hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
OpenMPによる次世代高性能クラスタ計算機向け高度並列プログラミング環境の研究

2.ソフトウェア分散メモリを効率化するための新たなアプローチとして、共有メモリ領域が実行時にアクセスパターン解析し、共有データの依存関係を調べ、メモリバリア同期時に通信を行なうFDSMソフトウェア分散共有メモリシステムをSCore上に構築し、基本的な性能を評価した。3.OpenMPを用いた並列化プログラムの作成を支援するツールである,iPat/OMPの設計指針の提案とそれをもとにした基本的な実装をおこなった。並列化支援機能をプログラムエディタに組み込むことにより,ユーザがプログラム編集中にエデイタ環境上で解析情報等を取得し、プログラム編集及びディレクティブ挿入を行うことができる。4.ヘテロクラスタ向けOpenMPシステムについては、ソフトウェア分散共有メモリSCASHにページ参照のプロファイル機能を加え、これを用いて動的負荷分散を行う拡張機能について実装し、その有効性を確認した。5.昨年より研究開発を進めているFFTの数値計算ライブラリについては、AMD Opteron, Itanium2についてOpenMPでの並列化、性能チューニングを行い、クラスタ上でのOpenMP/MPIのハイブリッド並列化の評価を行った。6.Fortran95フロントエンドの開発については、基本的な部分に関して実装を行った。64ビット化される次世代の高性能クラスタにおいて、OpenMPによる並列プログラミングを可能とするプログラミング環境およびソフトウエア分散共有メモリ実行時支援システム技術について研究する。当該年度の成果は以下のとおりである。1.64ビットプロセッサクラスタを含む様々なクラスタに対して移植性、可搬性を向上させるために、MPIを通信レイヤに用いるソフトウエア分散共有メモリシステムを設計開発し、評価を行った。2.実行時にアクセスパターン解析し、メモリバリア同期時に通信を行なうFDSMソフトウェア分散共有メモリシステムを改良し、IA64アーキテクチャのハードウエア機構を利用した効率的なアクセスパターンの解析機構を実装評価した。また、IA64固有の機能を用いない手法も開発した
マイクロマニピュレーションによる非平衡基礎論の展開

最近の非平衡統計力学の成果である、情報熱力学の新しい関係式の検証に成功した。具体的には、コロイド粒子を用いて、観測によって得た情報量を元にフィードバック制御を行うことで、獲得した情報量を自由エネルギーに変換する実験を行い、マクスウェルの悪魔の定量的な実験を実現した。また、粒子の非対称性を導入したヤヌス粒子を製作し、光照射によって微粒子が固有の向きを持って自己推進することを初めて確認し、流体力学の理論と良く一致することを実証した。本研究は、近年急速に発展を遂げているマイクロマニピュレーション技術を用い、これも発展が著しい非平衡基礎論の分野に観測・外部操作の概念を取り入れた基礎論の枠組みを展開する。そのため、非平衡のプロトタイプの実験系を構築し、精密実験により新しい非平衡関係式の検証と展開を行い、非平衡の実験と理論の発展を促すことを目的とする。研究期間終了時には以下の項目を達成することを目標とする。1.マイクロマニピュレーションを用いた非平衡関係式の検証とマクスウェルの悪魔の実現2.新しい分子マニピュレーション法を用いた非平衡定常状態の統計力学理論の検証。今年度の当初計画ではAOD(音響光デバイス)の回折光を用いてレーザーを高速スキャンし、光ポテンシャルを形成する計画であったが、AODはドリフトが大きく、また光強度が回折角によって変動するため途中で計画を変更し、EOD(電気光学デバイス)を使用した計画に切り替えた。そのため、当初の計画より装置の納期が遅れたものの、実験装置の立ち上げをようやく完成させることができた。一方で、連携研究者との共同研究により、電場のみを用いて外部フィードバックにより情報から仕事を取り出す実験に成功した。