hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リアルタイム学習ログ情報を用いたWeb教材コンテンツ品質評価モデルの実装と検証

Web教材の品質評価モデルの確立を目標に,Webページ(セクション)単位での学習ログに加え,マウスカーソルの動きにもとづきサブセクション単位のデータを収集し,リアルタイムに分析,可視化を行うWeb教材品質評価システムMCT1Aを開発した.ブレンド型の実授業に適用し分析を行った結果,学習者の学習の特徴を把握し,授業進行の調整など効果的な授業サポートが可能となった.また,教材コンテンツの再構成や再配置,内容精査などを検討するために有用であることがわかった.演習科目の分析と評価において,学習ログの抽出ツールの強化(データ収集の機能追加)を行った.この抽出ツールのテストを授業外に行い,実際に収集可能かどうかを検証し実用可能レベルに機能強化を図った.そして2014年度秋学期の授業に適用しデータを収集した.講義科目においてはゴール指向を用いたコンテンツの構造化と設計を行った.また,演習科目において授業サポート者が利用するモバイルを用いた情報ツールを作成した.これらに関しては2015年度秋学期に適用予定である.また,現在2014年度に収集したデータを分析し,Web教材コンテンツ品質分析と評価に関してのまとめ,ならびに,品質評価モデルの評価と有効性を現在検証中である.これらの分析を行うにあたり2013年度に発足していたデータ分析研究会「KGあならいず」を随時開催し,データハンドリングとデータ分析のスキルを強化した.その成果としてSASユーザ会が主催する「第2回Let'sデータ分析」コンテストに応募し研究会所属の学生2名に発表させた結果,最優秀賞を獲得した(2015/05/07アクセスhttp://www.sascom.jp/lets/lets2014/).また「SASユーザ総会2014」にて発表した.その後,この研究の継続としてデータの対象を匿名データに変更し研究発表を行った.これら一連の研究活動で得た内容を研究に反映中である.学習ログ(アクセスログ,課題提出ログ,理解度ログなど)の抽出ツールの強化を行い学習ログの収集を行った.学期末に品質分析と評価を行いWeb教材品質評価モデルを見直すことで,Web教材コンテンツの洗練化を図ってきた.さらに,下記を2015年度に新たに開発,導入し,収集する学習ログの種類を増やすことで,Web教材品質評価モデルの充実化を図った.・2015年度秋学期に,2014年度に作成したツールのプロトタイプを用いてその検証を行うための学習ログを収集した.・2015年度春学期に,新たな手法を用いた学習ログ抽出ツールの機能設計と実装を行い,秋学期に運用を開始した.・収集した学習ログをリアルタイムに視覚化するツールをWeb教材コンテンツに新たに増強し試験運用を行った.2015年度中に所属が2回変わったことにより,2015年度春学期のデータを収集することができなかった.また,研究環境を再整備する必要が2回発生したため,Web教材コンテンツの品質分析とその評価とそれに伴う2014年度の成果発表が遅れている.しかし,この期間に新たなツールを開発し,2015年度3月に発表することで遅れの対策を図っている.Web教材コンテンツの品質分析を行うための効果的な方法,および,分析を行うためのデータ精度を上げるための方法を検討し,実装まで実施した.まず,学習ログの自動抽出機能の強化を行った.学習ログとして,アクセスログ,課題抽出ログ,理解度ログに関して,より粒度の細かいログ情報を自動抽出できる機能を抽出ツールに追加し,分析精度をあげられるように改良した.また,リアルタイムに自動収集したログ情報に対して,時間間隔の知識表現手法を導入しデータを抽出後,クラスタリング手法等を用いて分析した結果を可視化するモデルを作成した.可視化モデルはPhthonを用いてプログラム実装を行った.Web教材コンテンツの品質分析を行うためのモデル,および,分析のための自動取得データ精度を上げる方法を検討し,実装まで実施した.しかし,これらの実装した品質分析モデルを用いての実データへの適用,評価,改善のフェーズに入ることができていない.当該講座の教員職の採用時に,採用担当教員に科研による研究を進めていることを説明したところ,全面的に協力していただけることを確約していただいた.しかし,実際は採用時と異なり,研究に必要なコンピュータ機器,書籍,文献等の持ち込みが可能な環境を提供してもらうことができなかった.また,採用直後より,採用前には説明がなかった勤務時間や本研究に関わる出張などの制約を受け,研究を遂行するための必要最低限の環境や時間を得ることができず,研究の進行も阻害された.Web教材の品質評価モデルの確立を目標に,Web教材システムを構築し,実授業にて適用,自動収集された定量的,および,学習者の定性的データなどを用いて有効性を実証的に検討した.学習者の状況をリアルタイムに確認できるツールとして,新たに,2つのツールを構築しブレンド型の実授業に適用した.学習者と教授者の重み付き無向グラフを用いたWebぺージ遷移情報確認ツールによって,授業進行中に学習者の閲覧しているWebぺージの進行とのずれや.学習者の状況を詳細に把握することができ,授業進行の調整を図ることが可能となった.また,レーダーチャートを用いた学習者全員の技術取得確認ツールにより,授業回別に各学習者と学習者全体の技術の取得状況の確認が可能となった.

