hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
循環流動層ガス化炉による木質バイオマスガス化

バイオマスのガス化において、アルカリによる流動媒体の劣化が問題となる。本研究では、アルカリによって劣化が生じても、直ちに交換可能な粘土系廃棄物(レンガ粉砕物)を流動媒体とする流動層によるバイオマス水蒸気ガス化について検討した。平成16年度は、内径43mmのラボスケールバッチ式気泡流動層ガス化反応器を利用して、セルロースの水蒸気ガス化実験を行った。反応装置に流動媒体(けい砂あるいはレンガ粉砕物)を静止層高800mmとなるように流動媒体を充填し、所定の温度まで昇温したのち、セルロース粉末を充填したカプセルを水蒸気ガス化させた。水蒸気濃度は85%(バランスガスは窒素)とした。レンガ廃棄物を流動媒体とした場合、けい砂の場合と比較して、タール抑制効果がみられ、かつ水素生成率も向上した。しかし、昨年実施した、活性白土の成績には及ばなかった。比表面積を測定した結果、レンガ粉砕物は活性白土ほど比表面積が大きくなく、そのためタール吸収能力が低いことが示唆された。そのため、酸処理等によって比表面積を増加させることが改善策として見いだされた。800°Cで、ガス化と再生を繰り返す実験をおこなった結果、流動媒体は、最初の1サイクル目は高いガス化効率を有するが、2回目以降は、ガス化活性が低下する傾向が見受けられた。1-5kg/hrの循環流動層ガス化炉の立ち上げと、最初の試験を実施した。けい砂を流動媒体とした木質バイオマスのガス化試験を完了した。
記憶領域制限シナリオにおける計算限界の解明

本研究では,対数領域計算モデルでの非自明な下界と上界の確立に向けて強力な解析技法の開発を行った.与えられた実数値配列上で,各要素の対して,より大きな値をもつ要素の中で直近のものを見つける直近上位要素発見問題を基本問題として考えた.線形の作業領域を許すと線形時間ですべての直近上位要素を求めることができるが,少ない作業領域でどの程度の高速化が達成できるかが問題である.本研究では,定数個のメモリを用いるだけで十分に高速なアルゴリズムを開発することに成功し,その計算時間とメモリ量との間のトレードオフについても成果を得た.同様の研究結果を計算幾何学やグラフ理論の基本的な問題についても得ることができた.本研究では,制約されたメモリモデルでの非自明な下界の確率に向けて強力な解析技法の解析を目指しているが,平成25年度は特にグラフに関する問題を主に扱った.まず,グリッドグラフ上での最短経路問題を再考した.具体的にはチューリングマシンの模倣において使われた特殊な数列を利用して高速な再帰アルゴリズムを開発している.さらに,そこでの結果と,当領域A01班で得られたO(√n)作業領域での到達可能性判定アルゴリズムに関する平面分離定理の結果を利用して,平面グラフ上での最短経路問題に拡張的に応用すべく検討した.グラフの問題では更に,最小全域木問題,深さ優先探索(Depth-First Search)問題,幅優先(Breadth-First Search)問題,2連結成分分解問題などに関する省メモリアルゴリズムの研究を開始した.これらの問題に対してO(log n)ビットメモリアルゴリズムの(不)可能性の検討,および,自明なO(n log n)ビットメモリアルゴリズムの省メモリ化の検討などを行っている.計算幾何学に関する問題としては,これまでに開発した直近上位要素発見問題に対する省メモリアルゴリズムを用いて,単調多角形の三角化に対しても省スペースアルゴリズムを与えた.さらに,カッコ列の構造表現という基本的な問題に対しても同じ手法で省スペースアルゴリズムが与えられることを示した.また,ポインタマシンモデルやブランチングプログラムモデルの下での下界の改善の検討も引き続き行った.その結果,計算時間と消費スペースに関するタイトなトレードオフを示すことができた.一部の結果は国際会議および学術論文誌などに投稿中である.本研究では,メモリの使用量に制約があるモデルでの非自明な下界の確立に向けて強力な解析技法の開発・解析を目指しているが,平成26年度は特にグラフの探索に関する問題を主に扱った.グラフ探索に関する基本的な問題として,深さ優先探索がある.メモリの使用量に制約がない場合は,深さ優先探索をO(m + n)時間で行えることがよく知られている.(ここでmは辺の数,nは頂点の数である.)このとき,メモリの使用量はO(n log n)ビットである.我々は,メモリの使用量をO(n)ビットに制限した場合に,深さ優先探索が行えるかという課題に取り組み以下の結果を得た:(1)メモリをO(n)ビット使用した場合,深さ優先探索をO(m log n)時間で実行できる;(2)メモリをn + O(log n)ビットに制限した場合,深さ優先探索を多項式時間で実行できる.深さ優先探索を制限されたグラフクラスに関しても研究した.フィードバック頂点集合とは,グラフからサイクルを無くすために削除する頂点集合のことである.小さなフィードバック頂点集合を持つグラフは,木に近い良い構造を持つことが知られている.我々は,定数サイズのフィードバック頂点集合を持つグラフクラスに対して,O(log n)ビットのメモリを使って深さ優先探索が実行できることを示した.本研究では,メモリの使用量に制限があるモデルにおいて,基本的なアルゴリズム的課題に対する被自明な下界の確立に向けての解析技法の開発を行っている.平成27年度は,より基本的な課題に立ち返り,以下の問題の研究を開始した.最近要素発見問題:この問題では,数が入った長さnの配列Aが与えられ,さらに,クエリとして一つの数qが与えられる.これに対して,Aの中で最もqに近い要素を返すのが目的である.Aが読み出し専用のデータとして与えられ,Aに対するクエリが多数実行される設定を考える.前処理を全く行わなければ,毎回のクエリに対してAを端から端まですべて見ることで,O(n)時間で回答できる.また,前処理を行いO(n log n)ビットのデータを保存することができる場合には,Aをソートした配列A'を持てば,各クエリに対してA'を二分探索することでO(log n)時間で答えることができる.では,前処理の後にo(n log n)ビットだけ保存しておくとした場合,クエリをどれだけ高速化することができるであろうか.我々はこの問題の研究を開始し,o(n log n)ビットのデータ構造を保存しておくことで,クエリ実行時間を自明な上界より改善できるという初期結果を得た.また,2次元平面上への問題も考え,同様の初期結果を得ることができた.現在,この結果を更に発展させるべく,研究を継続中である.この研究の副産物として,配列のソート(比較に基づくもの)に対して,前処理およびo(n log n)ビットのデータ構造の保存を行っても全く実行時間を改善できないという考察も得た.最近要素発見問題に対する研究を開始し,初期的な結果を得ることができた.結果は,それだけで興味深いものであるが,さらなる発展を平成28年度の目標としている.更には,副産物として,比較に基づくソート問題に対する前処理の無効性も得ることができた.

