hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
1950年前後の日本における学校体育実践に関する歴史的研究

カリキュラムに関してはこどのような構成手続きがとられているか、体育科と他教科との関連・相関がどのようになされているか、を視点として整理し予備的な考察を行なった。学校体育実践に関しそは、どのような教材が準備され、どのような学習経験が組織されたのか、を視点として整理し予備的考察を行ならた。これらめ予備的考察は、次年度以降に収集予定の資料(東日本地域)に考察を加えることで補完される。補足的に、1930年代から,1940代前半のアメリカ合衆国で実施された学校体育実践を概観し、日本の学校体育実践への影響の程度を推察した。本研究の目的は、1949年から1953年を対象として、日本における学校体育実践がどのように展開されたかを実証的に明らかにすることである。1.本年度は、昨年度に引き続き1950年前後の東日本地域における学校体育実践に関する第一次資料の調査・収集を行なった。ここでは、東日本地域における(1)国立大学附属小学校、(2)教育委員会、(3)大学・県・市に設置された教育研究所、(4)教育研究団体(教育職員組合、各県小学校体育連盟など)を対象として、書籍、雑誌、報告書、機関誌、資料を調査し収集を行なった。上記の(1)(4)に該当する資料を収集できたのが22道県中19県(東京都は平成20年度実施のため除く)である。この中で、(1)国立大学附属小学校関係資料を52件、(2)教育委員会関係資料を35件収集し得た。また、昨年度未発掘であった長崎県の国立大学附属小学校関係資料を2件、京都府の教育委員会関係資料1件を収集し得た。しかしながら、昨年度の調査と合わせると、資料を収集し得ていない県は6県(山形、福井、岐阜、鳥取、徳島、愛媛)あり、来年度の調査・収集の課題としたい。2.昨年度までに実施した東京都と西日本地域における資料の分析結果を踏まえ、本年度収集した資料を補完して考察を行なった。具体的には、(1)各国立大学附属小学校のカリキュラム(教育課程)、学校体育実践(単元構成)と指導法(指導案)を整理し予備的考察を行なった。この結果、各附属小学校で独自に定めた研究課題に対応する形で、体育科の位置づけ方および学校体育実践が担う役割に軽重の差があることが推察された(2)各地方教育委員会が作成した「学習指導要領」を整理し、当時の文部省が作成した「学習指導要領」と比較・分析を行なった。その結果、中央と地方のズレや祖語、地域間差をある程度認めることができた。上記考察は、次年度の資料調査を踏まえることでさらに補完される。本研究は、1949年から1953年を対象として、日本における学校体育実践がどのように展開されたかを実証的に明らかにすることを目的とした。1.本年度は、昨年度までに収集し得なかった、1950年前後の学校体育実践に関する一次資料を収集する作業を行なった。2.本年度に資料に基づいて、重点的に考察・検討した内容は、1950年前後の国立大学附属小学校(以下、附小)で展開されたコア・カリキュラム実践における学校体育の様相である。考察の結果は次の通りである。(1)コア・カリキュラム構成における学校体育に関する内容は、各附小が規定した中心課程の単元、周辺課程および行事等に分割・再編されていることが明らかとなった。しかし、運動領域(運動学習)に関しては、基本的に教科的な扱いがなされていた。
カルシウム依存的なBDNF/NT-3遺伝子間の転写活性化・不活性化機構の解析

(1)BDNF-PIと-PIIIのCa^<2+>シグナルへの異なった応答性について:電位依存性L-型カルシウムチャネル(L-VDCC)とNMDAレセプター(NMDA-R)からのCa^<2+>流入に対して、BDNF-PIはL-VDCCからのCa^<2+>流入に対してだけ応答したが、BDNF-PIIIはNMDA-R由来のCa^<2+>流入にも弱いながら応答した。(2)BDNF-PiのCa^<2+>応答エレメントの検索:BDNF-PIの部分欠失、変異型プロモーターを作製してCa^<2+>応答性を調べた所、-80-90の存在するCREが応答性に強く関わっていることが明らかとなった。また、CREBが少なくとも部分的にCa^<2+>応答性に関わっていることが明らかとなった。種々の欠失、変異型プロモーターを作製してCa^<2+>シグナル応答性を調べた所、-100付近に存在するGC-boxが基本的な転写活性の制御に大きく効いていることが明らかとなった。Ca^<2+>シグナル応答エレメントは不明のままである。
液晶分子保護金属ナノ粒子の創製と液晶デバイス材料への応用

液晶表示素子は、すでに技術的に完成したものと考えられがちであるが、現在よりもさらに高速応答、高コントラストを示す液晶表示素子が、実は次世代のディスプレイとして期待されている。一方、金属ナノ粒子は、ナノテクノロジーを支える新しい機能材料の構成単位として注目を集めている。本申請者らは、これまで金属ナノ粒子の保護剤を巧みに分子設計して、様々な種類の金属ナノ粒子を合成し、有機合成反応の触媒として応用してきた。本研究では、ホスト液晶に対し高い相溶性を持たせるために保護剤に液晶分子を用い、従来全く知られていない新しいタイプの液晶分子保護金属ナノ粒子を創製し、この液晶デバイス材料としての応用展開について検討を行った。具体的には、以下のような研究成果を得た。1)4-シアノ-4'-ペンチルビフェニル(5CB)保護Pdナノ粒子の創製、2)5CB保護Ag/Pd二元ナノ粒子の調製、3)5CB保護Ag/Pd二元金属ナノ粒子でドープしたTNモード液晶セルの電気光学特性、4)5CB保護Rh/Cu二元金属ナノ粒子の創製と電気光学特性、5)種々の保護剤を用いたAuナノ粒子およびAuナノロッドの調製、6)シクロデキストリン保護金属ナノ粒子の創製と低粘度液晶表示素子の開発、である。本研究で合成した金属ナノ粒子は、ホスト液晶への相溶性が極めて高く、ホスト液晶中に安定に分散することが可能で、このため電気光学特性の大幅な向上が確認された。本研究の成功は、液晶表示に全く新しい概念を導入するものと考えられ、学術的のみならず工業的にもその意義は大きいと信じる。有機物で保護・安定化した金属ナノ粒子が、ナノテクノロジーを支える材料として注目されている。本研究室では、最近、液晶分子を保護剤とするPdナノ粒子を調製し、この添加により液晶表示素子(LCD)のコントラストを向上させることができることを報告した。本年度は、ネマティック液晶の4-シアノ-4'-ペンチルビフェニル(5CB)を保護剤とするPdおよびAgナノ粒子を調製し、これを添加したLCDの電気光学特性を検討した。5CBを保護剤に用い、金属イオンのテトラヒドロフラン溶液を紫外線照射することにより、5CBで保護された金属ナノ粒子を調製することに成功した。透過型電子顕微鏡観察の結果、Agナノ粒子は平均粒径4.7nm、標準偏差2.7nmで、Pdナノ粒子は平均粒径1.9nm、標準偏差0.8nmであり、共に比較的均一であった。調製した金属ナノ粒子をホスト液晶5CBに13wt%混合し、ねじれネマティック(TN)-LCDを作成した。調製した5CB保護金属ナノ粒子は、ホスト液晶に混合しても均一相を与えた。金属ナノ粒子を添加したLCDの電気光学特性を、Photal LCD-5200(大塚電子(株))LCD評価装置を用いて、交流電圧を加えたときの透過率(V-T特性)で評価した。その結果、周波数を変化させると液晶分子駆動の閾値電圧が変化し、電圧一定では透過率が周波数に依存して変化するという興味深い結果を得た。この周波数変調は、5CB-Pdナノ粒子添加系では20から100Hzの範囲で、5CB-Agナノ粒子添加系では1000から7000Hzの高周波数領域で起こり、金属種に依存して変化した。周波数駆動の回路を作成したところ、特筆すべき現象として、白黒表示の切り替え応答速度が、従来の電圧駆動の2030ms程度の値から、10分の1の2.6msに短縮された。我々は、昨年度、ネマティック液晶の4-シアノ-4'-ペンチルビフェニル(5CB)を保護剤とするPdおよびAgナノ粒子を調製し、これを添加した液晶表示素子(LCD)の電気光学特性を検討した。

