究開発を進める予定である.初年度では計画通りに,推力成分分解計測に成功し,その妥当性についても総推力計測結果と比較・検討しよい一致を示した.またプラズマ生成部の密度を一定に保ちつつ磁気ノズル中の径方向拡散のみを制御する手法と組み合わせることで,推力発生に対する磁気ノズルの重要性を示す結果が得られた.初年度の実験最終項目として計画していたマッハプローブやエミッシブプローブの試験的計測も実施したため,おおむね順調に進展しているといえる.27年度が最終年度であるため、記入しない。実験に使用する各種電気電子回路および機械加工部品は,学内技術部を通して製作,または自作することで研究費の節約を実現するとともに,当該研究の高効率化を図ったため.27年度が最終年度であるため、記入しない。
XMLで表現されるマルチメディアデータの効果的検索法に関する研究

これまで提案されてきた文書検索は,文書全体を検索単位としてそれに含まれている文字列を特徴として扱っていた.しかし,近年,XML文書のような構造を持った文書やPDF, MPEG-7のような複数のメディアを扱った文書が多くなり,それに伴ってそれら文書を検索する際に従来の文書検索技術をそのまま適用することが難しいという問題が発生していた.本研究では,従来の文書検索のように一つの文書から一つの特徴量を抽出するのではなく,文書からは複数のさまざまな特徴量が抽出できると考え,XML文書検索の場合は文書内容とその構造から,PDFやMPEG-7文書検索の場合はその文書に含まれるそれぞれのメディアのコンテンツから特徴量を抽出し,それらを最適な単位で検索する手法を提案した.具体的には,XML文書検索の場合,XML文書の特徴量を最も忠実に抽出できる単位が存在するので,その単位を文書構造から推定する手法を確立した.また同時に,抽出された単位と利用者の入力した問合せの類似度計算の手法を提案し,その計算手法をXML文書検索に適用することで10%程度の検索精度の向上した.さらに,PDF文書検索の場合は,抽出された複数のメディアの特徴量を等価に扱わなければ双方の特徴を利用した検索が実現できないため,それら特徴量の正規化手法の提案を行った.この手法が確立されたことで,昨年度提案した複数特徴量を統合した検索手法の検索精度が最大25%程度向上した.これまで提案されている情報検索は,検索対象がテキストや画像など単一のメディアを扱っていたため,検索手法も単一のメディアを扱ったものが多かった.しかし,古今の検索対象は,そういった単一なメディアから作られたデータではなく,Web文書やXML文書に見られるように,文字列や画像,映像など複数のメディアを組み合わせたものが多い.したがって,各メディアの検索手法を統合して情報検索を行わなければならない.そこで,本研究では,複数メディアで構成された検索対象を,各メディアの検索手法を用いて評価し,その評価値を統合することで複数メディアによって構成された文書を検索する手法を提案した.本年度は,テキストデータと画像データに注目し,それぞれの評価値を組み合わせるための関数を四つ定義し評価実験を行うことで,テキストと画像の評価に最も優れた関数を定めることができた.また,評価値を統合する手法ではなく,画像をテキストデータで表現する手法として,画像にキーワードを自動付与するシステムの開発を行った.なぜなら,キーワードを用いた情報検索は,検索者にとって行いやすいが,キーワードの特徴量を画像の特徴量へ変換することは非常に難しいからである.そこで,本手法では,あらかじめ数十種類のキーワードが付与された画像を利用して,付与されているキーワードと画像の特徴量との関係をシステムに学習させ,その学習結果をキーワード自動付与に利用する手法を採用した.画像の特徴量の抽出法にスライディングウィンドウ法を利用して実験を行ったところ,あらかじめ付与してあるキーワードが,明確に画像の特徴を反映している場合は,高い精度で関連のあるキーワードを自動的に付与できた.これまで提案されてきた文書検索は,文書全体を検索単位としてそれに含まれている文字列を特徴として扱っていた.しかし,近年,XML文書のような構造を持った文書やPDF, MPEG-7のような複数のメディアを扱った文書が多くなり,それに伴ってそれら文書を検索する際に従来の文書検索技術をそのまま適用することが難しいという問題が発生していた.本研究では,従来の文書検索のように一つの文書から一つの特徴量を抽出するのではなく,文書からは複数のさまざまな特徴量が抽出できると考え,XML文書検索の場合は文書内容とその構造から,PDFやMPEG-7文書検索の場合はその文書に含まれるそれぞれのメディアのコンテンツから特徴量を抽出し,それらを最適な単位で検索する手法を提案した.具体的には,XML文書検索の場合,XML文書の特徴量を最も忠実に抽出できる単位が存在するので,その単位を文書構造から推定する手法を確立した.また同時に,抽出された単位と利用者の入力した問合せの類似度計算の手法を提案し,その計算手法をXML文書検索に適用することで10%程度の検索精度の向上した.さらに,PDF文書検索の場合は,抽出された複数のメディアの特徴量を等価に扱わなければ双方の特徴を利用した検索が実現できないため,それら特徴量の正規化手法の提案を行った.この手法が確立されたことで,昨年度提案した複数特徴量を統合した検索手法の検索精度が最大25%程度向上した.