一般に,計算量の下界を得ることは難しく,我々の「メモリ制限下での計算量下界の精密化」という課題は非常に挑戦的である.しかし,これまでの研究を通して,メモリ制限下で高速化できる基本的問題の例がいくつか得られてきており,反対に,メモリ制限下では自明な低速アルゴリズムしか得られない例も発見できた.これらの知見を活かすことで,最終年度の研究目的が明確に立てられている.本研究では,対数領域計算モデルでの非自明な下界の確立に向けて強力な解析技法の開発をめざした.具体的には,読み出し専用の配列上に与えられた数値大列に対して,各要素に対して上位の直近要素を求める問題を基本として,最短経路問題に代表されるグラフ問題や幾何的最短経路問題などに適用した.最も最近の結果としては,少ないビット数で深さ優先探索を実行する方法を開発した.また,最長増加部分列に対する省メモリアルゴリズムの開発も行った.既存のアルゴリズムではO(n log n)ビットを用いてO(n log n)時間の時間がかかっていたが,我々が開発したアルゴリズムによるとO(√n log n)ビットだけを用いてO(n^3.5 log n)時間で実行できる.また,最短経路問題に関しては,格子グラフ上でほぼ√nのメモリだけをもちいて√nx√nのサイズのグラフ上での最短経路問題を多項式時間で解くアルゴリズムを開発したが,その結果を平面グラフの族に拡大し,これもほぼ√nのメモリだけを用いて最短経路を求める方法を開発した.この結果は世界で最初の画期的なものであり,高く評価されている.また,計算量下界の解析手法検討の領域全体の共通の課題として提案した.一般のグラフでの最短経路問題には有力な下界が証明されているため,具体的な問題として,どのようなグラフ族を対象にすればよいかを詳細に検討した上で課題提供を行い,他班と共同で様々な解析技法の適用を試みた.制約されたメモリモデルについても,従来から作業領域を入力サイズの対数程度に制限したシナリオ(対数領域計算モデル)だけに限定することなく,アルゴリズムの実行時に利用可能なメモリを最大限に利用して,そのメモリ制約の下で最も効率の良いアルゴリズムを開発することを目指すというシナリオについても研究を進めた.本研究では,制約されたメモリモデルでの非自明な下界の確立に向けて強力な解析技法の開発をめざしている.また,最短経路問題に代表されるグラフ問題や幾何的最短経路問題などを,計算量下界の解析手法検討の領域全体の共通の課題として提案することも重要な目的である.一般のグラフでの最短経路問題には有力な下界が証明されているため,具体的な問題として,どのグラフ族を対象にすべきかを詳細に検討した上で課題提供を行い,他班と共同で様々な解析技法の適用を試みた.制約されたメモリモデルについても,従来からの作業領域を入力サイズの対数程度に制限したシナリオ(対数領域計算モデル)だけに限定することなく,アルゴリズムの実行時に利用可能なメモリを最大限に利用して,そのメモリ制約の下で最も効率の良いアルゴリズムを開発することを目指すというシナリオについても研究を進めた.
英語の時制と現在完了形のメカニズム及び使用原理に関する研究

英語の単純現在形、及び現在進行形、現在完了形は、いずれも現在時制の形態素の付随した時制節であり、現在成立している状態を表すという共通性を持つことを、使われる認知的及び語用論的環境や、意味や用法の全てを統御する現在時制の形態素の意味機能の観点から、網羅的に説明した。例えば現在完了形は、過去分詞の表す過去の出来事を表すように一般的には捉えられているが、実は、過去分詞の表す出来事に影響を受けた「現在の事柄」を表すと考えると文法的制約を説明できることを示した。平成18年度は、研究計画に挙げた通り、英語の現在完了形の意味構造における時制の意義の解明に重点的に取り組んだ。現在完了形の構成素の一つである、HAVEに付随する時制形態素の意味機能は、基本的に単純現在形や現在進行形の場合と同じであり、英語における現在時制形態素を含んだ全ての単文節の時制現象を統一的に説明出来ることを、日本認知言語学会第7回大会において口頭発表した。そのプロシーディングが現在印刷段階にある。そこでは、英語の現在完了形は、現在の状態を表す表現の一種であり、「過去分詞の表す事態の生起によって何らかの影響を受けた状態を、話者が現在保持していること」を表すと考えることにより、英語の現在完了形を過去表現の一種として捉えてきたこれまでの見解によって生じ観察されてきた様々な矛盾や、未解決の問題に筋の通った説明を可能にした。これはまた、現在完了の理解や指導には文脈や発話の場への意識や考慮が不可欠だということでもある。更に18年度後半においては、現在時制の形態素の機能に関し、アスペクトなど、他の面からも取り組み、これまでは発話行為(即ち動作)を表すとされてきた、必ず単純現在形を取る遂行文のメカニズムにも取り組み、発話行為そのものではなく発話行為を説明する文として、genericsとの共通性を捉え、やはりここでも現在時制の形態素は、ある状態が事態認知の一瞬で成り立っていることを表すことを論じ、情報工学部紀要として纏めた。平成19年度は、当初計画に掲げた項目の中でも特に重要と思われる、1)完了形の過去分詞と受動態の過去分詞との関係、2)現在完了進行形の構成要素である現在分詞の歴史的研究、3)haveの確立とbe動詞の衰退などの面からみた歴史的研究、4)「Topicとは何かについて」ということを含めたtopicと現在完了形の容認可能性な談話文脈についての洗い直し作業や情報収集を行った。同時に現在完了形のHaveに付随している現在時制形態素の意味機能を中心に展開し、その意味機能が、現在進行形や単純現在形を含む全ての英語の現在時制文において共通で一貫しており、英語の現在時制文の表す内容は、全て話者の当該発話内容認知時である現在の一瞬で成立しておりimperfectiveであることを示すため、先ずは7月に、ポーランド・クラクフ・The Jagiellonian Universityで開催された国際認知言語学会で、その性質が、これまで単純現在形の例外とされてきた遂行文の場合にも成立ししていることを発表した。上記と並行して、これまでの英語の現在時制の形態素の意味機能についての研究を博士論文として纏め、製本した。今年度の参加学会や研究会での情報交換や情報収集活動によって仕入れた主に新しい文献資料を通して、議論を洗い直すなどの推敲作業を行い、10月-2月にかけては、特に論文校閲の後更に推敲する作業に専念した。平成20年度は、3年間の研究の締め括ると共に、次の研究を進める上で、18年度及び19年度でやり残した細部を詰めることに取り組んだ。後半は、現在完了進行形について取り組み、進行中の出来事の内実現した部分の結果としての現在の状態を表す形であることから、現在完了形との役割分担のあり方について、歴史言語学の研究成果に照らしつつ、完了形と進行形の組み合わさり方について論じ、2つの学会で発表した。この研究は特に、日本学術振興会外国人招聘研究者(短期)の制度で招聘したテキサス大学のDrinka博士、及び広島修道大学の水野和穂氏とのやり取り及び学会でのワークショップをやる中で進み、『月刊言語』、学会プロシーディングの読者など、会場からのfeedbackと共に反響を感じることができ、文法書の礎となった。更に、これまでの3年間の研究で論じてきた、現在形の形態素のあり方と現在進行形の統語的・意味論的・語用論的ありかたが、通時的・類型論的・共時的な角度から捉えても矛盾がないことを最後の紀要論文で検証できた。特にケルト語由来の北方表現として古くからあった口語表現から進行形が発達したと考えると、英語独特の同構文の意味的統語的性質を、捉えることが出来る可能性が高いことを論じた。
プロテインキナーゼCによるp21タンパクのリン酸化と細胞周期制御機構