しかし、Pdナノ粒子は安定であるが周波数変調領域が狭いという問題点があり、一方Agナノ粒子は周波数変調領域がPdナノ粒子と比較し格段に広いが、酸化などによる安定性の点で問題があった。そこで、本年度は、5CBを保護剤とするAg/Pd二元ナノ粒子を創製し、これを添加したLCDの電気光学特性を検討した。Pd(CH_3COO)_2、AgClO_4、および5CBのテトラヒドロフラン溶液を2時間紫外光照射すると、溶液の色は黄色から黒褐色に変化した。この5CB-Ag/Pd(1/1)ナノ粒子分散液は、空気中でも劣化せず、密栓して室温で3ヶ月保存後も金属の沈殿は生成せず、極めて安定であった。透過型電子顕微鏡観察の結果、このナノ粒子は平均粒径2.8nm、標準偏差0.9nmの比較的均一な大きさの球状粒子であった。調製した5CB保護Ag/Pd二元ナノ粒子は、ホスト液晶に混合しても均一相を与えた。金属ナノ粒子を添加したLCDの電気光学特性を、Photal LCD-5200(大塚電子(株))LCD評価装置を用いて、交流電圧を加えたときの透過率(V-T特性)で評価した。その結果、Ag/Pd二元金属ナノ粒子を添加したLCDはPd単独ナノ粒子を添加したものよりさらに良好な周波数特性を示すことを見出した。液晶セルの劣化についての加速試験の結果、Ag/Pd(1/4)二元金属ナノ粒子を添加したものが、十分な安定性と特性を兼ね備えていることを明らかにした。有機物で保護・安定化した金属ナノ粒子が、ナノテクノロジーを支える材料として注目されている。本研究室では、昨年度、4-シアノ-4'-ペンチルビフェニル(5CB)を保護剤とするAg/Pdナノ粒子を調製し、この添加により液晶表示素子(LCD)の応答速度を向上させることができることを報告した。本年度は、化学的安定性や電気光学特性が良好なAuナノ粒子を液晶に添加し、Auナノ粒子の保護剤や形状の効果について検討した。界面活性剤であるセチルトリメチルアンモニウムプロミド(CTAB)を保護剤に用い、テトラクロロ金酸水溶液にアスコルビン酸を加え、紫外光照射することによりAuナノ粒子およびAuナノロッドを合成した。さらにドデカンチオール(DT)や4-フェニルチオフェノール(PTP)、4-メルカプト-4'-ペンチルビフェニル(5MB)などのチオール基をもつ保護剤を用いてAuナノ粒子を合成し、液晶中へのAuナノ粒子の分散性の向上を図った。種々の保護剤を用いて合成したAuナノ粒子を5CBに添加し、ねじれネマチック液晶表示素子を作製し、その電気光学特性を液晶評価装置LCD-5200を用いて交流電圧を加えたときの透過率変化(V-T特性)で評価した。チオール系の保護剤は、それ自身ではV-T特性において周波数変調に影響を与えず、5CBへの相溶性の向上に有効であることを明らかにした。また5CBと構造が類似した保護剤の方が5CBへの相溶性が良好である事がわかり、5MBが最も良相溶性であった。PTP-Pdナノ粒子は100Hz1000Hzでは0.74.6Vの範囲で周波数変調するが、Auナノ粒子系では3.310.9Vとより幅広い領域で周波数変調を示した。さらにAuナノロッドではさらに効果が大きくなり、形状依存が認められた。これは液晶分子自身が棒状であるため、異方性の添加物の方が液晶に与える効果が大きくなるためであると考えられる。有機物で保護・安定化した金属ナノ粒子が,ナノテクノロジーを支える材料として注目されている。
サンプル値制御理論によるアナログ特性を考慮したディジタル信号処理

本年度は,次の研究を行った.●新方式によるディジタル通信システムの最適設計●ディジタルフィルタの低次元化●ディジタル処理における量子化ノイズの低減ディジタル通信システムの最適設計では,音声や音楽などのアナログ信号の通信において,信号のディジタル化による影響や通信路の影響を考慮しつつ,もとのアナログ特性を評価に入れた通信システムの設計法を提案した.この設計法によって,従来の方式よりもより自然な受信信号の再生が可能となった.また,評価関数としてH∞ノルムを用いており,最悪入力にたいする応答を最適化しているので,通信路の変動やアナログ特性の変更にたいしてロバストであるという特徴も持つ.また,この手法で設計されたフィルタはIIR(Infinite Impulse Response)フィルタであるが,実装においてはFIR(Finite Impulse Response)フィルタが望ましい.そこで,離散時間H∞最適化手法を用いて,FIRフィルタの設計法を提案した.この手法は,従来法であるNehari Shuffleに比べて設計の自由度が高く,優れた方法であることを示した.最後に,アナログ信号をディジタル信号に変換する際に,量子化の操作が行われ,これによって信号が劣化するが,サンプル値H∞最適化設計によって量子化ノイズを低減する予測量子化の新しい設計法を示した.従来の手法であるΔ変調では,デコーダ側のフィルタが不安定になり,通信路に混在した雑音を増幅する可能性があるのにたいし,本手法によって設計された量子化器は安定であり,量子化ノイズと通信路の雑音を同時に除去するフィルタが得られる.本年度は,次の研究を行った.●新方式によるディジタル通信システムの最適設計●ディジタルフィルタの低次元化●ディジタル処理における量子化ノイズの低減ディジタル通信システムの最適設計では,音声や音楽などのアナログ信号の通信において,信号のディジタル化による影響や通信路の影響を考慮しつつ,もとのアナログ特性を評価に入れた通信システムの設計法を提案した.この設計法によって,従来の方式よりもより自然な受信信号の再生が可能となった.また,評価関数としてH∞ノルムを用いており,最悪入力にたいする応答を最適化しているので,通信路の変動やアナログ特性の変更にたいしてロバストであるという特徴も持つ.また,この手法で設計されたフィルタはIIR(Infinite Impulse Response)フィルタであるが,実装においてはFIR(Finite Impulse Response)フィルタが望ましい.そこで,離散時間H∞最適化手法を用いて,FIRフィルタの設計法を提案した.この手法は,従来法であるNehari Shuffleに比べて設計の自由度が高く,優れた方法であることを示した.最後に,アナログ信号をディジタル信号に変換する際に,量子化の操作が行われ,これによって信号が劣化するが,サンプル値H∞最適化設計によって量子化ノイズを低減する予測量子化の新しい設計法を示した.従来の手法であるΔ変調では,デコーダ側のフィルタが不安定になり,通信路に混在した雑音を増幅する可能性があるのにたいし,本手法によって設計された量子化器は安定であり,量子化ノイズと通信路の雑音を同時に除去するフィルタが得られる.
熱エネルギーの超高効率利用のための基礎技術