セル構造を有する自己組織化ロボットの動的再構成制御の研究

現在までに、いくつかの分離・結合型のロボットシステムが提案されてきたが、それらの構成要素がインテリジェントでないので、前もって決められている順に従ってマニュアル作業によってシステムを構築する必要がある。本研究では、ロボットの機能を分解し、その各部品をセルと称する単機能な部分に分け、これらが与えられたタスクに応じて自由に自動的に組み合わせ、複雑な機能を発揮できるロボットシステムを構築するハードウエアとソフトウエアの基礎を確立することを試みた。従来のマニュピレータや移動ロボットの各連接リンクの接合部は、自由な分離・結合が不可能なため、ロボットの環境やタスクの目的に適応したリンク間の組み合わせをとることができないのに対し、本研究のロボットは各機能を有するリンク毎の基本セルを自動的に組み合わせ、制御(動的再構成)することにより、環境や目的に適応した形態をとることができる特徴を有している。本研究においては、この様な自己組織化ロボットシステムの基本制御機構であるセル間の結合・分離制御に的を絞り、(1)セル間の分離・結合の自動制御方法について、LEDとフォトダイオードを配置した構成により、粗接近制御、精密接近制御を行い、最終的に内部のモータドライブのフック機構によりセル同士が結合するハードウエアを考案した。このハードウエアに基づき、これらのセンサ系によるセンサ・ベース制御方法を提案し実験私行い良好な結果を得た。(2)セル間の結合・分離制御後のロボットシステム全体のセル数の変化に対応できる制御ソフトウエアの構成方法について提案し、その有効性を実験により確認した。以上より、ロボットの基本単位が独立の機器を有し、目的に応じ自律的に離散・集合を行うことのできる自律分散型ロボットシステムについて、その基礎を確立した。
マイクロ音響レンズを用いたレーザーピコ秒超音波顕微鏡技術の開発

高周波数・高分解能をもつ超音波顕微鏡技術を開発し、試料の表面形状や3次元内部構造を非破壊的に測定ならびにイメージングすることを目的とした。この技術は、10-100GHz帯の超音波を励起・検出するレーザーピコ秒超音波法を基にしている。マイクロレンズなどのナノ構造を使った超音波パルスの集束、液浸対物レンズを使ったプローブ光スポット径の小型化、透明試料中を伝わる音響波による深さ方向の高分解能測定、パルスレーザーの繰り返し周波数に制限されない任意周波数成分の測定、ポンプ光スポット形状の制御を行った。本研究の目的は、高周波数・高分解能をもつ超音波顕微鏡技術を開発し、ナノ構造試料などの表面形状や3次元内部構造を非破壊的にイメージングすることである。この技術は、レーザーピコ秒超音波法を基にしている。従来の超音波顕微鏡において高周波数化・高分解能化する際にネックになっていた高周波数の超音波の励起・検出・減衰の問題を、光パルスによる超音波パルスの局所的な励起・検出によって克服し、ナノスケール分解能での超音波顕微鏡技術を得ることを目的とする。以下の研究を行った。1.測定システムの構築、測定プログラムの作製:レーザーピコ秒超音波法の典型的なセットアップを基にした、フェムト秒パルスレーザーと遅延光路用ステージ、3軸ピエゾステージなどを使った測定システムを構築した。このシステムには、レーザースポットと試料上の測定箇所の位置を合わせることができるように、CCDカメラを使った光学顕微鏡システムも組み込んでいる。測定プログラムは、時間遅延走査、3次元空間走査など多彩な測定ができるようなものを作成した。2.評価用試料の作製:本研究で開発する顕微鏡の性能を評価できる最適なナノ構造試料を電子線リソグラフィー技術や集束イオンビーム技術を使って作成した。3.