扁平上皮細胞の分化過程におけるCキナーゼη分子種(PKCeta)とp21の相互作用に着目し解析を行った。PKCetaは表皮ケラチノサイト内でcyclin E/cdk2/p21と複合体を形成し、複合体内のp21のS146とS153をリン酸化する。擬似リン酸化変異体を用いた解析により、S153のリン酸化はp21の細胞内局在を、核から細胞質に変化させることがわかった。また、S146のリン酸化は核に局在するp21のタンパク安定性には影響を与えないが、細胞質に存在するp21のタンパク分解を促進させることがわかった。表皮ケラチノサイトにPKCetaを過剰発現させると、p21タンパク量が顕著に減少する。p21量の減少はプロテアソーム阻害剤添加により回復した。また、増殖中の細胞ではp21は核に局在するが、増殖を停止し、分化した細胞ではその局在が細胞質に移行することがわかった。S146がリン酸化されたp21の局在をリン酸化認識特異抗体(αS146p21Ab)により検討したところ、PKCetaを発現させた細胞では、リン酸化p21は細胞質に局在することが確認された。S146、S153、及びS146とS153の非リン酸化変異体(A置換型;A mutant)と擬似リン酸化変異体(置換型;E mutant)のアデノウイルスベクターを作製し、上皮細胞の増殖分化に及ぼす影響、PKCetaとの相互作用について検討した。細胞質局在型p21を発現させた場合のみPKCetaが誘導するケラチノサイトの終末分化が抑制されることがわかった。以上のことは、PKCetaが細胞質においてp21をリン酸化し、その分解を促進させることが終末分化の誘導に重要であることを示唆するものである。終末分化に伴って細胞周期はG1期で停止する。これは、PKCetaがcdk2/cyclinE/p21複合体と結合し、cdk2活性を抑制することによる。このときp21の146番目のSerine残基(S146)がPKCetaによりリン酸化される。S146のリン酸化によってp21はPCNAとの結合能を失う。また、p21はPKCdeltaによってもS146、S153がリン酸化されること、S153のリン酸化によってp21の核局在が阻害されることがわかった。PKCetaの過剰発現による分化誘導に伴いp21の細胞内局在が核から細胞質に移行すること、タンパク量が減少することが確認された。細胞内でのリン酸化状態はは部位特異的リン酸化抗体(S146-p21)を用いた実験により確認された。また、S146がリン酸化されたp21の局在は細胞質に限定されることがわかった。S146、S153、及びS146とS153の非リン酸化変異体(A置換型;A mutant)と擬似リン酸化変異体(E置換型;E mutant)のアデノウイルスベクターを作製し、上皮細胞の増殖分化に及ぼす影響、PKCetaとの相互作用について検討した。
下行性鎮痛系の増強を応用した新しい全身麻酔法の開発：5-HT受容体リガンドの活用

ラットの脊髄後角組織からのサブスタンスP(SP)遊離を選択的セロトニン受容体リガンドが抑制し、全身麻酔薬が増強するか、in vitro実験を行った。その結果、脊髄後角組織に対するcapsaicin刺激によりSP遊離量は濃度依存性に増加したが、この増加作用はmorphineにより有意に抑制された。PropofolによりSP遊離量は高濃度で増加したが、ketamineは影響しなかった。一方、選択的セロトニン取り込み阻害薬のimipramineは濃度依存性にSP遊離量を増加させたことから、これらの部位ではセロトニン神経刺激による抗侵害刺激効果を認めなかった。本研究の目的は、既存の全身麻酔薬が下行性鎮痛系を抑制することを示し、手術時の鎮痛・不動化を得るために臨床上より高用量の麻薬性鎮痛薬が使用されていることを明確にすることにある。また、選択的セロトニン受容体リガンドの活用により下行性鎮痛系を増強する新しい全身麻酔法が確立できれば、呼吸・循環抑制といった重篤な副作用のある麻薬性鎮痛薬を使用しなくてもよくなるかも知れない。本年度は、ラットの脊髄後角組織スライスからのサブスタンスP(SP)遊離を選択的セロトニン受容体リガンドが抑制し、全身麻酔薬が増強するか、in vitroスライス実験を用いて行った。また、侵害刺激による脊髄後角からのセロトニン遊離を全身麻酔薬が抑制するか、あるいは侵害刺激による一次求心性神経終末からのSP遊離を選択的セロトニン受容体リガンドが抑制し、全身麻酔薬が増強するか、in vivoマイクロダイアリシス法により明確にすることを予定した。その結果、既存の静脈麻酔薬であるプロポフォールは脊髄後角組織スライスからのSP遊離を濃度依存性に増強した。しかし、選択的セロトニン取り込み阻害薬であり、臨床上慢性疼痛に有効であるとされているイミプラミンは、1 mMの高用量でもセロトニン量の増加やSP遊離の抑制を認めなかった。脊髄でのin vivoマイクロダイアリシス法は手技的にかなりの困難を伴い、現在のところ結果を出すまでには至っていない。ごく初期の電気生理学的研究で、痛覚との関連が明らかでなかった様々な脳の領域を電気刺激すると強力な鎮痛作用が得られることがわかり、これを下行性鎮痛系と呼んだ。この痛覚抑制系は、大きく3つの連結した経路からなる。(1)中脳水道周囲灰白質領域のニューロンは、信号を神経伝達物質であるエンケファリンを介し(2)縫線核および傍巨大細胞網様核へと伝える。これらの核から二次信号が(3)脊髄後角へと送られ、セロトニンを遊離させる。セロトニンは、脊髄の介在ニューロンからエンケファリンを遊離させる。エンケファリン神経は、脊髄後角でシナプスを形成し痛みの伝導路である一次求心性神経のAδ線維とC線維からの入力をシナプス前およびシナプス後抑制すると考えられている。このように、生理的鎮痛系は脊髄への最初の入力点で侵害刺激により引き起こされる痛み信号を阻止することが可能である。しかし、全身麻酔薬がこの生理的鎮痛系にどのような影響を与えているのか検討した研究はこれまでなされていない。本研究によりこの系への全身麻酔薬の影響を調べる際、本年度では脊髄の組織を用いたスライス実験を行っているが、この方法では上位中枢との相互神経連絡が切断されてしまい、全身麻酔薬の作用は限定されてしまう。その点、脊髄でのin vivoマイクロダイアリシス法は全身麻酔薬のこの系への作用をより明確にすることが可能である。しかし、脊髄でのin vivoマイクロダイアリシス法は手技的にかなりの困難を伴うため、現在のところ結果を出すまでには至っていない。研究期間中には結果を出せるようにしたい。また、選択的セロトニン受容体リガンドの活用により痛覚抑制系を増強する、新しい全身麻酔法が確立できれば、呼吸・循環抑制といった重篤な副作用のある麻薬性鎮痛薬を使用しなくてもよくなるかも知れない。本年度は、ラットの脊髄後根神経節(DRG)培養細胞と脊髄後角組織スライスからのサブスタンスP(SP)遊離を選択的セロトニン受容体リガンドが抑制し、全身麻酔薬が増強するか、in vitro実験を行った。また、侵害刺激による一次知覚神経終末からのSP遊離を選択的セロトニン受容体リガンドが抑制し、全身麻酔薬が増強するか、in vivoマイクロダイアリシス法により明確にすることを予定した。その結果、DRG培養細胞を用いた実験では、capsaicin刺激あるいは高濃度K+刺激により遊離量は有意に増加したが、選択的セロトニン取り込み阻害薬のimipramine、静脈麻酔薬のGABAA受容体に作用するpropofol、NMDA受容体拮抗薬ketamineおよび麻薬性鎮痛薬のmorphineはSP遊離に影響を及ぼさなかった。脊髄後角組織スライスに対するcapsaicin刺激あるいは高濃度K+刺激によりSP遊離量は有意に増加したが、この増加作用はmorphineにより有意に抑制された。PropofolによりSP遊離量は濃度依存性に増加し、このpropofolによって促進されたSP遊離はmorphineによって濃度依存性に抑制された。一方、imipramine、ketamineはSP遊離に影響しなかった。脊髄でのin vivoマイクロダイアリシス法は手技的にかなりの困難を伴い、現在のところ結果を出すには至っていない。