(1)機能的粒子等を用いた熱物質移動の促進では、突起付き周方向フィン管の熱・物質伝達特性を明かにし、レイノルズ数や過冷却度への依存性を定量的に説明出来ることを示すとともに、新しい濃度測定法を提案し機能的粒子を用いる吸収実験を行った。(2)光を用いる熱変換・移動機構の超高効率化では燃焼ガスをエネルギー源とする炭酸ガスダイナミックレーザーによる熱・光変換を行ない、エネルギー増幅がなされてることを確認し、燃焼ガスによるレーザ発光の可能を示した。(3)軟磁性体粒子群を含む気体を用いた局所熱伝達率の増進と制御では、キューリ温度の低い磁性体粒子を混入することにより、透磁率の温度依存性の非線形性を利用し、伝熱促進を図る方法を提案し、そのメカニズムを解明し、粒子の壁面衝突時の粒子加熱により、伝熱促進効果が得られることを明かにした。(4)複合伝熱面による沸騰制御と高密度エネルギー伝達では、微細な異種物質を埋め込んだ複合材の沸騰面を用い、過熱度に依らず熱流束のみが増加する伝熱性能が得られた。(5)固気液三相流動層を用いる高性能伝熱機構に関する研究では、氷、空気、エチレングリコールの三相からなる流動層を蓄熱器として用いる方法を提案し、空気吹き込みによる流動化により、数十倍の伝熱促進が得られることを示した。(6)電場を用いた能動的沸騰・蒸発伝熱促進技術の研究では、電場による能動的伝熱促進技術を制御冷却技術へ応用するため、様々な伝熱流動場に対する実験を行い、その機構を明らかにした。(7)不溶性混合冷媒による凝縮熱交換器の高性能化では、不溶性混合冷媒が、従来にない特性をもつ媒体となる可能性に着目し、その凝縮伝熱性能を総合的に解明した。(8)最適伝熱管配置による固気二相流動の安定化と粒子の局所循環増進による伝熱促進では、周期変動流を用いることにより、熱伝達の促進と安定流動限界の拡張が同時に達成できることを明かにした。
二次元超配列金属ナノゲートによる脂質二分子膜展開挙動制御

親水性固体基板上を自発展開する脂質二分子膜に関して、自発展開駆動エネルギーを決定する要因が三つの膜一基板間相互作用(van der Waals/二重層力/水和力)あることを実験・理論計算の両面から明確化した。NaCl水溶液に関して、その濃度による相互作用変調の効果を検討した結果、濃度の増加に伴い展開速度が増加する事が明らかとなった。これは負に帯電した脂質膜と同じく負に帯電した基板との間に働く平面間相互作用が電解質濃度により変化したためと結論付けられた。本結果の定量的な妥当性は拡張DLVO理論により確認された。本機構の確認実験として、正に帯電したDOTAP二分子膜系の自発展開に対する電解質濃度依存性の実験も行なった。負に帯電した二分子膜とは逆に、電解質濃度の増加に伴い展開速度は減少した。これは本研究にて提案された平面間相互作用と自発展開ダイナミクスとの相関性を支持するものである。次いで、金属微小構造体基板上を自発展開する二分子膜内における分子拡散性に関して、単一分子直接観察を行なった。平均二乗変位などの統計的解析の結果、構造体の配置パターンに応じて分子拡散性が変調される事があきらかとなった。最後に、金属微小構造体による分子拡散性変調に基づいた膜内での分子フィルタリング現象を発現させる事に成功した。中でも、NBD色素で標識された二つの脂質同位体を異なるフィルタ効率で分離できた事は、本システムの高い分子認識能を示すものであり、今後の微小場分子操作システムにおける新規方法論の提唱がなされたものと考えられる。今年度は脂質二分子膜の自発展開特性の制御因子の解明を行なった。特に自発展開時の電解質条件に着目した検討を行い、自発展開駆動エネルギーの支配因子が膜-基板間相互作用であることを明らかにした。電解質としてNaClを用いた場合、自発展開駆動エネルギーのNaCl水溶液濃度に対する依存性が古典的なDLVO理論を用いて定量的に議論可能であることを示した。これまでは自発展開ダイナミクスを積極的に制御した例はなく、本成果の意義は大きい。また、カチオンの効果としてNa^+とCa^<2+>との比較実験を行なった結果、Ca^<2+>の添加により自発展開が促進される傾向が確認された。Ca2+は膜への吸着能が高く膜のゼータ電位をより正側へシフトさせる効果を持っている。これにより、自発展開膜が負に帯電した展開基板とより強い静電的相互作用を形成し、自発展開を促進させたものと考察される。一方、アニオンの効果としてNaClの代わりにNaBrを用いた場合、自発展開は阻害される傾向が確認された。本結果は、Cl^-と比較してBr^-は膜への吸着力が高く、自発展開基板との静電的反発力を高める因子として働き自発展開挙動を抑制したものと考えられる。今年度はさらにナノゲートの構築に向けて電子線リソグラフィーによる基板作成を行なった。電子線リソグラフィーを利用する事で、数十数百ナノメートル程度のゲート幅を有する規則的な金属微小構造体規則配列基板を作成することに成功した。また、幅30マイクロメートル、長さ600マイクロメートルの微小流路内にナノゲートを規則的に構築し、この流路内での自発展開現象の発現にも成功した。また、金属微小構造の調整、応用についても検討した。特に、分子数個分程度の極微小ゲートを構築した基板上において、単一分子レベルでの高感度検出能を有する分子検出システムの構築に成功した。
癌遺伝子V-mybによる腫瘍化機構の研究