Webページ(セクション)単位での学習ログに加え,マウスカーソルの動きにもとづきサブセクション単位のデータを収集し,リアルタイムに分析,可視化を行うWeb教材の品質評価システムMCT1Aを開発した.機能追加を行うにあたり,システムの機能要件と可視化に関する要件をまとめ,Python3,一部R言語を用いリアルタイム表示を実現した.学習ログや学習者の情報(学部,学年),課題達成度の因子に対し,時間軸の指定を行い,ロジスティック曲線の表示やジニ係数の算出,時系列遷移図を表示する機能を持つ.また,学習者が辿った各サブセクションの経路を4つに分類しWard法による階層クラスタリングを行った結果をデンドログラムと積み上げ棒グラフで表す機能も追加した.このシステムをブレンド型の実授業に適用した結果,学習者の学習の特徴を把握し,授業進行の調整など効果的な授業サポートが可能となった.また,教材コンテンツの再構成や再配置,内容精査などを検討するために有用であることがわかった.研究結果を2回報告し,国際会議に投稿中である.Web教材の品質評価モデルの確立を目標に,Webページ(セクション)単位での学習ログに加え,マウスカーソルの動きにもとづきサブセクション単位のデータを収集し,リアルタイムに分析,可視化を行うWeb教材品質評価システムMCT1Aを開発した.ブレンド型の実授業に適用し分析を行った結果,学習者の学習の特徴を把握し,授業進行の調整など効果的な授業サポートが可能となった.また,教材コンテンツの再構成や再配置,内容精査などを検討するために有用であることがわかった.2014年度はツールなどのプロトタイプ作成,および,プロトタイプの検証を主としており,授業にて適用可能とした.2014年度に獲得したデータ分析の手法に関しても実装中である.2015年度にこれらのツールを用い,学生に利用させ分析を行う環境が整いつつある.このため上記の達成度である「おおむね順調に進展している」と判断している.2015年度に新たに開発した学習ログをリアルタイムに視覚化できるツールを用い,その利用状況に関するログを収集していく.また,2015年度秋学期に運用を開始した新たな手法を用いた学習ログの抽出ツールを用いて学習ログを収集していく.これらを収集すると同時に,Web教材コンテンツの品質管理モデルの品質評価と有効性を検証し,この結果をリアルタイムにWeb教材コンテンツに反映するといった運用を行うことでWeb教材品質教科モデルの充実化を図る.2014年度,2015年度の成果に加え,2016年度の成果をまとめ次第,類似研究を行っている事例を持つ国際会議に発表するなど広く内外に公表し意見交換を行う.研究期間を延長し,2017年4月より関西学院大学に移行することで研究環境等が改善される見込みである.これまでの研究計画の遅延を取り戻すため,7月までにWeb教材コンテンツの品質分析環境を再構築するとともに,実授業への適用,評価,改善フェーズに入るように進めていく.Web教材コンテンツの品質評価モデルの機能強化として,Web教材コンテンツの品質分析の精度を上げた品質管理を実現する.また,分析結果のさらなる可視化に関する研究を続行し,分析結果の再利用に向けたデータマイニングに関する研究を進めていく.
動態・局在ナノ相関法開拓：超解像１分子同時イメージングによる転写制御の相分離解明

超解像顕微鏡法と1分子イメージングの同時観察から得られる、10ナノメートルオーダーの局在・分子動態・分子間相互作用の定量データ群を、相関解析し統合的に関連付ける新しい方法として、“動態・局在ナノ相関解析法"を開拓する。申請者らが開発した、1分子蛍光イメージングを用いた“移動部分軌跡解析法"は、分子動態と分子間相互作用を時間・空間の関数として定量することを可能にした。生細胞の高速超解像顕微鏡法等の独自技術を融合発展させ、従来に無い新しい種類の情報をもたらす。ナノ相関解析法は、近年注目を集める液相分離研究に強力な新手法を提供する。遺伝子発現制御に適用し、液相の観点から新たな概念を創出する。
気液二相流遠心ポンプの開発とマイクロバブル生成に閏する研究

本年度は遠心羽根車内でのマイクロバブルの大容量生成に関する実験調査を行い大変有意義な研究成果が得られた.まず,既存の高気液混合比適用形遠心ポンプ(多翼二重回転翼列羽根車)を用いて羽根車出口,ポンプ吐出し管で気泡の観察を行い,羽根車出口において気泡径100μm以下の微細気泡を大量に生成し観察するに至った.さらに下流側の吐出し管においては作動流体の流下過程において気泡の合体を招き,気泡径は1mm以下のサイズにまで大きくなるものの,その中には気泡径100μm以下の微細気泡も数多く含まれていることを確認した.また羽根車内の流れ場において気泡流の微細化効果を高めるために,羽根車翼間流路に縮小・拡大流路形状を組み込みその効果を実験調査した.その結果,羽根車出口において気泡径100μm以下の微細気泡を数多く確認し,下流側の吐出し管においても微細気泡の数は既存の羽根車よりも多いことが観察により確認された.本研究ではこの羽根車を微細気泡生成用の羽根車と位置づけ,羽根車下流側にディフューザ翼列や羽根車回転数,羽根車入口圧の減圧化によりさらなる気泡の微細化を試み,その結果,羽根車出口において気泡径70μm以下の微細気泡が大勢を占めるまでに至った.またポンプ内部(吐出し管含)流速5m/s以上の速い流れ場であるため超微細気泡(気泡径50μm以下)の観察が困難であった.そのため吐出し管下流側に透明アクリル製のタンクを設置し,そこでの気泡観察を同時に行った.その結果,高速流体中では観察できなかった気泡径10μmオーダーの超微細気泡を多数確認し,マイクロバブルを大容量生成するに至った.またマイクロバブルの高効率生成を目的とし,羽根車内の流れ場を三色油膜法によりその限界流線を観察し,より気泡微細化に適した羽根車および下流流路形状を検討した.その結果,ボリュート部に円形ケーシングを用いて,さらにそこでの流路断面積を小さくし流速を速めることで,気泡の合体機会を減らし,より多くの超微細気泡を生成できることを実験観察より明らかにした.本年度は国際会議において気液二相流遠心羽根車内の流れ場測定を12ACFM(韓国)にて発表し,気液二相流遠心ポンプのEFD・CFD結果を日本機械学会年次大会で,マイクロバブルの生成に関する研究成果を第60回ターボ機械協会講演会にて発表した.本年度の研究実績として,まず,羽根車下流側ディフユーザ流路の形状と構造の影響について調査し,羽根車下流側ディフユーザ流路に静止翼列を設置した場合と,ボリュート流路をダブルボリュート構造とした場合の二種類を比較した.その結果,後者はダブルボリュート部での流動損失増加の影響が顕著に現れたが,羽根車下流側に静止翼列を設置した場合は水単相時での流動損失による揚程低下は否めないものの,気液二相流時において気体滞留域の伸長抑制と寸断効果が得られ,良好な二相流性能を示した.この結果を受け気液二相流遠心ポンプの好適構造として,羽根車下流側ディフユーザ流路内に静止翼列を付設したディフユーザポンプタイプを提案するに至った.また羽根車羽根高さの気液二相流性能に及ぼす影響を調査し,その結果,羽根高さを高くすることで揚程係数が上がることを確認した.このときのポンプシュラウド側壁面静圧の測定結果と,CCDカメラによる羽根車内の気相の様相写真から,揚水性能の差は羽根車内の流れの様相変化に因るもので,CCDカメラによる内部流動様相の撮影写真からは,羽根車内部の気体滞留域の伸長と液噴流の様相に違いが見られた.さらに羽根車下流側にディフユーザ翼列設置時に効率低下の一因である軸動力の増加の原因を探るため羽根車出口流れの計測を考案した.計測方法としてLDV流速計による半径方向および周方向の回転同期計測システムを構築し計測装置の製作と計測プログラムの作成を行った.これまでの研究結果をもとにマイクロバブル生成に適した羽根車の設計・および製作を行い,さらにマイクロバブル生成・計測を行うための装置の製作・組立てを行った.具体的にはポンプ吸込み管および吐出し管を透明なアクリル樹脂製に変更し,さらには吐出し管下流側に内容量0.5m^3で壁面を透明なアクリル樹脂製としたタンクを設置した.本年度は高気液混合比適用形遠心羽根車の下流側にディフューザ翼列を設置した場合に生じる軸動力の増加原因を調査するため,LDV流速計を用いた羽根車内部の流れ場計測を詳細に行った.その結果,ディフューザ翼列設置により羽根車出口において絶対速度の周方向成分の増加が確認された.さらに,羽根車翼高さを高くすることで生じる翼高さ方向三次元流れをLDV計測により実験調査し,ポンプ性能と羽根車内部流れとの関連性を明らかにした.これにより,気液二相流時における羽根車内の流れとして,気体滞留域や液噴流が翼高さ方向に分布を持ち,翼間流路の閉塞の度合いも翼高さの違いにより変化することが示唆された.さらに,高気液混合比適用形遠心ポンプを用いたマイクロバブルの生成を目的とし,ポンプ吐出し口において高速度カメラによる気泡の観察を行い,そこでの気泡径を計測した.さらに,気泡の微細化を目的とし,羽根車翼間流路に縮小・拡大