現在、論文の投稿準備を進めている。本研究では、非平衡基礎論の分野にマイクロマニピュレーション技術を導入し、観測と外部操作の概念を取り入れた基礎論の枠組みを展開するとともに、精密実験により新しい非平衡関係式の検証と展開を行うことが目的であった。そのための具体的な課題として、(1)マイクロマニピュレーションを用いた非平衡関係式の検証とマクスウェルの悪魔の実現。(2)動的非平衡状態における微小粒子のダイナミクスの解明とナノスケールの自走粒子やナノモーターの実現。(3)新しい分子マニピュレーション法を用いた非平衡定常状態の統計力学理論の検証を掲げた。以上の課題に対して、(2)のマックスウェルの悪魔の実験に関しては、300nmのコロイド粒子対を用いた実験により、円周上の周期ポテンシャルと一定勾配を重畳したポテンシャルを実現し、リアルタイムフィードバックにより、外部のトルクに逆らってコロイド粒子を回転させる実験に成功した。また、この際の情報・エネルギーの変換関係や、一般化されたJarzynski等式の検証にも成功し、この結果はNature Physics誌に掲載されるとともに、多くのメディアに取り上げられた。さらに、レーザーピンセットを用いた検証実験を行い、前述の実験では実現できなかった速度依存性を測定することに成功した。(2)に関しては、ミクロンサイズの非対称粒子であるJanus粒子を作り、Janus粒子の対でカイラルな接合をしたダブレットに一様な光を照射することで、100rpmで回転する光ローターを作ることに成功した。このメカニズムとして、局所的温度場、界面での速度場の計測を行い理論との一致を得た。この結果は、アメリカ物理学会のViewpointでハイライト紹介された。(3)に関しても、我々が予想した、界面近傍での対称性の破れによる流体効果により、コロイドの集積が我々の予想した分布式と線形領域では実験と良く一致することを確認した。本研究では、近年急速に発展を遂げているマイクロマニピュレーション技術を用い、これも発展が著しい非平衡基礎論の分野に観測・外部操作の概念を取り入れた基礎論の枠組みを展開することを目的として研究を行った。その目的を達成するため、非平衡系のプロトタイプとなる実験系を構築し、精密実験により新しい非平衡関係式の検証と展開を行った。具体的には、(1)マイクロマニピュレーションを用いた非平衡関係式の検証とマクスウェルの悪魔の検証実験、(2)温度勾配と熱泳動現象に関連した状況下における非平衡定常状態の統計力学理論の検証を目的として研究を行った。3年間の研究により(1)に関しては、回転電場を用いたコロイド粒子系の実験で観測情報に基づいたフィードバック操作を行い、外部トルクに逆らってコロイド粒子対を回転させることに成功するとともに、情報量と自由エネルギーの変換効率の定量的評価、一般化Jarzynski等式の初の実験検証に成功している(Toyabe et al.Nature Physics,(2010))。この結果は、News&Viewsで紹介されるとともに、国内外の多くのメディアで取り上げられ高く評価された。さらに、詳細やゆらぎ定理を検証するために精密な制御が可能なスキャン型レーザーピンセットとコロイド粒子を組み合わせた実験系を実現し、フィードバック存在下での揺らぎ分布を測定するとともに、操作速度を変化させた場合の仕事効率の測定を行うことに成功した。

(2)に関しては、非対称コロイド粒子に誘起される局所的温度勾配による遊泳現象を研究し、新規のメカニズムで運動するミクロンサイズの自己駆動粒子を作成し、理論的な解析と比較を行った。APS編集部のEditor'ssuggestionに選ばれるとともにPhysicsにハイライト紹介された。
高収益超短時間半導体製造を実現する気液混合型フォトレジスト剥離技術