癌遺伝子v-mybは核内に存在し、DNAに結合する活性を有している。それ故、その機能としてはある種の遺伝子の転写制御,DNA複製の制御,スプライシングの制御等が推定されていた。我々はv-myb遺伝子の腫瘍化機構の解析にはmyb遺伝子産物の機能を明らかにする事が重要と考え、まずc-myb蛋白質を発現させるためのプラスミドを作成した。このプラスミドは発現用の強力なプロモーターとしてニワトリβ-アクチン遺伝子のプロモーターを有し、その下流にマウスc-myb遺伝子のC-DNAクローンが挿入されている。このc-myb発現プラスミドを用いて、c-myb蛋白質が種々のプロモーターからの転写に及ぼす影響を解析した。その結果、c-myb蛋白質はマウス【I】型コラーゲン遺伝子,ラウス肉腫ウイルスのLTR,ヒトEGFレセプター遺伝子等のプロモーターからの転写を促進する事が明らかとなった。対照的にSV40ウイルスのプロモーター等からの転写はc-myb蛋白質によって全く影響を受けない。一方すでにv-mybはc-mybのN端部分とC端部分を欠いている事が知られている。そこでv-mybとc-mybの機能の差異を明らかにするため、c-myb発現プラスミドを材料にして、c-myb遺伝子のN端部分とC端部分を欠失させ、v-mybと類似の蛋白質を発現させるプラスミドを作成した。このプラスミドを用いて上記と同様な実験を行なった結果、このv-mybと類似の構造を有する蛋白質はc-mybとは反対にマウス【I】型コラーゲン遺伝子プロモーターからの転写を抑制することが明らかにされた。以上の結果より、マウスc-myb遺伝子産物はtrans-activator活性を有し、c-mybがV-mypに変化するとそのtrans-activator活性が変化することが示された。
耐震改修の耐久性向上に関する研究

本研究では耐震改修された建築物の長寿命化を実現するために,鉄筋コンクリート(RC)造建築物の耐震改修により新たに付加された補強部材およびそれが取付けられた既存部材の耐久性を実験的に評価する。当該年度は,まず,「課題1」として,耐震改修を施して3から15年経過した建築物の調査を実施した。調査の結果,既存・改修部分ともに目視できるほどの変状は確認できなかった。しかし,既存・改修部材の取り合い部分は目地に雨だれによる汚れが付着しており,そこから劣化因子が侵入しやすいことが確認できた。加えて,数種類の耐震改修工法の設計,仕様を確認し,実験計画策定の参考資料とすることができた。課題1の結果を踏まえ,以下の研究を実施した。「課題2.中性化および鉄筋腐食に及ぼす影響の評価実験」では,RC造耐震壁や鋼製架構の増設のようにあと施工アンカーを介して新旧部材を一体化させた模擬試験体を作製し促進中性化試験と繰返し塩水浸漬による内部鉄筋の促進腐食試験を行った。実験の結果,取り合い部分の防水や仕上が適切でない場合,そこから内部に中性化が進行し,それがあと施工アンカーを介して新旧部材へ広がることを確認した。一方,鉄筋腐食及ぼす影響については当該年度内に確認することができなかった。「課題3.部材間の接着一体性に及ぼす影響の評価実験」では,既存部材へ接着される改修部材を模擬した試験体を作製しラバーヒーターを使用した温冷繰返しによる強制的な伸縮の導入による接着一体性の促進劣化試験を行った。当該年度は既存コンクリートに接着する部材としてモルタルおよび繊維シートをエポキシ接着剤で貼付けたものを対象とした。モルタルについては温冷負荷時の伸縮挙動を把握し,接着一体性の低下について確認できた一方で,繊維シートについては想定より接着一体性が高かったため,計画していた評価試験で評価することができなかった。課題2について,内部鉄筋腐食の促進試験に予定以上の時間を要している。原因として試験において与える劣化外力の程度が低いことが考えられるため,試験体,試験方法の改良を行う予定である。また,課題3について,当該年度実施した繊維シートに対して既存コンクリートの強度に比べて繊維シートの接着力が強かったために,接着一体性の評価試験(直接引張試験,ひずみ追従性試験)において既存コンクリート部分が破壊し促進劣化による接着一体性の低下を確認できなかった。従って現状,計画している繊維シートや鋼板と既存コンクリートとの接着一体性の促進劣化試験を実施できていない。促進劣化前後の接着一体への変化を捉えることができるように試験体の既存コンクリートの高強度化を図り再度試験を行う予定である。特に,新旧部材取り合い部近傍の内部鉄筋の腐食および新旧部材の接着一体性の低下に関して,試験体や試験方法の改良を行い進捗の遅れを取り戻しつつ,耐震改修工法の材料や施工仕様などの実験要因を増やして実験を行い,耐震改修部分の耐久性に関するデータの蓄積および劣化メカニズムの解明を目指す。また,次年度は各模擬試験体の屋外暴露実験を開始する。研究期間内で評価を実施するが,長期間の暴露により新たな知見を得る可能性が考えられるため研究機関以降にも評価できるよう試験体の準備を実施する。

従って現状,計画している繊維シートや鋼板と既存コンクリートとの接着一体性の促進劣化試験を実施できていない。促進劣化前後の接着一体への変化を捉えることができるように試験体の既存コンクリートの高強度化を図り再度試験を行う予定である。特に,新旧部材取り合い部近傍の内部鉄筋の腐食および新旧部材の接着一体性の低下に関して,試験体や試験方法の改良を行い進捗の遅れを取り戻しつつ,耐震改修工法の材料や施工仕様などの実験要因を増やして実験を行い,耐震改修部分の耐久性に関するデータの蓄積および劣化メカニズムの解明を目指す。また,次年度は各模擬試験体の屋外暴露実験を開始する。研究期間内で評価を実施するが,長期間の暴露により新たな知見を得る可能性が考えられるため研究機関以降にも評価できるよう試験体の準備を実施する。物品費において計画より費用を要しなかったこと,および既存建築物の調査において旅費を要しなかったことにより当該助成金が生じた。次年度は試験体,試験方法の改良により予定より物品費を要するのでそれの補填に充てる。また,旅費については研究成果の国内発表を予定しているためそれの補填に充てる。
レアアース効率回収に向けたイオン液体系での新規抽出－電解技術の開発