ごく初期の電気生理学的研究で、痛覚との関連が明らかでなかった様々な脳の領域を電気刺激すると強力な鎮痛作用が得られることがわかり、これを下行性鎮痛系と呼んだ。この痛覚抑制系は、大きく3つの連結した経路からなる。(1)中脳水道周囲灰白質領域のニューロンは、信号を神経伝達物質であるエンケファリンを介し(2)縫線核および傍巨大細胞網様核へと伝える。これらの核から二次信号が(3)脊髄後角へと送られ、5-hydroxytryptamine(5-HT;セロトニン)を遊離させる。セロトニンは、脊髄の介在ニューロンからエンケファリンを遊離させる。エンケファリン神経は、脊髄後角でシナプスを形成し痛みの伝導路である一次求心性神経のAδ線維とC線維からの入力をシナプス前およびシナプス後抑制すると考えられている。このように、生理的痛覚抑制系は脊髄への最初の入力点で侵害刺激により引き起こされる痛み信号を阻止することが可能である。しかし、全身麻酔薬がこの生理的痛覚抑制系にどのような影響を与えているのか検討した研究はこれまで全くなされていない。本研究によりこの系への全身麻酔薬の影響を調べる際、本年度では脊髄後根神経節(DRG)培養細胞と脊髄後角組織スライスを用いたin vitro実験を行っているが、この方法では上位中枢との相互神経連絡路が切断されてしまい、全身麻酔薬の影響は限定されてしまう。その点、脊髄でのin vivoマイクロダイアリシス法は全身麻酔薬のこの系への作用をより明確にすることが可能である。しかし、脊髄でのin vivoマイクロダイアリシス法は手技的にかなりの困難を伴い、現在のところ結果を出すには至っていない。研究期間中には結果を出せるようにしたい。本研究の目的は、既存の全身麻酔薬が下行性鎮痛系を抑制することを示し、手術時の鎮痛・不動化を得るために臨床上より高用量の麻薬性鎮痛薬が使用されていることを明確にすることにある。また、選択的セロトニン受容体リガンドの活用により痛覚抑制系を増強する、新しい全身麻酔法が確立できれば、呼吸・循環抑制といった重篤な副作用のある麻薬性鎮痛薬を使用しなくてもよくなるかも知れない。本年度は、ラットの脊髄後根神経節(DRG)培養細胞と脊髄後角組織スライスからのサブスタンスP(SP)遊離を選択的セロトニン受容体リガンドが抑制し、全身麻酔薬が増強するか、in vitro実験を行った。また、侵害刺激による一次知覚神経終末からのSP遊離を選択的セロトニン受容体リガンドが抑制し、全身麻酔薬が増強するか、in vivoマイクロダイアリシス法により明確にすることを予定した。その結果、DRG培養細胞を用いた実験では、capsaicin刺激あるいは高濃度K+刺激により遊離量は有意に増加したが、選択的セロトニン取り込み阻害薬のimipramine、静脈麻酔薬のGABAA受容体に作用するpropofol、NMDA受容体チャネルを遮断するketamineおよび麻薬性鎮痛薬のmorphineはSP遊離に影響を及ぼさなかった。脊髄後角組織スライスに対するcapsaicin刺激あるいは高濃度K+刺激によりSP遊離量は有意に増加したが、この増加作用はmorphineにより有意に抑制された。
洗浄における機械力の解析的研究-超遠心力による水平・垂直分力の吟味-