デモンストレーション実験:現在はデモンストレーション実験に取り組んでいる段階であるが、まだ本超音波顕微鏡システムによる具体的な超音波顕微鏡像は得られていない。本研究の目的は、高周波数・高分解能をもつ超音波顕微鏡技術を開発し、ナノ構造試料などの表面形状や3次元内部構造を非破壊的に測定ならびにイメージングすることである。従来の超音波顕微鏡において高周波数化・高分解能化する際にネックになっていた高周波数の励起・検出・減衰の問題を、光パルスによる超音波パルスの局所的な励起・検出によって克服し、ナノスケール分解能での超音波顕微鏡技術を得ることを目的とする。今年度は以下の研究を行った。1.液浸レンズを用いたナノスケールスポットでのピコ秒超音波実験:市販の高開口数(NA=1.49)液浸用対物レンズを用い、なおかつプローブ光の中心波長を375nmと従来よりも短くした測定システムを構築した。電子ビームリソグラフィでナノスケールの段差のある金薄膜試料を作成し、その境界部分で高分解能を示すデモンストレーション実験を行った。2.ポンプ光の任意スポット形状の作成:空間光変調器でポンプ光に空間的に位相分布を付けたものを対物レンズで集光すると、任意スポット形状が実現できる。この技術は、単色光では比較的容易であるが、フェムト秒パルス光のように波長幅をもった波束に対しては空間光変調器に入力するパターンの計算が容易ではなかった。この技術をフェムト秒パルスに対しても実現できる光学系と位相パターンを構築した。デモンストレーション実験として、任意形状の光励起源による表面音響波伝搬のイメージング実験を行った。この技術は、薄膜試料内部で3次元的に小さな集束超音波場を作ることへの応用が期待される。3.任意周波数の励起・測定:従来、パルスレーザーの繰り返し周波数の倍数成分しか測定できなかったものを、任意周波数で測定する方法を開発した。1.任意周波数の励起・測定:昨年度に引き続き、従来はパルスレーザーの繰り返し周波数の倍数成分しか測定できなかったものを、任意周波数で測定する方法の研究を行った。銅でできた円形のマイクロ構造がシリコン中に埋め込まれた試料を用いて、その円形の構造内部に沿って伝わる表面音響波をイメージングするデモ実験を行った。従来の方法では周波数分解能が足りず分離できなかったモードを分離することに成功した。この成果は、Optics Letters誌に発表した。2.ピコ秒超音波による生体細胞の内部3次元イメージング:透明物質中である生体細胞(牛の内皮細胞とマウスの脂肪細胞)を伝わるピコ秒超音波パルスを計測し、その測定した音速を利用して深さ方向の弾性率分布を求める実験を行った。さらに試料である細胞を2次元方向に走査することも合わせて3次元イメージングを実現した。この成果は、Applied Physics Letters誌に発表した。

高周波数・高分解能をもつ超音波顕微鏡技術を開発し、試料の表面形状や3次元内部構造を非破壊的に測定ならびにイメージングすることを目的とした。この技術は、10-100GHz帯の超音波を励起・検出するレーザーピコ秒超音波法を基にしている。マイクロレンズなどのナノ構造を使った超音波パルスの集束、液浸対物レンズを使ったプローブ光スポット径の小型化、透明試料中を伝わる音響波による深さ方向の高分解能測定、パルスレーザーの繰り返し周波数に制限されない任意周波数成分の測定、ポンプ光スポット形状の制御を行った。当初は集束マイクロ音響レンズを使う計画であったが、マイクロ音響レンズを使っても期待していたほどには超音波の減衰の影響が避けれないことが、シミュレーションによる音響波伝搬解析により判明した。そのため、計画を一部変更し、検出光の光スポットをできるだけ小さくして高分解能を達成する方針に切り替えた研究を進めた。液浸用対物レンズを使った方法では、従来の空気中の高倍率対物レンズよりもより小さなプローブ光のスポット径を実現できた。