我が国独自の希土類回収技術の確立に向けて、本研究ではイオン液体系で「抽出分離」と「電解析出」を連携させたプロセス開発を新規の要素として実施した。希土類種(Nd,Dy)の抽出機構解明では、抽出平衡式に関係する化学種の化学量論係数を決定し、希土類抽出機構が溶媒和形成とカチオン放出で進行することを明らかにした。また、ラマン分光法に基づく溶媒和数評価から抽出錯体は[Nd(TBP)3(TFSA)3]であることが判明した。最終的にNd-Fe-B磁石から「抽出ー電解法」によりNd, Dy金属を回収できた。ここで、抽出錯体濃度の上昇により電流効率の向上が見受けられたため、抽出-電解法の適用性が示唆された。近年、レアアース資源の安定供給策は国家規模で重要視されており、我が国独自の希土類回収技術の開発は重要である。本研究はイオン液体系において「抽出分離技術」と「電解析出技術」を連携させることにより、廃棄物の減容化と省エネルギー化に優れた希土類回収プロセスの開発を目的とする。ここで、実廃棄物:ボイスコイルモーターを対象として「抽出ー電解プロセス」の確立に挑戦することが新規の開発要素である。平成26年度は希土類種(Nd,Dy)の選択的抽出及び遷移金属種(Fe)との相互分離に関する研究を主体的に実施した。1.イオン液体系における希土類種(Nd,Dy)の選択的抽出に関する研究Nd,Dyの選択的抽出条件を明らかにするため、水相として利用するアミド酸の酸濃度依存性を評価した。その結果、アミド酸濃度が高く、低pH領域(0<pH<1)においてNd,Dyの抽出挙動に相違が見られることが明らかとなった。また、Nd,Dyに対する抽出率、分離係数を評価した結果、イオン液体系抽出系で希土類種の選択的抽出に有効な溶媒和抽出剤として、TBP,TODGAを利用できることが判明した。さらに、イオン液体系抽出において、溶媒和抽出剤のイオン液体に対する高溶解条件及び抽出剤の分配挙動も明らかになった。2.希土類種(Nd,Dy)と遷移金属種(Fe)との相互分離に関する研究Nd-Fe-B磁石成分中のNd,Dy及びFeとの相互分離については、pH依存性を考慮に入れた各金属種の抽出機構の相違を活用した。特にpH<0.5の条件下において、Nd,Dyの抽出率:75%以上を維持した上で、Feに対する抽出率:5%以下となり、選択的分離が可能であることを明らかにした。また、抽出機構解析から、本抽出挙動はNd3+,Dy3+及びFe2+に対する静電相互作用の相違を利用した溶媒和抽出剤の機能性に基づくものであることも明らかとなった。希土類資源の安定供給策は国家規模で重視されており、我が国独自の希土類回収技術の開発は重要である。ここで、実廃棄物:ボイスコイルモーターを対象として「抽出-電解プロセス」の確立に挑戦することが新規の開発要素である。平成27年度はNd,Dy錯形成状態の分光学的解析及び抽出-電解機構解明に関する研究を主体的に実施した。1.希土類錯体の分光学的解析及び溶媒和抽出機構の解明遷移金属類の錯形成状態を把握できる配位子場理論を活用して、本研究では分光学的系列から金属と配位子の相互作用を紫外可視分光法により評価した。希土類種の溶媒和抽出ではイオン液体系で抽出される錯形成状態を把握することが重要であり、希土類種(Nd,Dy)と抽出剤(TBP,TODGA)の錯形成状態を分光学的観点から評価した。また、希土類種の溶媒和抽出機構の解明では、抽出曲線のslope analysisから化学量論係数を算出し、抽出平衡式を明らかにした。2.イオン液体電析に向けた希土類種の還元/拡散挙動解析「イオン液体電析」を実現するため希土類種の還元挙動及び拡散挙動の解析には電気化学的手法を活用した。ボルタンメトリ法からイオン液体系で溶媒和抽出剤(TBP,TODGA)と希土類種:Ndから構成される錯体種([Nd(TBP)3(TFSA)3], [Nd(TODGA)3]3+)の希土類金属への還元過程は一段階の不可逆反応過程で進行することが判明した。また、上記錯体種の拡散係数は電位ー電流曲線の半積分法・半微分法から評価した。その結果、拡散係数はイオン液体系で形成される希土類アミド錯体([Nd(TFSA)5]2-)よりも若干低く、希土類イオン種と抽出剤は強固な配位結合を形成しており、電析過程では希土類アミド錯体よりも高い過電圧が必要であることが明らかとなった。平成27年度の研究計画は全て達成しているだけではなく、共同研究先との円滑な連携により、「抽出ー電解プロセス」の基盤となる特許技術(国内優先権主張)を出願できたため。本研究はイオン液体系で「抽出分離技術」と「電解析出技術」を連携させることにより、廃棄物の減容化と省エネルギー化に優れた希土類回収プロセスの開発を目的とする。

ここで、実廃棄物:ボイスコイルモーターを対象として「抽出ー電解プロセス」の確立に挑戦することが新規の開発要素である。平成28年度は「実廃棄物:Nd-Fe-B磁石からのNd, Dy抽出ー電解プロセスの適用性検討」を中心的に実施した。1.平成27年度までの研究成果をプロセス技術に反映するため、「抽出ー電解技術」を中心的に研究を遂行し、希土類種を選択的に抽出した後、還元挙動解析から得られた結果に基づき、Nd, Dyそれぞれの抽出系において電解析出試験を実施した。ここで得られた電析物はSEMから表面形態が金属粒子状であり、EDXからNd, Dyを確認した。また、電析物中の酸化物形成が低いことはXPSにより確認した。2.上記項目1の希土類系だけではなく、実際のNd-Fe-B磁石を利用した一連のプロセスによる鉄元素及び希土類種の抽出分離試験を行った。本試験において、鉄元素の抽出分離率>99.9%を達成した。また、電解析出に要するエネルギー見積もりを行った結果、従来技術である高温溶融塩系の場合と比較して、約1/8に削減できることが明らかとなった。3.「抽出ー電解プロセス」で適用する媒体を安価なイオン液体(2ユーロ/kg)に変更して、Nd, Dyの回収に抽出ー電解法を適用した。その結果、希土類電析物はSEM/EDX, XPSから金属状態であることを確認できた。また、「抽出ー電解プロセス」に対するコスト評価を行った結果、電解プロセスで利用する建浴費については、従来の高温溶融塩系に比べて、約1/2に削減できることが本研究から明らかとなった。我が国独自の希土類回収技術の確立に向けて、本研究ではイオン液体系で「抽出分離」と「電解析出」を連携させたプロセス開発を新規の要素として実施した。希土類種(Nd,Dy)の抽出機構解明では、抽出平衡式に関係する化学種の化学量論係数を決定し、希土類抽出機構が溶媒和形成とカチオン放出で進行することを明らかにした。また、ラマン分光法に基づく溶媒和数評価から抽出錯体は[Nd(TBP)3(TFSA)3]であることが判明した。最終的にNd-Fe-B磁石から「抽出ー電解法」によりNd, Dy金属を回収できた。ここで、抽出錯体濃度の上昇により電流効率の向上が見受けられたため、抽出-電解法の適用性が示唆された。平成26年度の研究計画は全て達成しているだけではなく、共同研究先との円滑な連携により、「抽出ー電解プロセス」の基盤となる特許技術を出願できたため。平成28年度は「実廃棄物:Nd-Fe-B磁石からの希土類抽出ー電解プロセスの適用性検討」に向けて、以下の研究を計画している。1.希土類種(Nd,Dy)に対する抽出ー電解技術の確立平成27年度までの研究成果をプロセス技術に反映するため、「抽出ー電解技術」を中心的に遂行する。希土類種を選択的に抽出した後、還元挙動解析から得られた電位ー電流曲線に基づいて過電圧を決定し、Nd,Dyの各抽出系におけるイオン液体電析を実施する。得られた電析物はSEMで表面観察を行い、EDXにより元素分析を実施する。また、電析物中の酸化物形成状態はXPSにより評価する。さらには酸化物形成が少ない電解条件を探索していき、より優れた抽出ー電解プロセス技術の開発を目指す。2.実廃棄物:Nd-Fe-B磁石を対象とした抽出ー電解プロセスの適用性評価項目1に掲げた希土類種だけではなく、実際のNd-Fe-B磁石を利用した一連のプロセスにより、鉄元素及び希土類種の抽出分離試験を実施する。
制御ー計測ー情報の高度融合による組織形成場におけるダイナミクス解析