本研究は洗浄の基礎理論の一環である洗浄における機械エネルギーの役割を、遠心力洗浄により、力の方向性を考慮し、定量的に明らかにすることを目的として行い、2年間の研究により新たな知見を得ることができた。昭和62年度ポリスチレンラテックス粒子-ガラス基質の系について、超高速遠心機(最大回転数40000rpm)に、30°の角度型ロータを用い、装着するアダプターの基質ホルダーに傾斜をつけることにより、ロータを変えずに角度を060°、180240°に変えて、遠心力による粒子除去を試みた。その結果、ロータ角度が小さいほど、水平分力の寄与が大となり、粒子除去率は増大した。また、水平分力を一定とし、垂直分力を変える条件で洗浄すると、垂直分力が小さいほど、粒子除去力は大きくなり、垂直分力が0の場合、すなわち、水平分力のみが働く場合に除去率が最大となった。この場合、ロータ角度060°では、粒子付着面は遠心力方向にあるが、180240°では逆に回転軸方向を向くため、垂直分力により粒子は基質面におしつけられる。両者とも、上記の傾向を示したが、後者の除去率が1520%低かった。昭和63年度昭和62年度の結果を他の系について確認した。すなわち、基質をセルロース、アセテート、ポリエステルフィルムとし、前年度と同様の実験を行ったところ、ガラス基質と同様の傾向が認められ、水平分力と垂直分力の寄与を確認することができた。また、放送大学の研究費によって購入した画像解析システム(ビデオパターンアナライザー、VPA-750、KKレスカ)を用い、粒子数測定の基礎的事項を計測し、顕微鏡写真の引伸し画像による粒子数測定に利用するための詳細な検討を行った。その結果、本研究の除去率算定に行っている顕微鏡写真の粒子数の計測に応用することの可能性を確かめることができた。本研究は,洗浄における機械エネルギーの役割を,除去力の方向性を考慮した実験を通して,定量的に明らかにすることを目的として行ったものである.すなわち,ポリスチレンラテックス粒子-ガラス基質の系について,超高速遠心機(最大回転数40000rpm)に, 30°の角度型ロータを用い,装着するアタプターの基質ホルダーに傾斜をつけることにより,ロータを変えずに角度を0°60°, 180°240°に変えて,遠心力によって粒子除去を試みた.さらに,粒子除去率の算定には,従来の写真計数法のほか,画像解析法についても検討した.主な結果は次の通りである.1.61年度までの実験で,ロータ角度が小さいほど,水平分力の寄与が大となり,粒子除去率が大きくなることを確認している.水平分力を一定にし,垂直分力を変えて洗浄すると,垂直分力が小さいほど除去率が大となり,垂直分力が0の場合,すなわち水平分力のみの場合に除去率が最大となった.昨年度までは,粒子付着面を遠心力方向にむけて洗浄したが,本年度は回転軸方向にむけて洗浄したところ,同様の傾向がみられたが,同条件で洗浄した場合,前者より除去率が1520%低下した.ロータ角度180°240°がこれにあたる.結果を右図に示す.2.画像解析法は,写真によって解析を行うには,倍率-試料を撮影するための写真の枚数,コントラストなど,十分に条件を整える必要があり,本実験に適用するには,さらに検討を要する.63年度は,粒子,基質を変え,層流洗浄との対比を行うとともに,画像解析法についても実験条件を詳細に検討し,本実験に適用できるようにしたいと考えている.

固体粒子よごれを角度型ロータを用いて遠心力洗浄を行った場合、一定の遠心力を加えても、水平分力と垂直分力の寄与の相違によって、粒子除去率が異なり、水平分力の寄与が大きいほど粒子が除去されやすいこと、すなわち、ロータ角度が小さいほど、水平分力の寄与が大きいので、粒子除去率が大きくなる。このことに関して、昨年度は61年度に行つたロータ角度の範囲を拡げ、060°および180240°とし、ポリスチレンラテックス粒子ーガラス基質の系について実験したところ、両者ともにロータ角度が大きくなると、除去率が低下する傾向がみとめられた。この場合、ローター角度060°では、粒子付着面は遠心力方向をむいているが、180240°では反対に回転軸方向をむき、垂直分力によって粒子は基質面におしつけられる。両者とも、ロータ角度が増すとともに、除去率は直線的に低下するが、同じ遠心力を加えても、前者の方が、後者より除去率が高くなった。本年度は基質を変え、セルロース、アセテート、ポリエステルフィルムの系について昨年と同様の実験を行ったところ、右図のように昨年度と同じ傾向が認められた。また、当初の研究に予定していた粒子数計測を画像解析装置を用いて効率化する部分の研究は、研究費査定段階で削減された。幸いにして放送大学の研究費により、昨年度末に画像解析システム(ビデオアナライザーVPT-750、KKレスカ)が購入されたので、粒子数測定の基本的事項を計測して、最終的には顕微鏡写真の引き伸し画像による粒子数測定に利用する詳細な検討を試み、十分実用にたえることを明らかにした(測定範囲0.57.0mm)。
トポロジカル超流動の実現可能生

レーザーによって捕捉された原子気体をnK程度の極低温まで冷却することで、極低温原子気体の超流動が実現されている。フェルミ原子気体では、対を形成し分子となることでBose-Einstain凝縮(BEC)がおこり、超流動現象が発生する。フェルミ原子気体では対形成のための相互作用を容易に変えられるため、超流動の性質が超伝導に代表されるBCS理論的なものから分子ボソンのBECの超流動へと連続的に移行するBCS-BECクロスオーバーが観測されている。BCS-BECクロスオーバー領域では超流動は平均場BCS理論を基礎としたNozieres and Schmitt-Rink(NSR)理論[1]によって記述される。このNSR理論では平均場BCS理論では考慮されていない対の揺らぎの効果が取り込まれているため、BCS領域だけでなくBEC領域も計算できる特徴をもつが、一様系の場合にしか定式化されていない。レーザーの定在波を用いて極低温原子気体に周期ポテンシャル(光格子)を作成することで、固体中に近い状況を再現することが実験的に可能となっており、固体との関連性が議論されている。本年度では、弱光格子中のSOCを持つフェルミ原子の系にNSR理論を拡張した。得られた弱光格子中のSOCを持つフェルミ原子の系に拡張したNSR理論を用い、超流動密度について数値的に計算し超流動の実現可能性について明らかにする。特に、これまでの研究で培った弱光格子中超流動における数値計算手法を応用し、解析計算と数値計算とを組み合わせることで、ワークステーションやスーパーコンピューターといった大型計算機を使うことなく、現在所持する計算機資源の範囲で、実験に即したパラメータを用いて数値計算を行い、新たに超流動になるパラメータを明らかにした。本年度では、弱光格子中のSOCを持つフェルミ原子の系にNSR理論を拡張したが、予想された困難もなく、すんなり拡張できた。また、数値計算ももともとあったプログラムを拡張すればよいことがわかった。本研究はおおむね順調に進展している極低温原子気体においてSOCを持つフェルミ原子気体の超流動、特にs波超流動とp波超流動の混成した超流動の実現が期待されているが、s波とp波の混合超流動はトポロジカル不変量がゼロではないトポロジカル超流動である可能性がある。トポロジカル不変量が変化するときその界面(エッジ)にギャップレスモード(エッジ状態)が存在する。そのため、(2)で得られた実現性の高いパラメータにおいて、Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程式を用いた解析を行い、エッジ状態があるか確認し、超流動がトポロジカル超流動であるか確認する。特に、トポロジカル超流動とそうでないときのパラメータを詳細に調べる。BCS-BECクロスオーバー領域では、フェルミオン的な超流動からボソン的な超流動への連続的な変遷がみられる。その性質の違いは素励起の違いと密接に関係しており、超流動を構成する原子対の特定(クーパー対か2原子分子か)が重要となる。BCS-BECクロスオーバー領域では、光放出分光法による1粒子スペクトル密度の研究が盛んに行われ、理論と実験がよく一致している。しかし、1粒子スペクトル密度では、超流動を担う対の性質を調べることは出来ない。申請者はこれまでの研究において、金属超伝導状態の電子対の性質を調べる事が可能な2電子放出分光法に着目し、これを冷却原子に応用することで、光格子のない一様系の超流動におけるクロスオーバー領域での超流動を構成する原子対の性質を明らかにすることに成功した[3]。本研究ではこれを弱光格子中のSOCを持つフェルミ原子気体超流動に応用し、超流動の性質を調べる。特に、s波超流動とp波超流動が混在しているようなパラメータ領域で、トポロジカル超流動とそうでないときの違いを明確にすることで、トポロジカル超流動を特定できる方法を提言する。本年度はBCS-BECクロスオーバー領域における超流動を記述するNozieres and Schmitt-Rink(NSR)理論を弱強度光格子系に拡張した。弱強度光格子とは光格子の強度が弱い光格子で、ハバードモデルがよい近似ではなくなるような強度の光格子のことである。本研究の目的はトポロジカル超流動の実現可能生を探るというものである。s波超流動とp波超流動の混成した超流動の実現が期待されているが、実現には至っていない。その最大の原因は非弾性散乱による散逸である。光格子により原子対の形成が促進され、散逸が減少することが、実験的に確かめられている。一方でハバードモデルで記述できるような強さまで光格子の強度を上げてしまうとモット転移を起こし超流動が存在しなくなることも知られている。しかし、光格子により原子対の形成が促進され、散逸が減少することが、実験的に確かめられている。本研究は弱強度光格子を利用したトポロジカル超流動の実現可能性を探るのを目的としている。BCS-BECクロスオーバー領域では超流動は平均場理論を基礎としたNSR理論で記述されるが、これは一様系の理論であり、弱光格子には適応できなかった。本研究ではこのNSR理論を弱強度光格子に適応できるように拡張した。その結果、光格子を加えると、原子対の形成が促進され、散逸が減少することを明らかにした。また、光強度が一定の大きさより大きくなると超流動が壊れることも明らかにした。