流路形状を組み込み,そこでの圧力差による気泡の圧壊を試みた.この結果,ポンプ吐出し口において気泡径500μm以下の気泡を安定・大容量生成させるに至った.また,本年度は国際会議において気液二相流遠心ポンプの相似則(FEDSM2007),回転数制御による気液二相流性能改善(AICFM9)を発表し,気液二相流遠心ポンプの相似設計について纏め,雑誌論文「ターボ機械」に投稿し採録決定を受けた.本研究の目的でもある高気液混合比適用形遠心ポンプの開発とマイクロバブルの生成に対して十分な結果が得られことから,博士論文として纏め,九州大学において博士(工学)の学位を取得するに至った.本年度は遠心羽根車内でのマイクロバブルの大容量生成に関する実験調査を行い大変有意義な研究成果が得られた.まず,既存の高気液混合比適用形遠心ポンプ(多翼二重回転翼列羽根車)を用いて羽根車出口,ポンプ吐出し管で気泡の観察を行い,羽根車出口において気泡径100μm以下の微細気泡を大量に生成し観察するに至った.さらに下流側の吐出し管においては作動流体の流下過程において気泡の合体を招き,気泡径は1mm以下のサイズにまで大きくなるものの,その中には気泡径100μm以下の微細気泡も数多く含まれていることを確認した.また羽根車内の流れ場において気泡流の微細化効果を高めるために,羽根車翼間流路に縮小・拡大流路形状を組み込みその効果を実験調査した.その結果,羽根車出口において気泡径100μm以下の微細気泡を数多く確認し,下流側の吐出し管においても微細気泡の数は既存の羽根車よりも多いことが観察により確認された.本研究ではこの羽根車を微細気泡生成用の羽根車と位置づけ,羽根車下流側にディフューザ翼列や羽根車回転数,羽根車入口圧の減圧化によりさらなる気泡の微細化を試み,その結果,羽根車出口において気泡径70μm以下の微細気泡が大勢を占めるまでに至った.またポンプ内部(吐出し管含)流速5m/s以上の速い流れ場であるため超微細気泡(気泡径50μm以下)の観察が困難であった.そのため吐出し管下流側に透明アクリル製のタンクを設置し,そこでの気泡観察を同時に行った.その結果,高速流体中では観察できなかった気泡径10μmオーダーの超微細気泡を多数確認し,マイクロバブルを大容量生成するに至った.またマイクロバブルの高効率生成を目的とし,羽根車内の流れ場を三色油膜法によりその限界流線を観察し,より気泡微細化に適した羽根車および下流流路形状を検討した.その結果,ボリュート部に円形ケーシングを用いて,さらにそこでの流路断面積を小さくし流速を速めることで,気泡の合体機会を減らし,より多くの超微細気泡を生成できることを実験観察より明らかにした.本年度は国際会議において気液二相流遠心羽根車内の流れ場測定を12ACFM(韓国)にて発表し,気液二相流遠心ポンプのEFD・CFD結果を日本機械学会年次大会で,マイクロバブルの生成に関する研究成果を第60回ターボ機械協会講演会にて発表した.
メンブレントラフィックによるEGFRシグナルの時空間制御

本研究では以下の3点に焦点を絞り、メンブレントラフィックによるEGFRシグナルの時空間制御機構を明らかにしたい。(1)メンブレントラフィックを介したEGFRシグナル制御の数理モデル構築(2)ERK活性振動性に対するエンドソームの役割の解明(3)小胞体(ER)ーエンドソームコンタクトサイトにおけるEGFRシグナル制御機構の解明本研究では以下の3点に焦点を絞り、メンブレントラフィックによるEGFRシグナルの時空間制御機構を明らかにしたい。(1)メンブレントラフィックを介したEGFRシグナル制御の数理モデル構築(2)ERK活性振動性に対するエンドソームの役割の解明(3)小胞体(ER)ーエンドソームコンタクトサイトにおけるEGFRシグナル制御機構の解明
不飽和化合物を滲み込ませたミリポア膜の興奮現象とそのセンサーとしての可能性