本研究は、グローバルネットワーク情報型社会において、誰もが分け隔てなく使える超高性能・超低消費電力なディジタルネットワーク個人情報端末を創出するために不可欠な小型大規模集積システムを顧客の要求に即応して超短期間に生産するため、ウェーハ面上で不要になったフォトレジストの除去を極めて短時間に高効率に行うことを目的としている。まず、種々の気液混合流体を作成し、この気液混合流体の噴射速度、噴射量、噴射圧力、基板移動速度、ノズル移動速度などを変化させながら、8インチウェハ上に均一に噴射できるノズルを用いたレジスト剥離装置を作成した。本装置により上記パラメータを最適化することにより、これまでの酸素プラズマアッシングと、98%の硫酸と30%の過酸化水素を4:1で混合した大量の薬液洗浄を併用して行っているレジスト除去工程でも除去できなかったレジスト(砒素を10E16atoms/cm2注入)8インチウェハ上でも約1分で除去可能であることを確認でき、ウェーハ面上で不要になったフォトレジストの除去を極めて短時間に高効率に行うレジスト剥離技術を確立した。処理時間の更なる短時間化のためにフォトレジストに対しての前処理工程を検討した結果、完全に脱気した超純水にオゾンを数十ppm添加したオゾン添加超純水を用いて二酸化炭素によってpHを制御することが極めて効果的であることを見出した。さらに、半導体分野のみならず、液晶ディスプレイ分野にも応用し、ガラス基板に本技術を適用した結気液混合流体の噴射速度、噴射量、噴射圧力、基板移動速度、ノズル移動速度等を最適化することで1メートルを超えるガラス基板サイズでも1分以内にレジストが剥離できることを確認し、ガラス基板用気液混合型フォトレジスト剥離技術の基礎を確立した。本研究は、顧客ニーズに即応して超短期間に半導体LSI製品を生み出すための半導体製造技術として不可欠なフォトリソグラフィ工程の革新を目指して、従来にない新規な気液混合型フォトレジスト短時間剥離技術を開発することを目的とする。本年度は、8090°Cの超純水と微量薬液からなる気液混合流体を大面積均一に噴射できる噴射ノズルを搭載したフォトレジスト剥離試作機の設計・製作を行った。さらに、製作した装置を使用してフォトレジストの剥離プロセス条件の検討を開始した。開発した装置は、半導体LSI形成用シリコンウェーハまたはディスプレイデバイス形成用ガラス基板を枚様水平搬送し、気液混合噴射、リンス、乾燥プロセスを連続して行える装置であり、シリコンウェーハまたはガラス基板上に形成されたフォトレジスト層に対して、気液混合流体の噴霧速度、噴射量、基板移動速度、ノズル移動速度などのレジスト剥離プロセス条件を広範囲に設定できる仕様となっている。この装置を用いて、まず広く使用されているノボラック系レジストについて剥離実験を行った。フォトレジスト剥離検討に先立ち、クリンルーム内にウェーハを曝した際に付着する有機物の分子量に着目してその付着挙動を明らかにし、フォトレジスト剥離実験を阻害する有機物付着の影響を取り除いた。その上で、気液混合レジスト剥離実験を広範囲に行い、気液混合流体によるフォトレジストの剥離メカニズムが膨潤と打力の相乗効果によることを明らかにした。さらに予定通り、実際の大規模集積回路配線パターン上に形成されたフォトレジストの剥離実験を開始した。次年度には、フォトレジスト剥離装置の改良、最適化、様々なフォトレジストの剥離プロセスを検討し、現状のような酸素プラズマアッシングと大量の薬液洗浄を用いずに、しかも短時間でレジスト残渣物を完全に除去できる気液混合型フォトレジスト剥離技術の確立を目指す。本研究は、グローバルネットワーク情報型社会において、誰もが分け隔てなく使える超高性能・超低消費電力なディジタルネットワーク個人情報端を創出するために不可欠な小型大規模集積システムを顧客の要求に即応して超短期間に生産するため、ウェーハ面上で不要になったフォトレジストの除去を極めて短時間に高効率に行うことを目的としている。