本研究課題では従来直接計測が困難であった細胞行動および集団形成に影響を及ぼす場に働くダイナミクスを,制御・計測・情報技術を高度に融合することにより解析することを目的としている。本年度は微細加工技術を用いて細胞周りの微小空間を制御することで細胞行動の再現性を飛躍的に高め、長期間に渡る数百の細胞行動データを取得することを達成した。具体的には、気管支上皮細胞集団を三角形に配置してから培養を行うと、一旦全ての細胞が三角形の稜線付近に集約されたのちに、再び三角形を再構築するように個々の細胞が移動するという秩序だった行動が確認された。また、三角形以外にも細胞の初期集団の形状を変化させると、異なる集団行動が確認できた。このように細胞周りの微小環境を制御することにより、細胞集団行動の再現性を高め、細胞が従っている秩序を際立たせることができるため、細胞行動メカニズムを明らかにする上で大きく貢献が可能である。さらにこれら膨大な量の行動データについて、特徴量を抽出することにより意味のある情報へと変換することが出来た。数理モデルについては、細胞間の接着に起因する力学相互作用に加え、細胞が分泌する分子による化学相互作用、細胞外マトリックスによる外力を考慮した数理モデルの構築を行った。また、本研究課題で対象としている気管支上皮細胞の行動には、周囲に存在するEGFにより刺激されたマクロピノサイトーシスが大きく寄与していることを実験・理論の両面から明らかにし、上記化学相互作用に必要な一部の分子を同定することができた。本研究課題は1)細胞周りの微小空間を制御することで細胞行動の再現性を飛躍的に高め,2)上記制御により高いSN比を持つ膨大な量の細胞行動データを画像処理と特長量抽出により自動計測・判別し,3)取得した膨大なデータを仮説した数理モデルにデータ同化させパラメータを最適化することにより,組織形成における場のダイナミクスを解析するという,全く新しい手法を確立しようとするものであり,本年度は膨大な量の細胞行動データの取得を達成した。また数理モデルについても力学相互作用、化学相互作用を加味したモデルの構築を達成していることから、当初計画どおりの進捗状況である。さらに当初の研究課題を超えて、数理モデル内で仮定している化学相互作用に必要な分子の同定についても達成することができたため、当初の計画以上の成果が得られている。得られた膨大な量の細胞行動データについて、機械学習も用いて情報の特徴を際立たせ、定量化を行うことにより、実験データと仮説した数理モデルの比較・検証を行う。実験とモデルの特徴量データの差が最小になるよう、モデル内のパラメータ値について最適化を行い、複数の条件下でモデルが正しいかどうかの検証を実施する。仮にモデルが実験結果と不整合が生じた場合は、仮説したモデル内に不足した現象があると捉え、モデルの再検討を繰返し実施することで、モデルの有用性を明らかにしていく。

仮にモデルが実験結果と不整合が生じた場合は、仮説したモデル内に不足した現象があると捉え、モデルの再検討を繰返し実施することで、モデルの有用性を明らかにしていく。
南アフリカIRSFの可視―近赤外同時化によるSED測定の革新