本科学研究費補助金によって行われた研究は大きく分けて二つのテーマによりなる.一つはディオレールフォスフェイトを滲み込ませたミリポアフィルターに見られる自励電位振動である.この種のフィルターは塩溶液に漬けるとき,その濃度がある閾値を越すと一気に伝導度がよくなる性質をもつが,これを膜の表面でのK^+イオンの取り込み反応について自己触媒作用を仮定して説明することを試みた.すなわち溶液中のK^+イオンが膜の細孔部に詰まっているディオレールフォスフェイトと反応すると,できた中間生成物は別のK^+イオンの取り込みに対して自己触媒的に働くと仮定する,そうすると,膜の表面近くのイオン濃度がある値に達するとき,自励的に取り込み反応が進むことが分かった.このモデルはまた膜の片側の濃度を上述の閾値より大きく,他の側を小さくとるときに見られる電位振動も説明できる.二つ目のテーマは油と界面活性剤水溶液との界面に現れる自励電位振動である.われわれはこの自励振動が界面活性剤の濃度によって,どう影響されるかを実験的に調べた.その結果,安定な振動が持続するためには界面活性剤の濃度が低く過ぎても高過ぎてもよくなく,ある特定の濃度の範囲で安定な振動が観察されることが判った.この実験事実も界面活性剤イオンが沖合から拡散で界面の近くまで運ばれてきて,そこの濃度がある閾値に達すると逆ミセルを形成して油相の中に取り込まれるというモデルで説明できることが判った.更にこの系について,界面に垂直に定電流電源から直流電流を流す場合と界面に定電圧をかける場合とでは電位振動のスパイクの向きが逆であることが明らかになった.本科学研究費補助金によって行われた研究は大きく分けて二つのテーマによりなる.一つはディオレールフォスフェイトを滲み込ませたミリポアフィルターに見られる自励電位振動である.この種のフィルターは塩溶液に漬けるとき,その濃度がある閾値を越すと一気に伝導度がよくなる性質をもつが,これを膜の表面でのK^+イオンの取り込み反応について自己触媒作用を仮定して説明することを試みた.すなわち溶液中のK^+イオンが膜の細孔部に詰まっているディオレールフォスフェイトと反応すると,できた中間生成物は別のK^+イオンの取り込みに対して自己触媒的に働くと仮定する,そうすると,膜の表面近くのイオン濃度がある値に達するとき,自励的に取り込み反応が進むことが分かった.このモデルはまた膜の片側の濃度を上述の閾値より大きく,他の側を小さくとるときに見られる電位振動も説明できる.二つ目のテーマは油と界面活性剤水溶液との界面に現れる自励電位振動である.われわれはこの自励振動が界面活性剤の濃度によって,どう影響されるかを実験的に調べた.その結果,安定な振動が持続するためには界面活性剤の濃度が低く過ぎても高過ぎてもよくなく,ある特定の濃度の範囲で安定な振動が観察されることが判った.この実験事実も界面活性剤イオンが沖合から拡散で界面の近くまで運ばれてきて,そこの濃度がある閾値に達すると逆ミセルを形成して油相の中に取り込まれるというモデルで説明できることが判った.更にこの系について,界面に垂直に定電流電源から直流電流を流す場合と界面に定電圧をかける場合とでは電位振動のスパイクの向きが逆であることが明らかになった.ある種の脂質を含ませた多孔質膜は、これを塩溶液に浸してその塩濃度をあげていくと、ある閾値Ctでイオンコンダクタンスが数桁も増加するという現象がある。またこの膜の一方の側の塩濃度をCtよりも大きく、他の側の塩濃度をCtより小さくすると、膜を挟む両側の溶液間にスパイク状の振動電位が観測される。今年度はまずディオレールフォスフェイトを含ませたミリポア膜について実験を行い、膜の両側の塩濃度に差を与えた場合、濃い方の溶液の塩濃度が上述のようにある閾値以上でないと発振は起こらないが、また余り大きすぎても発振が抑制されることを見出した。そしてこれらの現象のすべてを、膜の表面でのイオンの吸着反応についての自己触媒作用を仮定したモデルによって説明することに成功した。すなわち溶液中の陽イオンが膜の細孔部に詰まっているディオレールフォスフェイトに一度取り込まれると、そこにできた中間生成物が別の陽イオンの取り込みに対して自己触媒的に働くと仮定すると、膜の表面近くのイオン濃度がある値以上のとき、自励的に取り込み反応が進行するというモデルである。この場合、急激な取り込み反応の進行によって膜の表面近くのイオン濃度がCt以下になると元の状態(低コンダクタンス状態)に戻るが、沖合いからのイオンの拡散によって膜表面の濃度がCtを越すと再び発火することになる。もしイオン濃度が余りに大きいと、自励的な取り込み反応が連続的に進行して膜は高いコンダクタンスの状態を維持し続けるため、スパイク状の発振は見られなくなる。さらに以上の現象をシミュレートする電気的等価回路として、S型のV-I特性をもつ負性抵抗素子とこれに並列につないだコンデンサーとからなる回路を用い、パルスは電流刺激に対するall-or-none応答や直流的刺激に対するスパイク状発振の挙動を明らかにした。
感情経験・推論プロセスにおける文化的基盤

本研究は、感情経験(生起・表出)プロセスおよび対人関係の中で生じる感情推論プロセスについて多角的に検討し感情の文化・社会的性質の解明を行うことを目的としている。この際特に、「人の心の働きは社会・文化に参加することを通じて形作られる」という文化心理学の理論的枠組みに準拠し、感情生起・表出および推論プロセスと文化的習慣とのかかわりに着目した実証研究を行うこととした。さらにこのような基礎的・実証的研究と併せ、対人コミュニケーションの中での感情の役割を解明することにより、異文化理解や文化的適応のあり方を検討し、心の健康と文化的適応に関連する諸分野への貢献を目指す。平成19年度は、(1)日米における感情推論とその基盤となる「感情概念」形成(2)文化の中で生まれる感情的コミュニケーションと文化的な適応・不適応との関連、に着目した研究を行った。(1)については平成18年度に引き続き、自己と他者の情報量を統制したスクリプトおよび写真刺激を呈示した際の人々の感情推論の行い方に着目した研究を日米で行い、成果を国内外の学会にて報告した。(2)については、不適応や適応の指標と、日々の感情表出・感情経験の変動量との関係を調べる研究を日米で行った。研究遂行にあたり、海外との共同研究者(ミシガン大学北山忍教授、スタンフォード大学ヘーゼル・マーカス教授との綿密な打ち合わせを行い、日米での研究を実行、研究成果の報告を日米両国で行った。平成18年度は、(1)日米での感情の基盤となる関係性の共通性と差異、(2)感情経験(3)他者の感情についての推論に注目した実証的研究を行った。たとえば、日常的なコミュニケーションスクリプト、の中でどのような形での感情生起・表出が最も典型的に見られるのかどうかを日米で比較検証を行った。具体的には、Markus, Uchida, Omoregie, Townsend, Kitayama(2006)で用いた、テレビ報道及び新聞報道における内容分析の手法を援用し、コミュニケーションのどのような場面で感情が生起・推論されやすいのかを検討した。また、子どものコミュニケーション場面での表情生起・表出なども分析し、それぞれの文化に特徴的な感情生起・表出が、発達のどの段階で獲得されているのかについても検討した。研究遂行にあたり、海外との共同研究者(ミシガン大学北山忍教授、フィービー・エルズワース教授、スタンフォード大学ヘーゼル・マーカス教授、ジニー・ツァイ准教授との綿密な打ち合わせを行い、日米での研究を実行した。研究成果は論文および著書にまとめ、学会にて報告を行った。
エキシマレーザーと細径内視鏡を用いた無侵襲的尿路狭窄除去システムの開発