まず、種々の気液混合流体を作成し、この気液混合流体の噴射速度、噴射量、噴射圧力、基板移動速度、ノズル移動速度など変化させながら8インチウェハ上に均一に噴射できるノズルを用いたレジスト剥離装置装置を作成した。本装置により上記パラメーターを最適化することにより、これまでの酸素プラズマアッシングと、98%の硫酸と30%の過酸化水素を4:1で混合した大量の薬液洗浄を併用して行っているレジスト除去工程でも除去できなかった、レジスト(砒素を10^<16>atoms/cm^2注入)8インチウェハ上でも約1分で剥離可能であること確認でき、ウェハー面上で不要になったフォトレジストの除去を極めて短時間に高効率に行うレジスト剥離技術を確立した。処理時間の更なる短時間化のために、フォトレジストに対しての前処理工程を検討した結果、完全に脱気した超純水にオゾンを数十ppm添加したオゾン添加超純水を用いて二酸化炭素によってpHを制御することが極めて効果的であることを見出し、現在、二酸化炭素添加オゾン超純水を用いた前処理システムの試作検討を行っている。さらに、半導体分野のみならず、液晶ディスプレイ分野にも応用し、ガラス基板に本技術を適用した結果、気液混合流体の噴射速度、噴射量、噴射圧力、基板移動速度、ノズル移動速度を最適化することで、1メートルを超えるガラス基板サイズでも1分以内にレジストが剥離できることを確認し、ガラス基板用気液混合型フォトレジスト剥離技術を確立した。
日韓女性の交流と相互認識-1960年代～70年代を中心に

この研究は、60年代後半から70年代前半にかけて日本のなかで登場した新しい女性運動の展開や衰退について明らかにしたものである。とりわけ、新しいアジア認識を主張する女性たちの考えを明らかにした。また、韓国女性の呼びかけに応答する形で始まったキーセン観光反対運動や、ウーマン・リブの中で提示された新しいアジア認識について分析した。そして、1975年の国際婦人年世界会議をきっかけに日本で台頭した主流の女性運動を取り上げながら、ウーマン・リブのアジア認識・加害者意識が、以後の女性運動のなかでいかに継承されたか、または衰退したかを分析した。本研究は、日韓女性の交流・相互認識の歴史を1960年代後半から70年代までを中心に分析するものである。研究成果は、(1)60年代後半から70年代にかけて、アジアやアジア女性への関心を喚起し、新しいアジア認識を主張した、日本女性およびグループについて分析した。山崎朋子とアジア女性交流史研究会、飯島愛子と侵略=差別と闘うアジア婦人会議、山口明子・高橋喜久江とキーセン観光に反対する女たちの会、松井やよりとアジアの女たちの会)がそれである。(2)彼女たちの認識の特徴として、被害者意識から出発する戦後の女性運動とは一線を画し、アジアへの加害者意識を持っていたという点、女性自身の意識変革とともに日本国家を変える思想としての可能性を持っていたという点を分析した。(3)こうした女性たちの認識・運動は、70年代後半の主流の女性運動の中で継承されず、衰退していくが、その経緯について具体的に分析する手掛かり・視点を得た。1975年にメキシコで開かられ国際婦人年世界会議を境に、日本の女性運動は、法・制度・政策・教育・労働・メディア・家庭の性差別主義の解消に向い、その過程で、70年代前半の女性運動が持っていた「女性・日本を変える」という思想的志向は、女性運動の主流の中で萎れるという視点である。(4)金允玉(韓国教会女性連合会、キーセン観光反対運動の中心人物)、車玉崇・徐明善(梨花女子大学校学生としてキーセン観光反対運動を担った人物)、山口明子(日本キリスト教協議会、キーセン観光反対運動の中心人物)、(4)高橋喜久江(日本キリスト教婦人矯風会、キーセン観光反対運動の中心人物)への聞き取り調査を行い、70年代日韓女性たちによるキーセン観光反対運動を分析する資料を得た。特に、新しい相互認識やアジア認識を打ち出し、それに基づいて日韓交流を行った女性たちの文章や、関連女性団体の機関誌・資料等を分析し、また彼女たちへの聞き取り調査を行い、彼女たちの思想や行動を明らかにする。研究成果は、(1)70年代に日韓女性たちの新しい相互認識によって行われたキーセン観光反対運動について詳しく分析した。