また、ポンプ光のスポット径状を変化させたり、任意周波数の測定を可能にするような要素技術の研究も進んでいる。フォノン物性、光物性、光計測一般的な固体試料に対して、従来よりも高分解能となる超音波顕微鏡技術の開発を続けていく。本研究は、研究分担者のライト教授、松田准教授とともに、研究代表者の友田が進めている。任意スポット形状実現については修士1年の藤田健太郎が、任意周波数での測定については修士1年の土屋佳織が、研究代表者や研究分担者の指導のもとに研究を行っている。当初は集束マイクロ音響レンズを使う計画であったが、マイクロ音響レンズを使っても思うように超音波の減衰の影響が避けられないことが、シミュレーションによる音響波伝搬解析により判明した。そのため、現在では計画を一部変更し、検出光の光スポットをできるだけ小さくして高空間分解能を達成する方針に切り替えて研究を進めている。機器の故障や消耗品の使い切りなどの急な支出に備えるため、ある程度の予算は年度末まで残しておく必要がある。一般的な固体試料に対して、世界最高周波数で最高の分解能となる超音波顕微鏡技術の開発を続けていく。本研究は、研究分担者のライト教授、松田准教授とともに、研究代表者の友田が修士2年の学生であるシンヤンと共に進めている。シンヤンは本年度の9月で修士課程を修了する予定であり、その後は友田が中心となり研究を進める。研究の進展状況によっては、海外の共同研究者であるFranceのMaine大学のVitalyi Gusev教授に理論的なサポートを受けることも考えられる。次年度使用額の部分は、年度末に発生した論文投稿料などにあてる予定である。少額のため、無理に使い切らなかった。次年度に繰り越して使う。
アルカリ土類金属を用いたシリコンベース狭ギャップ半導体

昨年の研究から、Si(111)基板を加熱した状態でSrを蒸着し、基板のSiとSrを反応させる熱反応堆積法により金属のSrSi_2がエピタキシャル成長できている。成長温度、Sr蒸着レートを選べば、Srリッチな半導体Sr_2Siも形成できているが、SrSi_2とSr_2Siが混在した膜となっており、Sr_2Si単相の成長には至っていない。これは、Si基板上にSrを堆積する熱反応堆積法では、形成した膜の表面側はSrリッチになりやすいためSr_2Siが形成するものの、Si基板側はSiリッチとなりやすいため、SrSi_2が形成するためだと考えられる。このため、SrとSiが反応しない状態で、SrとSiを化学量論組成にする必要がある。また、反応が進んでも、Siリッチにならない工夫が必要である。そこで、今年度は、Si(111)基板上にAIN(8nm)/3C-SiC(3nm)中間層を形成した基板上に低温で、原子数がSi:Sr=1:2の割合になるよう、Si/Sr多層膜を分子線エピタキシー法にて形成した。中間層を用いるのは、Si基板からのSiの拡散を防ぎ、SrとSiの組成比をコントロールするためである。Si(111)基板上にAIN/3C-SiC中間層を形成する技術は、我々が別の研究で既に確立しているので、それを利用した。Si/Sr多層膜堆積後、基板温度を上昇し、SrとSiを反応させSr_2Si膜の形成を試みた。しかし、反射高速電子線回折では、多結晶を示すリングパターンとなった。また、θ-2θX線回折測定からも、形成した膜は、Sr_2Si以外にもSrSi_2が混ざっていることが分かった。成長時の基板温度や、Si/Sr多層膜の膜厚など、いろいろと変えて試料作製を行ったが、いずれも、Sr_2Si単相の膜を形成することは出来なかった。本研究を今後も継続して行う予定であるが、Si基板ではなくSr基板を用いるなど、もっと発想の転換が必要だと考えられる。Sr_2Siはシリサイド半導体であり、最近の理論計算より、直接遷移型の狭ギャップ半導体であると予想されている。