1.極細径腎盂内手術用内視鏡の開発:腎の区域動脈、尿管の周囲や血管の周囲を走る血管の損傷をなるべく少なくすることが、腎機能への影響を少なくし、かつ術中・術後の合併症を防ぐ意味で重要である。そこで、平均3.5mmの極細径腎盂内手術用内視鏡を試作した。タイプIとタイプIIの2種類があり、タイプIはレーザーや強力超音波のプローブを使用できるもの、タイプIIは高周波ループを用いるものである。2.尿管内手術用カテーテル型内視鏡の開発:尿管内では、特に狭窄の程度が強い場合には、上記の内視鏡では病変部へのアプローチそのものが制限される場合が少なくない。そこで、尿管狭窄部へのアプローチを容易とする目的で、9F(直径3mm)の多チャンネル型カテーテルを開発した。3チャンネルタイプと、4チャンネルタイプがある。3チャンネルタイプは、それぞれのチャンネルに、内視鏡用ファイバー、治療用レーザーファイバー、灌流液を通す構造とした。4チャンネルタイプは、さらに小さなバルーンを先端部に装着しており、カテーテルの尿管内でのスタビライザーの役目を果たしている。3.超音波振動による治療補助装置の開発:レーザー照射により破砕された瘢痕組織の早期除去を計るため、超音波振動による組織片除去装置を試作した。超音波振動の振幅は3090μmとした。正常粘膜への影響を少なくするため、超音波振動は、連続発振のみではなく、パルス波的発振(断続的矩形波)も可能とした。4.経尿管式超音波診断装置の開発:尿管狭窄部の術前診断、術後の治療効果の判定を目的として、経尿管式超音波診断装置を開発した。プローブは、外径わずか6F(直径2mm)でフレキシブルな構造とした。発振周波数は20MHzで、距離分解能、方位分解能は、それぞれ1mm,2mm程度である。(1)細径腎盂内手術用内視鏡の開発:内視鏡の太さは処置具を通しうる太さでなるべく細いことが望ましい。このため、本年度は直径5mmの硬性鏡を製作した。これは従来の直径8mmのものに比べると、断面積で39%にすぎず、腎組織に対する影響がいちぢるしく少なくなっている(2)細径尿管内手術用内視鏡の開発:2種類のタイプを開発した。その一つは、多チャンネルカテ-テル型内視鏡で、直径3mmである。このカテ-テル型内視鏡は、3つのチャンネルを有し、それぞれにレ-ザ-ファイバ-、内視用ファイバ-、灌流液を専用に通す構造とした。主として、上部尿管に用いる。もう一つのものは、以下に述べる超音波振動による治療補助装置と共に用いるもので、直径3mmの硬性鏡である。主として中下部尿管に用いる。(3)超音波電動による治療補助装置の開発:レ-ザ-による尿管狭窄解除後、粉々になった組織片をさらに細かくし体外に排出するための、超音波振動による補助装置を開発した。用いた周波数は、組織の破砕作用が強く、かつ術者の耳に入る騒音のなるべく少ないものということで、25KHzの周波数を選んだ。最大振幅は組織破砕に有効な100μmとし、これより少さな振幅も連続可変で選べるようにした。また、超音波出力を伝える金属振動棒は、細径内視鏡を通じてエネルギ-を伝えられるよう、直径0.9mmのパイプ状とし、破砕された組織片が、このパイプの内腔を通じて体外に排出される機構とした。(3)動物実験:レ-ザ-による治療の効果と安全性の確認を行なうため、動作実験を行った。具体的には、体重20Kg程度の成犬を用い開腹ののち186の針が通る程度の尿管狭窄をつくり、0.25mmの導光ファイバ-を用いて出力を高めたパルス波色素レ-ザ-光を導き、尿管の粘膜、粘膜下組織を切開した。8FのDJSを留置し、約3ケ月後に再び開腹し尿管狭窄除去の程度を病理組織標本において検討することとした。1.低出力レ-ザ-による瘢痕組織の熱力学的離断について検討した。尿管の瘢痕組織であれば、100120mjの出力で、十分離断が可能なことが判明した。この目的のために、既存の色素レ-ザ-の高出力化により、100200mjの出力を安定して発振できる装置の開発を行った。2.レ-ザ-の伝達に用いるファイバ-は、すでに0.3mmのものの試作を終了しており、さらに、十分な出力伝達能を保ったまま、直径0.25mmの太さにするよう検討を加えている。3.極細径の腎盂内手術用内視鏡(直径3.5mm)および尿管内手術用内視鏡(直径2.5mm)の試作開発をおこなっており、次年度には完成予定である。4.狭窄部の拡張効果確認するための、カテ-テル型尿管内走査式超音波プロ-ブ(直径2.7mm)を試作し、動物実験にてその安全性を確認した。さらに、電気的安全度を高め、外径も2.1mmと細径化したカテ-テル型尿管内走査式超音波プロ-ブを試作し、臨床応用を待つばかりとなっている。なお、このカテ-テル型尿管内走査式超音波プロ-ブは、先端に1辺1mmの方形振動子を装着したフレキシブルシャフトを直径2.1mmの高分子チュ-ブに挿入した構造となっている。

超音波の発振周波数は、10、15、20、30MHzのものを検討した結果、分解能と組織透過性を両立させうるものとして、200MHzのものを実際の臨床では用いる予定である。1.極細径腎盂内手術用内視鏡の開発:腎の区域動脈、尿管の周囲や血管の周囲を走る血管の損傷をなるべく少なくすることが、腎機能への影響を少なくし、かつ術中・術後の合併症を防ぐ意味で重要である。そこで、平均3.5mmの極細径腎盂内手術用内視鏡を試作した。タイプIとタイプIIの2種類があり、タイプIはレーザーや強力超音波のプローブを使用できるもの、タイプIIは高周波ループを用いるものである。2.尿管内手術用カテーテル型内視鏡の開発:尿管内では、特に狭窄の程度が強い場合には、上記の内視鏡では病変部へのアプローチそのものが制限される場合が少なくない。そこで、尿管狭窄部へのアプローチを容易とする目的で、9F(直径3mm)の多チャンネル型カテーテルを開発した。3チャンネルタイプと、4チャンネルタイプがある。3チャンネルタイプは、それぞれのチャンネルに、内視鏡用ファイバー、治療用レーザーファイバー、灌流液を通す構造とした。4チャンネルタイプは、さらに小さなバルーンを先端部に装着しており、カテーテルの尿管内でのスタビライザーの役目を果たしている。3.超音波振動による治療補助装置の開発:レーザー照射により破砕された瘢痕組織の早期除去を計るため、超音波振動による組織片除去装置を試作した。超音波振動の振幅は3090μmとした。正常粘膜への影響を少なくするため、超音波振動は、連続発振のみではなく、パルス波的発振(断続的矩形波)も可能とした。4.経尿管式超音波診断装置の開発:尿管狭窄部の術前診断、術後の治療効果の判定を目的として、経尿管式超音波診断装置を開発した。プローブは、外径わずか6F(直径2mm)でフレキシブルな構造とした。発振周波数は20MHzで、距離分解能、方位分解能は、それぞれ1mm,2mm程度である。
相対論的ab initio分子動力学手法の開発と重原子分子反応への適用