(2)日本側で運動を行った団体(キーセン観光に反対する女たちの会、日本キリスト教協議会、日本キリスト教矯風会、売春問題ととりくむ会)や、韓国側で運動を行った団体(韓国教会女性連合会、梨花女子大学校学生会)の資料を分析し、運動の経緯を明らかにした。(3)キーセン観光反対運動を行った日韓女性の相互認識について分析した。「呼びかけ」・「応答」の意識、「連帯意識」について、具体的な人物(金允玉、山口明子、高橋喜久江、松井やより)を取り上げながら分析した。(4)戦後初めての日韓女性による連帯運動であったキーセン観光反対運動の意義を明らかにした。日韓女性の交流・相互認識の歴史は、戦前(植民地期)、解放後・戦後への転換・断絶期(日本の敗戦から1965年韓日条約まで)、新たな関係・認識の模索期(60年代後半から70年代)、女性学的知または経験の交流期(80年代)、「旧日本軍慰安婦問題」解決のための連帯期(90年代以降)として時期区分できる。今回の研究は、戦前から戦後へと、その意識の転換期にあたる70年代の研究として、日韓女性運動の新たな可能性を切り開いた、キーセン観光反対運動やそこで現れた日韓女性の相互認識を分析するその意義をあきらかにした。(5)前年度に聞き取り調査を行った人物への追加調査を行った。特に、新しい相互認識やアジア認識を打ち出し、それに基づい日韓交流や女性運動を行った女性たちの思想や行動を明らかにする。

今回の研究は、戦前から戦後へと、その意識の転換期にあたる70年代の研究として、60年代後半から70年代前半にかけて日本女性が新しく主張したアジア認識について、特に今まであまり注目されなかったウーマン・リブにおける、日本女性のアジア女性に対する「加害者意識」について、その内容のみならず、その衰退にまで詳しく分析した。研究成果は、170年代前半、日本の新しい女性運動として登場した、ウーマン・リブの「加害者意識」について詳しく分析した。「被害者意識」からの決別、アジア女性に対する日本女性の「加害性」の認識、両者の抑圧の連関性に対する認識の三点に分けて考察した。21980年代後半、日本の主流の女性運動が大きな転換期を迎える中で、ウーマン・リブの「加害者意識」が、いかに継承、あるいは失われたのかを分析した。特に、1975年に開かれた国際婦人年世界会議における、先進国女性運動に対する第三世界女性の批判について、日本女性参加者がどのように反応したかを分析し、70年代後半における日本女性の「加害者意識」・「アジア認識」のあり方を分析した。そして70年代後半における日本の主流の女性運動のなかで、ウーマン・リブの考え方がいかに衰退したかを分析した。(1)70年代に新しい相互認識やアジア認識によって行われた日韓女性たちの連帯的な女性運動(キーセン観光反対運動)について詳しく調査・分析できた。24年度が最終年度であるため、記入しない。(1)1960年代後半から70年代にかけて登場した日本女性たちの新しいアジア認識や女性運動が、70年代後半の主流の女性運動の中で継承されず、衰退していくその経緯について具体的に分析する。(2)五島昌子(アジアの女たちの会)、吉武輝子(国際婦人年をきっかけとして行動を起こす女たちの会)への聞き取り調査を行う。
チロシン燐酸化による細胞増殖・癌化機構の解析-特に細胞骨格蛋白質を中心として-

我々は、RNA腫瘍ウィルスの発癌遺伝子産物や各種細胞増殖因子受容体にみいだされるチロシン特異的燐酸化活性が細胞骨格蛋白を基質として燐酸化することにより、細胞の増殖あるいは癌化につながる第一歩が踏み出されるのではないかという仮説をたて、この仮説を立証すべく実験を行い以下の成績を得た。1.数多くの細胞骨格関連蛋白を純化し、これらがin vitroで純化したインスリン受容体キナーゼ、EGF受容体キナーゼ、srcキナーゼの良い基質となるか検討した。その結果微小管関連蛋白では、チュブリン,MAP2,タウが、マイクロフィラメントならびに膜裏打ちタンパク質の中ではフォドリンが良い基質となることが明らかとなった。2.