目標は、可視から近赤外にわたる7色同時測光/偏光装置のIRSF1.4m望遠鏡への導入であった。そのためには、撮像部(検出器の大型化および読み出し部)の小型化が必須であった。この自力開発が頓挫して、小型の市販カメラQHYを代用とする迂回路を見いだした。これは未だ実現していない。また本研究の基礎となったTRIPOL(3色同時測光/偏光装置)の論文化も、較正データが不十分なため到達限界が不定で受理されていない。他方、TRIPOL搭載の機会を求めて、アジア諸国と連携を進め、望遠鏡の新たな光学系を探究した結果、木野解を見つけた。研究開始の初年度に当たって、様々な展開の可能性を探った。実施した5項目を列挙する。1)南アフリカIRSF 1.4mおよび0.75m望遠鏡での多色偏光測定のための検出器読み出し回路の開発(鹿大理工;永山との共同)、既存のIRSF近赤外3色(JHKs)に、可視4色(g,r,i,z)を付加して、可視ー近赤外同時偏光を実現するための必須の開発である。2)球面カセグレン望遠鏡の設計と鏡面精度測定用CGH干渉計の開発(京大理;木野との共同)、様々なパラメータ(多色、分光、偏光)空間の同時性を実現するためには、1台の望遠鏡より複数の望遠鏡で実施する方が自由度が高まる。「分光と測光」に絞った専用の望遠鏡光学系の考案とその実現方法の調査を行った。3)i-Pol.カメラによる広領域偏光サーベイの試験(名市大;杉谷および名古屋市科学館との共同)、5年前に製作したi-バンド専用の偏光カメラによる広領域偏光を名古屋市科学館屋上80cm望遠鏡で12月および3月に行った。まっとうなデータが取得できたことを確認したものの、公共施設のために借用できる時間が限られるために不満が多い。4)愛教大60cm望遠鏡での多色偏光測定の可能性の調査(愛教大;高橋との共同)、この望遠鏡は空き時間も多く、比較的名大から近距離で、TRIPOL搭載の可能性を探ったが、カセグレン直通の空間が狭いために、TRIPOLが挿入できないことが判明した。5)偏光ストークスパラメータ[IQUV]同時測定の可能性の考察(広大;川端および理研;海老塚との共同)、HOWPolでは、望遠鏡の"瞳"面を分割するので勿体ない、そこで"偏光"を分割して複数の検出器を配置することによって全到来フォトン数を救うことを考えている。以上、研究開始の初年度に当たって、多方向から様々な可能性を考察した。最大の関門である「検出器読み出し回路」の開発が、鹿児島大・理工・永山のグループによって、メドが付いた。これからは、「多チャンネル光学系」設計へ向うことができる。1.TRIPOL:3色同時偏光カメラ3色{gri}カメラを、Lulin 1m望遠鏡に搭載して、星形成領域(NGC1893, IC5146,他)の3色偏光サーベイを行った。また、種々の変動天体(Be型星、T Tauri型星、Blazar等)の偏光モニターを行った。これらのデータの信頼性を確認するため、台湾中央大学Lulin天文台と共同で様々な較正を行ってきた。2016年秋に、学術雑誌に投稿した結果、却下された。レフェリーのコメント;装置からの偏光誤差Δp<0.3%は確認したものの、気象条件の不安定さによって生ずる誤差の評価が不十分である。納得できる。今後、気象条件と装置起源の誤差を判別する評価を行う。2.南アフリカ分光専用球面望遠鏡の考察IRSF 1.4m望遠鏡は、近赤外3色同時撮像として稼働中であるが、分光データの必要性が切望されている。分光には一定の集光力口径が必要となる。しかし、大望遠鏡を現在の主流である光学系で実現しようとすると、技術・コスト面で常に問題となるのが、サイズの大きい非球面鏡の製作である。そこで、大口径となる主鏡と副鏡を、製作が容易な球面鏡にしようと考えた。主・副鏡の曲率中心を合わせてコマ収差を取り除き、小口径の非球面鏡を用いて球面収差を除去することにより、像の質を補正するアイデアを得た。a.光学系:新しい光学解の発見[木野、名大・理、成相]b.鏡の加工:焼結ボンド#8000による超精密(約20 nm・rms)研削[ナガセインテグレックス]c.鏡の形状の測定:CGH干渉計による超精密(約10 nm・rms)形状計測[名大・理]実際の望遠鏡試作への準備は整った。3.毎年開催しているIRSF勉強会を2017年3月1日に、その解析講習会を2日に、名古屋大学理学部で開催した。IRSF勉強会出席者35名、解析講習会参加者12人であった。IRSF/SIRPOLによる観測は、順調に進められて、科学面における論文出版は、快調である。他方、可視域の3色同時偏光装置TRIPOLについては、南アフリカ、台湾、韓国に配置して観測を進めようとしたが、実際はほとんど進んでいない。TRIPOLの装置の論文を、昨年秋に、学術誌PASPに投稿したが却下された。レフェリーのコメント;誤差の評価が不十分、については、納得できる。

装置からの偏光誤差Δp<0.3%は確認したものの、気象条件の不安定さによって生ずる分が混入しているので、この二つの要素を分離すればクリアできると考えている。1)多色(3色→4色→7色)化:TRIPOL=3色測光器の較正を、台湾・鹿林1m望遠鏡および韓国・高麗1mで試みた。台湾中央大学においてTRIPOL#2による観測を継続中。TRIPOL#3によるソウル大との共同観測は停滞中(理由は韓国・高麗1m望遠鏡が未だ不首尾のため)。わが国内でも較正をするために、南アフリカ・サザーランド75cm望遠鏡に搭載していたTRISPEC#1を送還して、千葉工大と共同で部分改修した後、観測を行う計画である。2) 4面反射望遠鏡光学系("木野式")の「新規性」の調査を行い、同時に光学系の諸パラメータを決定した。この光学系が新規か否か依然として釈然としない。この光学解にもとずく小型望遠鏡の実現に向けた提案書を作成した。また、この光学系の非球面(M4)形状を創成する方式が、所仁志(アストロアエロ社)によって見いだされた。ナガセ研削盤と焼結ボンド#8211による超精密研削で、面形状71nm・pv/12nm・rmsを実現した。3) CGH(Computer Generated Hologram)干渉計をナガセインテグレックス(岐阜県関市跡部)内に構築して、口径60cmカセグレン望遠鏡主鏡の面形状測定を行った。面形状30nm・rmsで測定できた。4) 3色(gri)測光偏光器の論文を再投稿したものの不採択であった。「較正」が不十分であるとの理由であった。また、雑誌『計測と制御』に「天体分光の歩み」という解説記事を執筆した。5)平成30年3月5日に名大理において毎年恒例のIRSF勉強会を行った。25名の出席者を得て、研究の成果及び経過を議論した。本研究開始前から開発していた「小型可視光カメラ」が実用化できず、この小型化が本研究の鍵であったために、当初計画した多色化が実現しなかった。その詳細な考察と展望は、3年間全体を通しての実績報告書で述べる。目標は、可視から近赤外にわたる7色同時測光/偏光装置のIRSF1.4m望遠鏡への導入であった。そのためには、撮像部(検出器の大型化および読み出し部)の小型化が必須であった。この自力開発が頓挫して、小型の市販カメラQHYを代用とする迂回路を見いだした。これは未だ実現していない。また本研究の基礎となったTRIPOL(3色同時測光/偏光装置)の論文化も、較正データが不十分なため到達限界が不定で受理されていない。他方、TRIPOL搭載の機会を求めて、アジア諸国と連携を進め、望遠鏡の新たな光学系を探究した結果、木野解を見つけた。1)最大の関門である「検出器読み出し回路」の開発が、鹿児島大・理工・永山のグループによって、メドが付いた。これは読み出し回路の小型化である。これによりIRSF望遠鏡のカセグレン焦点部に、4チャンネル{4色(g/r/i/z)光学系, 4CCD }を搭載した「多チャンネル光学系」設計へ向う。また冷却することも可能になる。上と平行して、2)測光分光測光専用のための新たな望遠鏡光学系を考案したい。3)手近な望遠鏡を探して、i-Pol.カメラによる広領域偏光サーベイを継続する。4)愛教大60cm望遠鏡を使って「単素子検出器」を4個{3CCD+1InGaAs}を並べて多色偏光測光器の試作と実験、を行う。
半導体ナノ構造中２準位系の共鳴エネルギー変動の研究