本年度は分子シミュレーション手法のひとつであるAbinitio分子動力学(AIMD)法とMakri-Millerの半古典法を組み合わせ、トンネル効果を見積もる汎用的な手法の開発を行った。AIMD法はab initio電子状態計算から得られるエネルギー勾配をもとに原子核のニュートンの運動方程式を解くことによって分子シミュレーションを行う方法である。ポテンシャル関数を必要とせず、任意の化学反応へ適用可能な汎用的な手法であるが、原子核を古典的に扱っているという欠点がある。原子核は電子に比べ数千倍のオーダーで重く、量子効果はそれほど大きくないため原子核を古典的に取り扱うことがよい近似になるが、水素のように軽い原子ではその量子効果が化学反応に重要な役割をはたす。特にトンネル効果は水素移動反応や、プロトン移動反応で重要になる。しかし、原子核を量子的に扱うシミュレーションは膨大な計算コストを要するために非常に小さな分子に限られているため、AIMD法の枠組みで適切にトンネル効果を見積もる手法が求められている。本研究ではトンネル効果を考慮する方法として、Makri-Millerの半古典法を採用した。Makri-Millerの半古典法はシンプルかつ計算コストも大きくないことから、大きな分子や計算コストを要する電子励起状態への適用が期待できる方法である。これまではあらかじめ決定したポテンシャル関数を用いて応用計算が行われてきたが、AIMD法と組合せ、on-the-flyでポテンシャルエネルギーを計算することによって、さらに汎用性の高い手法になる。Makri-Millerの半古典法をAIMDコードに実装し、アンモニアの傘反転反応とマロンアルデヒドの分子内水素移動反応へ適用した。シミュレーションの初期条件、トンネル経路、転回点の決定について適切な条件を検証し、トンネル分裂の計算を行なった。計算結果は定量的に実験値を再現し、トンネル分裂を低コストで見積もる手法の開発に成功した。本研究では相対論的効果を考慮したab initio分子動力学(AIMD)法を確立し、具体的反応への適用を通して化学反応における相対論的効果についての一般則を明らかにすることを目的としている。しかしながらAIMD法は非常に多くの電子状態計算を要し、計算コストがかかるためその適用範囲が限られている。特に本研究では相対論的効果が重要となる重原子を含む分子系への適用を目指しているため、計算コストの削減が非常に重要になる。本年度はまず、計算コストの削減を目的としたプログラムの改良を行なった。AIMD法の最大の利点はポテンシャル関数を必要とせず、全自由度を考慮できる点であるが、H-X伸縮運動などの速い運動を記述するためには小さなタイムステップを必要とし、膨大な計算コストを要する。そのような速い自由度がもし反応メカニズムにおいて重要でないならそれらを拘束することによって長いタイムステップを用いる事ができ、計算コストを大幅に減らす事ができる。そのような手法はRATTLEアルゴリズムとして分子動力学の分野で知られている。しかしながら、RATTLEアルゴリズムが状態間遷移を考慮したAIMDに適用された例は報告されていない。本年度はRATTLEアルゴリズムを自作のAIMDプログラムコードに実装し、テスト計算としてアゾベンゼンのS1(nπ*)状態における光異性化反応に適用し,計算コスト、トラジェクトリおよび、状態遷移確率の計算精度についての検証を行なった。アゾベンゼン光異性化は分子スイッチ、生体分子制御など応用例が多く、実験的、理論的に盛んに研究が行われてきたが、異性化機構については未だ多くの研究がなされている分子である。RATTLEアルゴリズムを用いることにより、計算精度を犠牲にすることなく、コストを大幅に削減できることを示し、相対論的AIMD法の実現に向けての重要な課題の一つをクリアした。また、本研究からアゾベンゼンの光異性化機構についての有用な知見が得られたため、Journal of Chemical Physicsへの論文を投稿し、掲載されている。
太古代および原生代における地球磁場強度の研究

1.西オーストラリア・ピルバラ地域で採取されたMount Roe洪水玄武岩及びBlack Range岩脈群(両者とも約28億年前)試料を用いて,テリエ法による古地磁気強度測定をおこなった.得られた仮想磁気双極子モーメント(VDM)は,それぞれ現在の磁場強度の30%,及び76%に相当し,顕生代におけるdipole fluctuationの範囲内に収まる値である.この研究成果は,日本地球惑星科学連合2006年大会において,という講演タイトルで発表された.2.西オーストラリア・ピルバラ地域で採取されたSulgush亜層群のApex玄武岩(約35億年前),Momt Roe洪水玄武岩,Black Range岩脈群,Kylena玄武岩(全て約28億年前)について古地磁気方位を求め,Pilbara地塊における約35億年約20億年までの古地磁気極移動曲線(APWP)を復元した.この研究成果は,日本地球惑星科学連合2006年大会において,という講演タイトルで発表された.西オーストラリア・ピルバラ地域で採取したFortescue Groupに属する3つの太古代洪水玄武岩について古地磁気測定をおこなった.用いた試料は,Mount Roe玄武岩,Kylena玄武岩,Maddina玄武岩の3種で,生成年代は約28億26億年前である.ピルバラ地域の岩石の残留磁化は落雷による影響を広く受けていることが知られており,自然残留磁化(NRM)の方位が非常にばらついている試料は落雷によるLIRM (Lightning-induced IRM)を獲得している疑いがある.磁化強度が非常に強い試料,磁化強度/帯磁率が非常に大きい試料は交流消磁をおこなうと低い消磁段階で著しく磁化が減衰し,その磁化成分は単成分に近い.これらはLIRMの特徴であり,その磁化は非常な強磁湯中で獲得されたLIRMである可能性が強い.磁化強度が弱い試料、磁化強度/帯磁率が小さい試料について交流消磁をおこない,磁化方位の決定をおこなった.Mount Roe玄武岩については試料が何枚の溶岩に属していたか不明であるが,傾動補正をおこなうと磁化方位がまとまり,褶曲テストに合格する.これは褶曲前磁化であることの証拠であり,試料が初生磁化を保持している可能性が高いことを示唆している.Kylena玄武岩についてもある程度まとまった磁化方位が得られたが,磁化の起源については今後の検討課題である.Maddina玄武岩については今回測定した試料からは安定な磁化成分が得られなかった.いずれの試料についても,IRM獲得実験の結果,磁化が400mT程度で飽和することから,その主要な磁性鉱物が磁鉄鉱であることが確かめられた.この結果の一部は,これまでの成果と合わせて,地学雑誌(吉原,2005,印刷中)に発表される.1.Black Range岩脈群(西オーストラリア・ピルバラ地域,2772±2Ma)を用いてテリエ法による古地磁気強度測定をおこなった.得られた測定結果に,Valet et al. (1996)やMcClelland and Briden(1996)が提案しているpTRMテストの結果を用いた熱変質分の補正方法を適用し,41.8±8.4μTという平均磁場強度を求めた.この値から計算される仮想磁気双極子モーメントは現在の双極子モーメントの約76%に相当する.2.Mount Roe玄武岩(西オーストラリア・ピルバラ地域,2772±2Ma),およびKylena玄武岩(同,2741±3Ma)について古地磁気測定をおこなった.両玄武岩から求められた平均古地磁気方位は,褶曲テストやこれまでに報告されている古地磁気方位との比較などから,初生磁化方位であることが強く示唆される.両玄武岩の平均古地磁気方位から得られたVGPデータと,Pilbara地塊についてこれまでに求められている太古代原生代のVGP用いて,約35億年約20億年までの古地磁気極移動曲線を復元した.3.ケイ酸塩鉱物の単結晶試料を用いた古地磁気強度測定の試行実験を現在もおこなっている.用いている試料は太古代の玄武岩質岩脈である(例えば,グリーンランド・イスア地域,約34億年前など).現在のところ,斜長石の分離と超伝導磁力計を用いた磁化測定までの実験プロトコルは確立できている.今後は,単結晶試料を用いたテリエ法による古地磁気強度測定法の開発・改良が課題である.1.西オーストラリア・ピルバラ地域で採取されたMount Roe洪水玄武岩及びBlack Range岩脈群(両者とも約28億年前)試料を用いて,テリエ法による古地磁気強度測定をおこなった.得られた仮想磁気双極子モーメント(VDM)は,それぞれ現在の磁場強度の30%,及び76%に相当し,顕生代におけるdipole fluctuationの範囲内に収まる値である.この研究成果は,日本地球惑星科学連合2006年大会において,という講演タイトルで発表された.2.西オーストラリア・ピルバラ地域で採取されたSulgush亜層群のApex玄武岩(約35億年前),Momt Roe洪水玄武岩,Black Range岩脈群,Kylena玄武岩(全て約28億年前)について古地磁気方位を求め,Pilbara地塊における約35億年約20億年までの古地磁気極移動曲線(APWP)を復元した.
ビスマス(III)およびアンチモン(III)原子上における立体反転機構の研究