このため、Si基板上の新しい発光・受光デバイス用の半導体として期待できる。しかし、これまでSr_2Siを単相で成長したとの報告例はない。そのため、Sr_2Siが本当に直接遷移型の半導体であるか否かを明らかにするには、Sr_2Siを結晶成長し、その光学特性を評価する必要がある。これまでのBaSi_2の研究から、MBE法によりSiおよび透明な石英基板上に厚さ500nmを超えるBaSi_2膜、Ba_<1-x>Sr_xSi_2膜の形成に成功している。石英基板を用いるのは、光吸収特性の評価の際、基板の影響を排除するためである。この結晶成長装置を使うことで、Sr_2Si膜の形成が可能と考えられる。また、Sr_2Si膜の形成時、Srと等電子的で原子半径の大きなBaを照射して、(Sr_<1-x>Ba_x)_2Siを形成できる可能性がある。本年度は、その前段階として、多結晶Ba_<1-x>Sr_xSi_2膜を形成し、その光学吸収端がSrSi_2モル分率にどのように依存するか調べる実験を行った。その結果、光吸収特性を評価したところ、Sr添加に伴い禁制帯幅が1.4eVまで拡大するとの実験結果を得た。しかし、Ba_<1-x>Sr_xSi_2膜のSrSi_2モル分率が0.77まで大きくなると、X線回折測定から、形成した膜はBaSi_2とBa_<1-x>Sr_xSi_2に組成分離することが明らかになった。これは、BaSi_2のBaサイトを100%Srで置換したBaSi_2型のSrSi_2が室温で安定に存在しないためと考えられる。さらに、Ba_<1-x>Sr_xSi_2膜の間接光学吸収端は、SrSi_2モル分率が0.5までは線形に増加するが、それ以上モル分率が増加しても、間接光学吸収端は増加せず、飽和することも分かった。

そこで、今年度は、Si(111)基板上にAIN(8nm)/3C-SiC(3nm)中間層を形成した基板上に低温で、原子数がSi:Sr=1:2の割合になるよう、Si/Sr多層膜を分子線エピタキシー法にて形成した。中間層を用いるのは、Si基板からのSiの拡散を防ぎ、SrとSiの組成比をコントロールするためである。Si(111)基板上にAIN/3C-SiC中間層を形成する技術は、我々が別の研究で既に確立しているので、それを利用した。Si/Sr多層膜堆積後、基板温度を上昇し、SrとSiを反応させSr_2Si膜の形成を試みた。しかし、反射高速電子線回折では、多結晶を示すリングパターンとなった。また、θ-2θX線回折測定からも、形成した膜は、Sr_2Si以外にもSrSi_2が混ざっていることが分かった。成長時の基板温度や、Si/Sr多層膜の膜厚など、いろいろと変えて試料作製を行ったが、いずれも、Sr_2Si単相の膜を形成することは出来なかった。本研究を今後も継続して行う予定であるが、Si基板ではなくSr基板を用いるなど、もっと発想の転換が必要だと考えられる。
2次元励起子系における量子揺らぎと双極子配向秩序揺らぎの光学応答への影響

本年度の成果は、次のものである。(1)厳密に解ける1次元励起子系について強励起下での吸収、発光スペクトラムが、量子xxzスピン系の相関関数によって表現できること示した。その結果、発光及び吸収強度ピークのシステムサイズ依存性に現れる指数が、対応するスピン系の熱平衡状態下での臨界指数に一致することがわかった。また、フレンケル励起子のボゾンからのずれが、同じくスピン系の臨界指数によって特徴づけられることを明らかにした。さらに、有限温度での揺らぎの効果をスピン系の相関長によって特徴づけた。(2)2次元励起子系において母体格子の配向秩序が双極子モーメントの配向秩序に与える影響の連続体極限における表式を得た。KTHNY転移前後での吸収、発光スペクトラムを転移点の前後で求め、格子揺らぎのスペクトラムに対する影響を調べた。