これらの結果まとめた論文を現在執筆中である本年度はBCS-BECクロスオーバー領域における超流動を記述するNozieres and Schmitt-Rink(NSR)理論を弱強度光格子系に拡張した。この拡張に伴う困難さは予想通りであり、これは申請時の研究計画に記した計画通りにすするんでいる。レーザーによって捕捉された原子気体をnK程度の極低温まで冷却することで、極低温原子気体の超流動が実現されている。フェルミ原子気体では、対を形成し分子となることでBose-Einstain凝縮(BEC)がおこり、超流動現象が発生する。フェルミ原子気体では対形成のための相互作用を容易に変えられるため、超流動の性質が超伝導に代表されるBCS理論的なものから分子ボソンのBECの超流動へと連続的に移行するBCS-BECクロスオーバーが観測されている。BCS-BECクロスオーバー領域では超流動は平均場BCS理論を基礎としたNozieres and Schmitt-Rink(NSR)理論[1]によって記述される。このNSR理論では平均場BCS理論では考慮されていない対の揺らぎの効果が取り込まれているため、BCS領域だけでなくBEC領域も計算できる特徴をもつが、一様系の場合にしか定式化されていない。レーザーの定在波を用いて極低温原子気体に周期ポテンシャル(光格子)を作成することで、固体中に近い状況を再現することが実験的に可能となっており、固体との関連性が議論されている。本年度では、弱光格子中のSOCを持つフェルミ原子の系にNSR理論を拡張した。得られた弱光格子中のSOCを持つフェルミ原子の系に拡張したNSR理論を用い、超流動密度について数値的に計算し超流動の実現可能性について明らかにする。特に、これまでの研究で培った弱光格子中超流動における数値計算手法を応用し、解析計算と数値計算とを組み合わせることで、ワークステーションやスーパーコンピューターといった大型計算機を使うことなく、現在所持する計算機資源の範囲で、実験に即したパラメータを用いて数値計算を行い、新たに超流動になるパラメータを明らかにした。本年度では、弱光格子中のSOCを持つフェルミ原子の系にNSR理論を拡張したが、予想された困難もなく、すんなり拡張できた。また、数値計算ももともとあったプログラムを拡張すればよいことがわかった。本研究はおおむね順調に進展している今後は実験に即したパラメータを用いた、超流動密度の計算を行う予定である。これまでの研究で得られた弱光格子中のSOCを持つフェルミ原子の系に拡張したNSR理論を用い、超流動密度について数値的に計算し超流動の実現可能性について明らかにする。特に、これまでの研究で培った弱光格子中超流動における数値計算手法を応用し、解析計算と数値計算とを組み合わせることで、ワークステーションやスーパーコンピューターといった大型計算機を使うことなく、現在所持する計算機資源の範囲で、実験に即したパラメータを用いて数値計算を行う。この超流動はs波とp波の混合超流動はトポロジカル不変量がゼロではないトポロジカル超流動である可能性がある。トポロジカル不変量が変化するときその界面(エッジ)にギャップレスモード(エッジ状態)が存在する。
Hessian K3曲面を利用した3次曲面のモジュライの研究