1)ヘキサフルオロクミルアルコールリガンドを有する3配位ビスマスおよびアンチモン化合物の合成ArMCl_2(M=Bi,Sb)とヘキサフルオロクミルアルコールのジリチオ化体の反応により、3配位ビスマスおよびアンチモン化合物(1および5)が得られた。対応するトリフルオロアセテート(2および6)に変換後、メトキシ基またはジメチルアミノ基を分子内配位子とするアリールリチウム試剤と反応させて、10-M-4化合物(3:M=Bi,7:M=Sb)を得た。同様の方法で、3座配位子を導入した化合物(4:M=Bi,8:M=Sb)も得られた。3,4,7,8についてはX線解析を行うことができ,ジメチルアミノ基が分子内配位子として中心原子に配位した図示した構造をとっていることが確認できた。2)ビスマス(III)化合物(1-4)および対応するアンチモン(III)化合物(5-8)のビスマスおよびアンチモン原子上での立体反転エネルギーの検討まず、ビスマス化合物1-4のCF_3基をプローブとして、^<19>FNMRの温度可変測定によりCF_3基のコアレスを観測し,種々の化合物のビスマス原子上での立体反転エネルギーを求めた。その結果、分子内配位子の数が増加するほど,また溶媒の求核性が増すほどビスマス原子上の反転エネルギーが低下することがわかった(DMSO-d_6中で21.2(1),18.6(3b),15.4(3a),8以下(4)kcal/mol,3aの反転はpyridine中で15.4,2,6-dimethylpyridine中で20.6kcal/mol)。また,対応するアンチモン化合物の反転エネルギーは,すべてビスマス化合物のエネルギーより高く,8の反転を観測することができた(CD_2Cl_2中で9.5kcal/mol)。こららの事実は,edge反転機構に対して計算により予測されている傾向,すなわち(i)中心原子が大きくなるほどエネルギーが低下する,(ii)遷移状態に現れる空のp軌道が2つの求核性配位子により安定化されるという傾向,の予測と完全に一致し,これらの化合物の反転がedge反転機構で進行していることが確かめられた。
星間現象理論モデルの観測的可視化

本研究課題による成果は以下の通りである。1.太陽系と異なる環境下での星形成過程の解明マゼラン雲は銀河系よりも金属量が数倍低く、宇宙初期環境の金属量はほぼゼロである。本研究では低金属環境の星間ガス雲からの星形成を数値シミュレーションで追跡し、金属量が星形成に大きく影響することを定量的に示した。銀河系は太陽程度の星が形成されやすいが、太陽よりも1万分の1以下の金属量では大質量星が形成されやすい。しかし、金属量が太陽の10万分の1から100万分の1の時には例外的に太陽質量の星が形成される。これは観測的に謎とされている古い星の金属量分布を説明できる(大向)。金属量がほぼゼロである宇宙初期の星形成は、これまで考えられていたよりも複雑な分裂過程を含み多多重星や連星などを容易に形成しうる事も示した(町田)。2.原始星ジェット・アウトフローの統一的理解星は形成過程で大きな分子流を放出し同時に細長く高速なジェットも放出することが観測的に知られている。本研究により、これが星形成過程における磁場による遠心力風で同時に説明できることが示された(町田)。観測的に困難な星形成の極初期段階の解明にとって非常に有効な成果である。3.ファーストコア天体の観測的性質星形成の瞬間に近いと理論予想されている天体がファーストコアであり、これは現在世界的に観測競争が繰り広げられている。本研究では、これまで非現実的な球対称モデルに代わり、現実的な円盤構造を持つモデルを用いてその観測予測を行った(西合)。これによると、次期大型観測機ALMAで、十分に観測可能であり、中心集中した100K程度のコアと数十Kの円盤など、いくつかの観測的特徴を持つことも指摘した。星間空間で生起する星形成などのさまざまな現象に関しては、いくつかの理論モデルがあるものの、それが観測的には十分に実証されているとはいえないものが多い。本研究課題では現在建設中のアルマ望遠鏡を始めとするサブミリ波帯域での観測により、これらの理論モデルを実証することを目的としている。そのため、本年度の研究では、星間現象の諸問題のうち、(1)ファーストコア天体、および(2)熱不安定性により生じた二相星間媒質の観測的性質を調べた。これらにつき以下で述べる。(1)最も若い段階の原始星であるファーストコア天体は、星のその後の進化を考える上で、きわめて重要であるが、観測的にはまだ見出されていない。そこで、将来の発見の手がかりとするため、1次元および3次元流体計算モデルを用いて、それに対して輻射輸送計算を行うことにより、観測的性質を調べた。その結果、原始星表面からのショックが直接見える場合には、中間赤外域に輻射のピークが現れるのに対し、エンベロープを通してみた場合にはサブミリ波として観測されることが分かった。またその光度の値の進化も計算した。(2)星間媒質は、星間ガスの熱不安定性により、暖相と寒相の二相から成り立っていると考えられている。またこの二相気体としての性質が、星間に普遍的に観測されている乱流の原因である可能性もある。この可能性を検討するため、もしこれらの2つの相が非常に稠密に混合しており、空間分解できない場合に、COなどのライン比に特徴的な傾向が見られないか調べた。その結果、寒暖二相の境界領域の影響により、通常よりも高励起状態からの輝線放射が卓越することが見出された。
シリコンナノ構造酸化の窒素添加による制御