その結果、2次元励起子系がKTHNY転移に対する極めて良いプローブになること、スペクトルの揺らぎ(幅)は双極子の配向揺らぎが主に影響する事がわかった。(3)KTHNY転移よりも明確な(1次)相転移であるpolymerization転移、helix-coil転移に対して、励起子吸収スペクトラムを求めた。双極子揺らぎの相関が、相転移前後でのスペクトラムに強い影響を与える事がわかった。特に、励起子の伝搬と光吸収が同じ双極子モーメントを通じて行われるため、従来のグリーン関数の虚部(状態密度)による光吸収スペクトラムの表現は正しくなく、揺らぎの相関まで含めた計算に拠らねばならない事を明らかにした。
核融合炉心プラズマへの燃料補給のためのコンパクトトーラス・プラズマ入射の数値解析

核融合炉心プラズマへの燃料補給を目的としたコンパクトトーラス・プラズマの射出過程のについて,3次元MHDシミュレーションにより解析を行った.コンパクトトーラス・プラズマ入射法は炉心プラズマの中心部到達に必要な高速が得られることから燃料補給法として有望視されている.以下に研究実績の概要をまとめる.1.コンパクトトーラス入射・射出過程解析用3次元MHDコードの開発外部放電電流を境界の磁束密度に置き換えて表現し,コンパクトトーラス入射・射出過程解析用の3次元MHDコードを開発した.2.コンパクトトーラス・プラズマの生成過程のシミュレーション磁化同軸プラズマガンにおけるコンパクトトーラス・プラズマ生成過程のシミュレーションを行った.ガン電極アスペクト比,放電電流の波形の影響等について検討を行った.3.コンパクトトーラス・プラズマの加速・入射過程のシミュレーション生成されたコンパクトトーラス・プラズマを炉心プラズマ中心部まで入射するために必要な加速過程のシミュレーションを行った.電流シート加速方式では,シート電流が大きいほど加速でき,コンパクトトーラス・プラズマのポロイダル電流と同程度の電流値まではコンパクトトーラスを壊すことなく加速できることがわかった.誘導加速方式についてはシミュレーション時の境界条件の表現法を検討する必要がある.中心電極は細い方が加速効率は高い.開空間への入射では,平衡がくずれプラズマは膨張すると考えられるが,その速度の検討が重要である.核融合炉心プラズマへの燃料補給を目的としたコンパクトトーラス・プラズマの射出過程のについて,3次元MHDシミュレーションにより解析を行った.コンパクトトーラス・プラズマ入射法は炉心プラズマの中心部到達に必要な高速が得られることから燃料補給法として有望視されている.以下に研究実績の概要をまとめる.1.コンパクトトーラス入射・射出過程解析用3次元MHDコードの開発外部放電電流を境界の磁束密度に置き換えて表現し,コンパクトトーラス入射・射出過程解析用の3次元MHDコードを開発した.2.コンパクトトーラス・プラズマの生成過程のシミュレーション磁化同軸プラズマガンにおけるコンパクトトーラス・プラズマ生成過程のシミュレーションを行った.ガン電極アスペクト比,放電電流の波形の影響等について検討を行った.3.コンパクトトーラス・プラズマの加速・入射過程のシミュレーション生成されたコンパクトトーラス・プラズマを炉心プラズマ中心部まで入射するために必要な加速過程のシミュレーションを行った.電流シート加速方式では,シート電流が大きいほど加速でき,コンパクトトーラス・プラズマのポロイダル電流と同程度の電流値まではコンパクトトーラスを壊すことなく加速できることがわかった.誘導加速方式についてはシミュレーション時の境界条件の表現法を検討する必要がある.中心電極は細い方が加速効率は高い.開空間への入射では,平衡がくずれプラズマは膨張すると考えられるが,その速度の検討が重要である.