単一のInAs量子ドット構造を用いて強固な秘匿通信を可能とする単一光子光源構造を作製し、生成光子状態の動的変動を理解するためドット構造内部の荷電状態変動の検討を行った。独自開発した金属微小鏡筒構造により、通常の平面構造では1%程度の光子取り出し効率について18%迄の向上に成功、詳細な状態解析を可能とした。光子相関法に基づき高い時間分解能で観測した状態揺動を、単一量子ドット内に形成される荷電状態を5準位系でモデル化し、ある初期条件の下での分布の時間変動シミュレーションにより解析した結果、高い精度で実測結果を再現することに成功、量子光源を特徴付ける動的荷電状態変動の制御に向けて重要な知見を得た。平成24年度は、高い光子取り出し効率を実現する微小鏡筒構造を作製した上で、単一のインジウムひ素量子ドットを用いた零次元半導体ナノ構造内部の荷電状態変化の検討を行った。まず、対象が光子1つのレベルの超微弱光であり、解析に十分な信号強度(=光子数)を確保するため、微小金属鏡筒構造を導入して、プラナー構造では1%程度しかない光子取り出し効率を18%まで増大させることに成功した。従来8%程度であったが、構造の再検討を行うことによって従来プロセスで必要としていた堅い金属(低反射率金属)から高反射率を持つ銀に変更が可能になったことが本質的であった。また、金属鏡筒構造を半導体基板から剥離する際の工程も改善し、構造作製の歩留まりも大きく向上させることに成功した。これらの構造最適化により、ドット内の荷電状態の変化を精度良く高い時間分解能で検証することが可能となった。対象となる半導体量子ドット系は天然原子と異なり、キャリアの出入りを許す開放系である。このため、構造へのキャリアの出入りによって各荷電状態の分布が時間変動し、コヒーレンス消失を引き起こす。量子ドット内の真空準位、電子準位、中性励起子、中性励起子分子、および負の荷電励起子の5状態に対する分布のフローを仮定し、各荷電状態発光間の相互相関測定を行い、これをV. Regelmanらの手法に準じたレート方程式解析を行って従来あまり考慮されていないキャリア放出を含むキャリアの出入りに特徴的な時定数を算出することに成功した。複数の量子ドットを含む光学構造内では多数の無相関光子が生成し、光子の単一性を低下させる。また同一ドット内においても中性励起子の他、荷電励起子の様な励起子複合体も形成され、それら中性-荷電状態間では常に数ナノ秒オーダーの遷移を繰り返している。従って量子ドットの励起ダイナミクスの知見獲得は高効率光子源に向けて基本的であり、これを数ナノ秒オーダーの高い時間分解能で追跡可能な2次の光子相関測定により評価した。本年度は励起強度・励起エネルギーの2つの観点から単一量子ドット励起ダイナミクスの評価し、特に定量的な検討を進めた。単一QD内で形成される|Vac>, |X0>, |XX0>, |e->, |X+>の5準位系の状態間遷移から各準位間のキャリア移動をモデル化したレート方程式を立式し、分布の時間発展から相関関数を導出した。電子の供給・逃避レートγin,γoutのみでなく、正孔の供給,逃避レートγ′in, γ′outも考慮した遷移モデルを採用した。各相関関数に対応する初期条件下での分布の時間変動から実験と対応可能な相関関数のシミュレーションを行った。パラメータを適切に設定することにより、実験的に得られた5つの相関関数の特徴をほぼ完全に再現することに成功した。電子捕獲の影響が大であるのに比べ、正孔による量子ドット内励起の寄与は小さいこと等が定量的に示された。またこれらの結果がγinをはじめとする全ての励起レートが励起光によって生成されたものであり、またそのレートの相互関係は励起強度では変化しないことを示唆している。また、この励起機構は結晶の準位構造によって決定されたものであり、励起光の強度変化では制御されないことが示された。従って量子ドット励起ダイナミクスの制御には、励起エネルギーがより本質的な決定要因であると考えられる。完全もつれ状態と完全混合状態の凸結合で書かれるWerner状態は、特に混合状態における量子的“相関"に関する議論の礎となる理論上重要な状態である。更に、Werner状態は2光子混合状態での最大もつれ状態であり、ユニタリ操作によってはもつれ度の向上ができない状態に対応することから、応用の観点からも有用性が高い。

Werner状態の生成に関して、非線形光学過程による2光子についてはこれまで多くの報告があるが、確定的な2光子発生が期待される量子ドット光子対源の場合には、そもそも2経路の情報消去が自明ではなく量子的な相関を持つ光子対の生成が困難であったことから、これまでWerner状態との関連に関する知見は得られていない。今年度は、経路情報をもたらすドットの形状異方性を排除するため、GaAs (111)A基板上に無歪のGaAs量子ドットを液滴エピタキシー法により形成し、経路情報のない対称性の高いドットの形成に成功した。9Kにて単一の量子ドットを励起した結果、中性励起子分子(XX)・励起子(X)、荷電励起子発光が確認された。2光子状態を構成するXX, X発光について光子相関測定を36通りの偏光配置で行い、得られた同時計数ピークに対して時間ゲートをかけて計数処理した。量子トモグラフィーおよび最尤推定により生成2光子の密度行列を構築し、線形エントロピー(SL)およびタングル(T)を用いて状態評価を行った。いずれの場合もWerner状態を示す線上に位置することが確認され、また時間と共に混合度が増大する結果となった。これは量子ドットにより生成された2光子状態が、X滞在中に緩和を受けながらWerner状態として時間発展することを明瞭に示す。尚、T>0の点は偏光もつれ光子対発生に対応し、更に初期のSL <1/2を満たす2点は、ベル不等式を破る非局所相関光子対が発生していることに対応する。26年度が最終年度であるため、記入しない。半導体ナノ構造26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は、高い光子取り出し効率を実現する微小鏡筒構造の作製および光子相関測定を用いた量子ドット内ダイナミクスの検討を実施した。当初計画に対して大きな障害は発生せず、おおむね予定通りの進捗となった。平成25年度は、光子相関測定を用いた量子ドット内ダイナミクスの検討を励起強度・励起エネルギーの2つの観点から実施し、各素過程の時定数の定量的評価に成功した。半導体ナノ構造による量子光源の安定性を制限する要因である(i)ドット界面をまたぐキャリア移動、および(ii)外部環境変化によるドット内部の電子準位揺動メカニズムの検討を、高い時間分解能でダイナミクスを検出可能な光子相関測定を主たる手法として引き続き推進する。平成26年度は、量子ドット内ダイナミクスの検討を継続的に進めると共に、これまでの研究で得られた知見を活用して量子ドットからの光子対生成の効率の向上を目的とし、励起子準位を介さない励起子分子生成についての研究についても展開していく予定である。平成24年度に生じた未使用額については、支払いが次年度となった消耗品費の支払いおよび、平成25年度に購入予定の消耗品に充てる。当該研究の主たる手法として用いた光子相関測定に関して、自作計測ソフトウェアの作成等により当初予定に対し僅かではあるが効率的な進捗を実現し、必要な消耗品に掛かる経費が抑制されたため。大きな剰余ではないため、特段の研究計画の変更の予定はない。論文投稿料や国際会議参加登録料等、成果発表の拡充に使用したい。