Sylvesterの標準形で表せないHessian K3曲面の3次元族を調べた。この族はtoric超曲面としても得られ、Dolgachevの意味で、射影直線の3つの直積(P^1)^3の(2, 2, 2)次超曲面のMirror族となっている。周期積分がLauricellaのF_Cを満たすことを示し、テータ関数を利用して周期写像の逆写像を構成した。周期領域はSiegel上半空間であり、対応するmodular群はFricke対合による¥Gamma_0(2)の拡大となっている。近年、Allcock, Carlson, Toledoにより3次曲面のモジュライ空間が4次元複素超球の算術商により与えられる事が示され、3次曲面のモジュライが集中的に研究された。FreitagとAllcockはBorcherdsの無限積を利用して3次曲面に付随する複素超球上の保型関数を構成し、寺杣と松本は複素超球をSiegel上半空間に埋め込み、テータ級数を用いて保形関数を構成した。一方、van GeemenとDardanelliは3次曲面のHessianを調べる事により、3次曲面のモジュライを考察している。彼等の結果を発展させ、IV型領域を利用して、3次曲面のモジュライに付随した保型関数を構成する試みは未だ成されておらず、これを本研究にて遂行しようと考えている。22年度は、Sylvesterの標準形で表せないHessian K3曲面の3次元族を調べた。この族はtoric超曲面としても得られ、Dolgachevの意味で、射影直線の3つの直積(P^1)^3の(2,2,2)次超曲面のMirror族となっている。周期領域はSiegel上半空間であり、対応するmodular群はFricke対合による\Gamma_0(2)の拡大となっている。\Gamma_0(2)に関する保型形式の次数付環は伊吹山によって決定されており、生成元もテータ級数を用いて具体的に与えられているので、Fricke対合の作用に対する不変式環として構成できた。得られた結果は論文「Hessian K3 surfaces of non-Sylvester type」にまとめ、雑誌Journal of Algebraに掲載された。この結果は一般の3次曲面のHessianを調べる上での足掛かりになると思われる。K3曲面Xの自己同型はH^{2,0}(X)に自明に作用する時、symplecticという。Symplectic involutionは8個の固定点を持ち、商曲面の8個のnodeをblow upして得られる曲面は再びK3曲面になることが知られている。塩田-猪瀬は特異K3曲面(Picard数が20であるK3曲面)Xに対し、以下の性質を持つsymplecticinvolutionを構成した。1商曲面YはKummer曲面である。2XからYへの商有理写像は、T_X(2)からT_YへのHodge isometryを引き起こす。ここで、T_XはXのtranscendental latticeを表す。一般に、この様なsymplectic involutionを、K3曲面上の塩田-猪瀬構造と呼ぶ。この定義はMorrisonによる。MorrisonはK3曲面Xが塩田-猪瀬構造を持つ為の必要十分条件は、T_XがT_AとHodge isometricである様なAbel曲面Aが存在する事であるということを証明した。一般の(1,d)-編極Abelian曲面のtranscendental latticeはM_d=U+U+<-2d>であるから、Picard数が17のK3曲面Xが塩田-猪瀬構造を有するのはNS(X)=E_8+E_8+<2d>のときである。しかしながら、この様なK3曲面の3次元族の具体例はd=1,2の場合しか知られていない。これ等の例においては、K3曲面は楕円曲面として与えられ、2-torsion sectionがsymplectic involutionを与えている。この状況においてはXからYへの有理写像は関数体上の楕円曲線のisogenyとして与えれ、dual isogenyを考える事により、Kummer sandwich theoremの幾何学的実現を得る。本研究では、Mordell-Weil rankが0という仮定のもとで、この様な楕円曲面はd=1,2,3,5,7の場合にのみ存在するということを証明した。また、各々の場合に具体的なWeierstrass方程式を記述した。研究成果は論文としてまとめられ、立教大学数学雑誌に掲載される予定である。
現代アメリカ外交の理念的起源に関する基礎的研究

本研究では、現代アメリカ外交の理念的起源を解明すべく、第一次世界大戦期にアメリカ合衆国大統領として政治指導力を発揮したウッドロー・ウィルソンの外交を検討した。とりわけ、ウィルソン外交やその外交理念に基づく「ウィルソン主義」をめぐる米国学会での研究動向を踏まえつつ、ウィルソン外交と日本の関係に纏わる諸側面を実証的に明らかにしたことが、本研究の最大の成果である。本研究は、3年間に亘る長期プロジェクトである。初年度にあたる平成20年度および平成21年度の2年間については、米国におけるウィルソン外交研究の動向を、より包括的に整理・再検証することが研究の最優先課題である。そのための基礎的研究作業として、本年度は当該テーマに関わる研究資料・一次史料の収集を行うとともに、以下の2点の成果を得た。第1の成果は、「ウィルソン主義」とウィルソン外交の関係について、研究論文を発表したことである。拙論は、「ウィルソン主義」の実相を、民主化の推進、反帝国主義、民族自決主義、単独行動主義といった概念に焦点をあてつつ、歴史的実証分析により再検討を行ったものであり、「ウィルソン主義」を構成する個々の概念が必ずしもウィルソン外交の内実を正確に反映したものではないことを実証的に明らかにした。第2の成果は、米国で学会報告を行い、日本外交史の視点を加味した日米外交史として、海外で研究成果を発表できたことである。2008年6月に米国・オハイオ州立大学にて開催された米国外交史学会(SHAFR)・2008年度年次大会において、ウィルソン研究の第一人者であるLloyd E. Ambrosius氏の司会により、「日米関係と米国のシベリア撤兵」というテーマで報告を行った。報告では、日米間の認識のずれや相互不信が惹起した問題点を指摘し、Mark Gilderhus、Noriko Kawamura両氏から有益なコメントをいただいた。その他、学会では、Ross Kennedy、John Cooper氏などウィルソン外交を専門とする研究者との交流が実現し、当該分野の最新の研究動向を知る上で大変貴重な機会となった。来年度も、引き続き米国におけるウィルソン外交研究の動向を、包括的に整理・再検証するよう努め、3年目の研究テーマを視野に入れつつ、具体的な研究成果をまとめたいと考えている。2年目にあたる平成21年度は、平成20年度からの研究に引き続いて、アメリカにおけるウィルソン外交研究の動向を、より包括的に整理・再検証することを研究の最優先課題とした。そのための基礎的研究作業として、本年度は当該テーマに関わる研究資料・一次史料の収集を行うとともに、研究報告を中心に以下の2点の成果を得た。第1の成果は、軍事史学会・関西支部において、ウィルソン政権の対日政策と同政権による地域に対する政策の関連について研究報告を行ったことである。報告の内容は、主に第一次世界大戦前後のアメリカの対日政策に関するものであったが、報告の中で対ヨーロッパ政策や対ロシア政策に関する既存の研究や最新の研究動向を紹介することができた。第2の成果は、本務校に設置されている世界問題研究所のシンポジウムにおいて、「覇権国家アメリカ」と題する研究報告を行ったことである。3年間に及ぶ学内研究プロジェクトの主題は「帝国・地域・国家」であり、報告者の担当領域はウィルソン外交の特徴を軸にアメリカ外交の伝統を考察することであった。報告では、20世紀以降のアメリカ外交の歴史的系譜を踏まえつつ、冷戦終結後から現在に至る現代アメリカ外交の現状と課題について問題提起を行った。平成22年度は、本研究プロジェクトの最終年度となる。本年度は、これまで従事してきたアメリカにおけるウィルソン外交研究の動向調査による成果を整理するとともに、第一次世界大戦終結前後に世界を揺るがせた「ウィルソン主義」の受容と反発をめぐって、日本側の動向に焦点をあてながら、他地域の事例とも比較しつつ、原史料の調査を踏まえた実証的分析を試みたい。最終年度にあたる平成22年度は、平成20年度からの研究に引き続いて、米国におけるウィルソン外交研究の動向の整理・再検証を進めるとともに、具体的な研究成果をまとめることを最優先課題とした。そのための基礎的研究作業として、本年度も引き続き当該テーマに関わる研究資料・一次史料の収集を行い、以下の2点をはじめとする研究成果を得た。第1の成果は、和田春樹他編『岩波講座・東アジア近現代通史4社会主義とナショナリズム1920年代』(岩波書店、2011年3月刊行)に、拙稿「ウィルソン主義とワシントン体制」を寄せたことである。ウィルソン政権の対日政策に関する実証的研究である拙著『ウィルソン外交と日本』(創文社、2006年)での成果を踏まえつつ、拙稿ではウィルソン政権以後の1920年代にまで研究分析の射程を広げた。1920年代の東アジア・太平洋における国際秩序の基盤となったワシントン体制をも視野に入れつつ、ウィルソン主義が世界大戦後の国際環境の中で具体的にどのように受容され、あるいは受容されなかったのかについて、米国、日本、中国、朝鮮の状況を相互比較しつつ検証した。