蒸気爆発に於ける圧力波の発生・伝播と機械的エネルギーへの転換特性

本年度は、蒸気爆発におけるエネルギー変換率の系圧力に対する依存性に焦点を絞って実験的研究を行った。鉛直に約5m、内径42mmの衝撃波管型試験部の底部の真空部に高温の溶融錫プールをつくり、その上に膜破断により長さ約1mの水柱を落下させ熱的相互作用を起こし、発生圧力と水柱の上昇速度を測定し、熱から機械的エネルギーへの変換率を測定した。前年度の温度依存性を調べた装置の耐圧を強化し、試験部の上部に接続した加圧タンクのガス圧力を系圧力パラメータとして1約7気圧の間で変化させて実験した。実験結果は次の通りである。1.初期錫温度の上昇に伴い、エネルギー変換率は増加する傾向がある。2.系圧力が変化しても、放出される機械的エネルギーに殆ど変化がなく、エネルギー変換率は高々1%程度と非常に低い値に留まっている。3.圧力が増加すると水柱が加速されて溶融錫への衝突速度が増し、錫と水との混合が促進されて熱的相互作用が増す効果と、加圧による蒸気泡の成長抑制効果が相殺された結果、圧力依存性が弱まったと考えられる。4.圧力信号には、ウォーターハンマーによるとみられるパレスに続いて、熱的相互作用とみられるパルス列が観測されている。別途、加圧容器内で水中に溶融錫の液滴を落下させて蒸気爆発実験を行ったところ、熱的相互作用は1気圧の場合に較べて、3気圧では大幅に緩和され、5気圧では殆ど起こらなくなると云う結果を得た。成果はまとめて、国際セミナーや原子力学会に報告の予定である。また、原子炉の工学的安全性の観点から、蒸気爆発を抑制するのに非常に有望な示唆を多く含んでおり重要な結果であるので、次年度はこの様な線に沿った研究を更に進める方針である。
トンネル障壁を利用したスピントランジスタの研究

5元マグネトロンスパッタ装置を用いて,メタルマスクを真空中で交換することによって,スピントンネル素子を作製した。スピントンネル素子の磁性層を結晶性のNiFeからアモルファス材料であるCoFeBに替えることによって,MR比が数%から20%以上に向上するとともに,再現性も大幅に改善することが分かった。これは,結晶粒界のないCoFeBの方が界面の平坦性が向上するためと考えられる。次に,金属Al層の酸化方法をDC酸化とRF酸化の2つの場合についてスピントンネル素子の作製を行い,最適な絶縁層の形成方法について検討を行った。DC酸化の場合には,Al層が比較的薄い1.3nmまで,良好なMR特性を示し,Al層厚1.4nmでは,30%の変化率が得られた。また,作製した7つの素子間のばらつきも非常に小さく,再現性も良いことが分かった。一方、RF酸化の場合には,1.6nmでは15%のMR変化率を示したが,Al層厚が薄くなるとMR比は低下してしまい,良好なトンネル接合は形成されなかった。素子間のばらつきも,DC酸化のときよりかなり大きくなった。これらの特性は,DC酸化の方が,Al層の酸化方法として優れていることを示しているが,MR比のバイアス依存性については,DC酸化の場合の方がMR比の低下が著しく,DC酸化にも問題があることを示している。これらDCとRFのMR特性の差異は,Al層の酸化状態,特に酸化Al層と磁性層界面の物理的,化学的状態の違いに起因するものと考えられるが,その詳細な評価は,今後の課題である。さらに、これらの素子の耐熱性を調べたところ,MR比は,300°Cまでは変化せず,比較的,良好な特性を示すことが分かった。しかし,MR比は,300°Cを越えると単調に低下して500°Cでほぼゼロとなった。トンネル障壁を利用した金属ベースのスピントランジスタを開発するためには,良質なスピントンネル障壁の形成技術が不可欠であるため,本年度は,スピントンネル接合の形成技術について検討を行った。Si基板上に下地層としてSiN層(10nm)を成膜した後,AlCu(20nm)/NiFe(10nm)/Al-O(1.3-1.6nm)/NiFe(3nm)/IrMn(20nm)/Al(50nm)の構成の素子を作製した。接合面積は,100μm×100μmである。このタイプの素子は,室温で0.5から1.2%程度,12Kで1.5から3%の磁気抵抗変化率を示し,酸化Al層の層厚が薄くなるほど,変化率が大きくなった。