シリコンナノ構造の酸化において、酸化膜に窒素を添加することにより、酸化形状の制御、および、酸化誘起歪・応力を変調できることを明らかにした。酸化膜への窒素添加の効果を原子レベル理論計算、マクロレベルシミュレーション計算で予測し、ナノ構造酸窒化実験を行った。窒素をシリコン・酸化膜界面へ局所的に導入することにより酸化膜の粘性が増加し、シリコン内部に生じる歪・応力が大きくなることを明らかにした。これにより窒素添加が単電子トランジスタの室温動作実現に有効であることを示した。シリコン酸化膜の粘性を制御するSiO拡散について、酸素自己拡散の実験を行った。Si基板を^<18>O_2で酸化して得られたSi^<18>O_2(40nm)/Si試料をさらに^<18>O_2で酸化し、^<16>O_2酸化後の^<18>O拡散プロファイルを調べた。その結果、顕著な^<18>O拡散、すなわち、新たに生成したSi^<16>O_2中への促進拡散が観測された。この酸素自己拡散について、Si自己拡散と同様にSiO_2/Si界面から放出されたSiOにより酸素拡散が促進されるとするモデルをたて、このモデルに基づいた拡散シミュレーションを行なった。2.酸化膜中拡散経路の理論計算Siナノ構造酸化の制御のためには、酸化膜中のSi原子輸送現象の微視的機構を解明する必要がある。歪んだSi酸化膜/Si界面が、SiO拡散の助けを借りてどのように変形するのか、その原子構造変化の過程を第一原理計算で明らかにした。SiOによる2配位Si構造の形成が酸化膜の変形に寄与していることを発見し、添加窒素との関係が重要であることを見出した。また、酸化膜中の0拡散において、酸化膜のアモルファス性に起因する微視的な空洞の存在が一義的に重要であることを第一原理計算の結果に基づき見出し、添加窒素の酸化膜中の拡散を考える場合に勘案すべきであることを明らかにした。3.古典分子動力学法によるシリコン酸化膜中の拡散現象シリコン熱酸化を促す主要な拡散種である0_2分子の拡散経路を、古典分子動力学法を用いて調査した。結晶性SiO_2の格子間のある安定サイトから隣接サイトへ移動する際の活性化障壁を計算したところ、圧縮ストレスにより拡散障壁が期待通り上昇する様子が再現された。しかし、界面反応の障壁を加えても、実験値には程遠いことから、仮定したSiO_2モデルには含まれない、より安定な格子間サイトがアモルファスSiO_2中に存在する可能性が示唆された。1.ミクロレベル理論計算分子動力学法を用いて、酸化膜/Si界面近傍の酸化膜中の酸素分子のポテンシャルエネルギー分布を調べた。その結果、界面からlnm以内の構造遷移領域で酸素分子ポテンシャルが約0.6eV増加することが判った。また、SiO_2/Si界面垂直方向に圧縮応力を導入した場合の酸素分子の界面反応を第一原理計算法で調べ、シリコンナノ構造酸化において残存する界面応力が界面反応を抑制することを明らかにした。さらに、第一原理計算によって、Si酸化膜に窒素が取り込まれると、構造が堅固となり酸素が3配位をとるために、ホールトラップを生じることを示した。2.ナノ構造酸窒化実験幅30-400nmのシリコン細線構造を酸化し、続いてその試料を亜酸化窒素中で酸窒化した。この酸窒化によって、酸化膜中に残っているSiを囲むように数nmの厚さの窒素層を形成した。この状態でもう一度酸化を行い、この試料のTEM分析を行った。その結果、通常の酸化を合計の酸化時間が今回の実験と同じなるように行った場合と比べて、Si形状の変化が小さいことが判り、界面付近の窒素の影響を明らかにすることができた。3.マクロプロセスシミュレーション窒素によるSi酸化膜物性の変化を2次元ナノ酸化プロセスシミュレータに新たに組み込んだ。酸化膜/Si界面を囲むように数nmの厚さの酸窒素層を導入し、再酸化によるSi形状の変化やSi内部に生じる歪・応力を予測することができるようにした。このシミュレータを用いて計算したところ、窒素による酸化膜の粘性増加に起因して、酸窒素ではSi内部に生じる歪・応力が通常の酸化に比べて大きくなり、TEM実験結果を再現することができた。1.ミクロレベル理論計算第一原理計算によって、酸化膜/Si界面近傍の酸化膜中の水分子の拡散および界面酸化反応の機構を調べた。その結果、酸化膜中において水分子はシラノール基として存在し、そのシラノール基が格子間水分子を経由して酸化膜中を拡散することが判った。この構造変化によって酸化膜と水分子の間での酸素原子の交換を頻繁に起こしながら酸化膜中を水分子が拡散していくという機構を明らかにした。また、酸化膜中の窒素、一酸化窒素、亜酸化窒素分子の固溶と拡散について、第一原理計算と「トラップーホッピング仮説」に基づいて検討を行った。窒素分子の固溶と拡散については実験値を矛盾無く説明することに成功した。

一酸化窒素、亜酸化窒素分子の固溶と拡散については、一酸化窒素は酸素とほぼ同じ、亜酸化窒素は固溶が窒素とほぼ同じで拡散は遅いと予測できた。2.ナノ構造酸窒化実験とマクロプロセスシミュレーション前年度に構築した2次元ナノ酸窒素プロセスシミュレータを用いて、酸化膜中の窒素濃度変化によって、酸化後のシリコン形状やシリコン内部に生じる歪・応力がどのように変化するかを調べた。窒素濃度が高いほど、酸化膜粘性係数の活性化体積が小さくなり、酸化膜の粘性が増加する。そのために、歪・応力で酸化速度が遅くなり、酸窒化膜形成後の酸化が抑えられることが判った。また、酸窒化後にアニール処理を行っても、形状変化や歪・応力の緩和はごく僅かであることを明らかにした。この計算結果は、幅30400nmのシリコン細線構造を酸窒化した試料のTEM分析結果をよく再現した。