第2の成果は、2011年3月に米国ハワイ州ホノルルで開催されたアジア研究学会(Association of Asian Studies)年次大会において、「旧ドイツ領南洋諸島の委任統治問題をめぐる多国間交渉」と題する研究報告を行ったことである。報告では、当該問題に関する米国側政策決定者の諸認識を踏まえつつ、日本の政策決定者が英国、英自治領、および米国の交渉推移を慎重に見定めながら、権益の確保に余念がなかった点について一次史料を根拠に紹介した。
強磁性共鳴を用いた磁気交換力顕微鏡の超高感度化・超高分解能化

これまでの磁気交換力顕微鏡では、表面の結晶構造と磁気情報を分離して測定することは困難である。そこで、本研究では、物質表面の結晶構造と磁気交換力を分離測定するため、強磁性共鳴を用いる磁気交換力顕微鏡を新たに提案した。具体的には、強磁性共鳴により磁気探針の磁化状態を変調し、磁気交換力だけを抽出しようとするものである。ここでは、この磁気交換力顕微鏡の様々な要素技術の高性能化を実現した。個々の原子によって構築されたナノ構造体の磁気的性質を理解するために最も重要なものは、原子の磁気モーメント(スピン)間の磁気交換相互作用であり、これを直接測定できる革新的な手法として、磁気交換力顕微鏡が注目されている。本研究は、『強磁性共鳴を用いて、物質表面に作用する交換力を原子分解能で観察できる磁気交換力顕微鏡を開発する』ことを課題として提案する。また特に重要な研究目標として、『磁気交換力顕微鏡を超高感度化・超高分解能化する技術の開発を行う』。その結果、以下に述べるような成果が得られた。1)強磁性共鳴を用いて磁性体探針を磁気変調できることを実証:磁性体カンチレバーを磁場中に設置し、それに振幅変調されたマイクロ波を照射し、探針の磁化状態を強磁性共鳴により変調できることを実証する。具体的には、カンチレバーの周波数シフトに現れる変調成分をロックインアンプで検出することにより、磁気変調できることを実証した。なお、漏洩磁場の大きな試料として、サマリウムコバルト試料を用いた。2)原子分解能で交換力を測定できる磁気交換力顕微鏡の実証:反強磁性体のイオン結晶である酸化ニッケル(NiO)の(001)表面は、隣接原子のスピンが反平行に配列する。このNiO(001)表面を試料表面として取り上げ、表面の個々の原子の結晶構造と交換力(スピン配列)を原子分解能で分離観察できることを実証した。なお、この観察には原子レベルで清浄で平坦なNiO(001)表面を用いる必要があるが、バルクの酸化ニッケルを超高真空中でへき開することにより準備した。本研究は、強磁性共鳴を用いて、物質表面に作用する交換力を原子分解能で観察できる磁気交換力顕微鏡を開発することを課題として提案する。今年度の主な成果は下記となっている。1.先鋭で清浄な磁性体探針の実現交換力を高分解能に検出するためには、先鋭で清浄な磁性体探針を実現する必要がある。そこで、現有の超高真空原子間力顕微鏡に装備しているArスパッタ銃を用いて、シリコン探針に磁性体を先鋭にコートできるようにした。2.マイクロ波を探針先端に効率的に照射する機構の構築現有の超高真空・非接触原子間力顕微鏡にXYステージと直線導入機とからなる3軸移動機構を取り付け、探針アンテナを磁性体探針の極近傍に接近できるようにした。3.磁性体探針の強磁性共鳴条件の解明強磁性共鳴を利用して探針の磁化状態を変調するためには、照射するマイクロ波の周波数を強磁性共鳴が生じさせる周波数に設定する必要がある。そこで、磁性体探針によるマイクロ波吸収の周波数特性を測定し、磁性体探針の強磁性共鳴の条件を明らかにした。4.交換力を高感度に測定するための変位検出計の低ノイズ化現有のカンチレバーの変位検出計のノイズは、半導体レーザのモードホップノイズが大きな原因となっている。そこで、半導体レーザを高周波変調しモードホップノイズを低減し、変位検出計の低ノイズ化を実現した。本研究では、次の4つの具体的な課題(1.先鋭で清浄な磁性体探針の実現、2.マイクロ波を探針先端に効率的に照射する機構の構築、3.磁性体探針の強磁性共鳴条件の解明、4.交換力を高感度に測定するための変位検出計の低ノイズ化)を取り上げ、それぞれについて研究を推進した。その結果、すべての課題に対して、予定通りの成果が得られており、順調に研究が進展している。以上のような理由により、研究目的の達成度としては、おおむね順調に進展しているとした。今後は以下の課題について研究を推進する予定である。1.強磁性共鳴を用いて磁性体探針を磁気変調できることを実証磁性体カンチレバーを磁場中に設置し、それに振幅変調されたマイクロ波を照射し、探針の磁化状態を強磁性共鳴により変調できることを実証する。具体的には、カンチレバーの周波数シフトに現れる変調成分をロックインアンプで検出することにより、磁気変調できることを実証する。なお、漏洩磁場の大きな試料として、パーマロイ合金薄膜を用いる。2.交換力の最適な観察条件の検討

交換力を最も高感度に測定するための観察条件を実験的に解明する。具体的には、測定された周波数シフト曲線(周波数シフトの距離依存性)より、様々なばね定数、機械的共振周波数、振動振幅に対する周波数シフト曲線を理論的に導出する。この周波数シフト曲線に対する信号対雑音比を求め、最も感度の良くなる条件を明らかにする。3.原子分解能で交換力を測定できる磁気交換力顕微鏡の実証反強磁性体のイオン結晶である酸化ニッケル(NiO)の(001)表面は、隣接原子のスピンが反平行に配列する。このNiO(001)表面を試料表面として取り上げ、表面の個々の原子の結晶構造と交換力(スピン配列)を原子分解能で分離観察できることを実証する。なお、この観察には原子レベルで清浄で平坦なNiO(001)表面を用いる必要があるが、バルクの酸化ニッケルを超高真空中でへき開することにより準備する。該当なし