しかし,NiFeを磁性層として用いた場合には,十部大きな磁気抵抗変化率が得られなかった。これは,接合界面の平坦性が不十分であるためか,金属Al層をプラズマ酸化するときにNiFe磁性層まで酸化されてしまうためではないかと考え,磁性層をCoFeBに変更した。CoFeBは,アモルファスあるいは,微結晶であるため,粒界に起因する界面の凹凸がほとんどなく,粒界から酸化が進むようなことも考えられられないため,磁気抵抗特性の改善が期待される。上記のNiFeの場合と全く同じ条件で,CoFeBを用いたスピントンネル素子を作製したところ,室温で,10%前後の,12Kで12から19%の変化率が得られた。室温における変化率が小さいのは,MnIr層による交換異方性が不十分であるためで,今後,MnIr層の組成比等を調整して,より大きな交換結合が得られるようにする必要がある。

これらの実験は,5元のマグネトロン・スパッタ装置を用いて行ったが,スピントランジスタを作製するためには,6から8元の装置が必要であるため,8元のマグネトロン・スパッタ装置の開発と設計を行った。スピントンネル素子の磁性層を結晶性のNiFeからアモルファス材料であるCoFeBに替えることによって,MR比が数%から20%以上に向上するとともに,再現性も大幅に改善することが分かった。これは,結晶粒界のないCoFeBの方が界面の平坦性が向上するためと考えられる。次に,金属Al層の酸化方法をDC酸化とRF酸化の2つの場合についてスピントンネル素子の作製を行い,最適な絶縁層の形成方法について検討を行った。DC酸化の場合には,Al層が比較的薄い1.3nmまで,良好なMR特性を示し,Al層厚1.4nmでは,30%の変化率が得られた。また,作製した7つの素子間のばらつきも非常に小さく,再現性も良いことが分かった。一方,RF酸化の場合には,1.6nmでは15%のMR変化率を示したが,Al層厚が薄くなるとMR比は低下してしまい,良好なトンネル接合は形成されなかった。素子間のばらつきも,DC酸化のときよりかなり大きくなった。これらの特性は,DC酸化の方が,Al層の酸化方法として優れていることを示しているが,MR比のバイアス依存性については,DC酸化の場合の方がMR比の低下が著しく,DC酸化にも問題があることを示している。これらDCとRFのMR特性の差異は,Al層の酸化状態,特に酸化Al層と磁性層界面の物理的,化学的状態の違いに起因するものと考えられるが,その詳細な評価は,今後の課題である。さらに,これらの素子の耐熱性を調べたところ,MR比は,300°Cまでは変化せず,300°Cを越えると単調に低下して500°Cでほぼゼロとなることが分かった。CoFeBアモルファス磁性層をもつスピントンネル素子をメタルマスクを利用して作製した。磁性層を結晶性のNiFeからアモルファス材料に替えることによって,磁気抵抗特性の再現性が向上するとともに,MR変化率が大幅に大きくなった。また,金属Al層を酸素DCプラズマ中で酸化した場合には,Alを1nm程度まで薄くしても,優れた磁気抵抗特性を示したが,接合抵抗が数Ω程度まで低下したため,障壁幅や障壁高さを正確に評価することは,困難であった。そこで,フォトリソグラフィ技術を利用して。接合面積を小さくして,接合抵抗を上げることを試みた。電子ビームリソグラフィにより,ガラス基板上にフォトマスクを作製し,マスクアライナでパターンを焼き付け,ECR-Arイオンビームによって物理エッチングを行って,パターンの形成を行った。その結果,10ミクロン角までは,設計値どおり微細加工することができるが,5ミクロン角では,エッジのダレが目立つことがわかった。これについては,現在,パターンの露光条件の最適化に取り組んでいる。また,接合抵抗を測定したところ予想した値より1桁程度,低い値を示し,この値は,接合面積ではなく,接合部外周の長さにほぼ逆比例することが分かった。これは,接合部に流した電流が,接合部全体でなく,接合のエッジ部を流れていることを示している。さらに電圧-電流特性がオーミックであることからも,エッチング時に酸化Al層の側壁に付着した金属原子が,電流をバイパスしていることを示している。以上より,スピントンネル素子の微細加工には,加工した側壁への金属付着物の低減が非常に重要であることが明らかとなった。