上記の結果は、チロシンキナーゼの基質特異性が非常に類似していることを示唆しているが、さらに細く検討するとインスリン受容体キナーゼとEGF受容体キナーゼの方がsrcキナーゼと比較しよりその基質特異性が類似していることが明らかとなった。3.次にこれらのin vitroでよく燐酸化される細胞骨格蛋白について、それらがin vitroのチロシン残基の燐酸化により機能が変化するかを検討し、MAP2の機能がチロシン燐酸化により変化することを見い出した。4.次にこれらのin vitroでよく燐酸化される細胞骨格蛋白について、それらがin vivoでも燐酸化されているかそれぞれの蛋白に対する特異的抗体を用いて検討し、MAP2,タウ,フォドリンが燐酸化蛋白であることを見い出した。しかしながら、現在の所チロシン残基の燐酸化は認めていない。
生体小分子の化学構造と生理機能を結ぶ弱い分子間相互作用の記述

生命現象は、生体分子間の弱い相互作用によって支えられていることが多い。例えば、膜を構成する脂質は一義的な化学構造を有する小分子化合物であるが、その集合体である脂質二重膜は特徴的な生物機能を有している。本年度の本研究は昨年度に引き続き、弱い相互作用を官能基ペアーと機能配座に基づく記述法を検討した。実験的には、脂質分子のNMRを測定することによって配座の解析を進めた。本年度の研究では、脂質問の相互作用にかかわる官能基ペアーと機能配座を解明するために、スフィンゴミエリン(SM)の分子間相互作用を、固体NMR測定によって精査した。その結果、脂質ラフトが形成される条件において、SM分子の自由度は顕著に減少していることを初めて明らかにした。さらに、分子間相互作用に必要な水素結合形成に有利な配座を取ること、また、官能基ペアーとしては、水素結合供与体と受容体の両方として働くアミド基が最も重要であることを明らかにした。さらに、これらの結果を計算化学的に検証することに成功した。次に、これらの相互作用を詳細に解析するために水溶性を向上させたコレステロール誘導体の合成を試みた。その結果、3位ヒドロキシ基にポリエチレングリコールを導入した誘導体が、脂質ラフトを比較的良好に再現することを見出した。この誘導体によりて、脂質二重膜のモデル系を用いた高分解NMR測定が可能となった。すなわち、通常のリボソーム膜では不可能であった水素核NMRスペクトルが、コレステロール誘導体を含む膜系で可能になるので、膜結合状態における脂質分子の活性配座解明が飛躍的に進亀むことが期待される。多く生命現象は、生体分子間の弱い相互作用によって支えられている。脂質分子の微視的構造と、生体膜の巨視的性質・機能を結びつけるものは、個々の脂質分子間の相互作用にほかならない。生体内の弱い相互作用を正確に可視化しようとすれば、無数の分子が関与する複雑な3次元モデリングを用いなければならず、人間の頭脳では全体像を把握することは到底不可能である。本研究は、複雑な相互作用を化学の言葉で理解するために、人間の頭脳で把握しやすくしながらも、実験に根ざした基本情報を損なわない記述方法(官能基ペアーと機能配座)を提案し、その有用性の実証を行った。本年度の研究では、研究対象を例示すると、今まで生体膜(脂質二重膜)については、分子的実態を実験的に議論することがほとんど行われていなかったので、本年度は、膜構成脂質の重水素、炭素-13、および窒素-15標識体を化学的に合成し、固体NMR測定を行うことによって、脂質分子間の弱い相互作用の構造的基盤を検討した。その結果、スフィンゴミエリンなどでは、相状態が変化することによって部分的な回転配座の変化が生じることが示唆され、このなかに機能配座を含まれると想定された。また、分子の秩序性も相状態によって大きく影響を受けることを実証することができた。現在、官能基ペアーをアミド結合による分子間相互作用と想定して、実験データの集積を図っている。
Web教育における瞬き・瞳孔を用いた理解度予測システムの開発

学習への意欲や集中力を持続・向上させることは難しい。特に、意欲の低い学習者には、自己モニタリング学習の効果は期待できず、教授者の適切な指導が重要である。しかし、自宅でのWeb教育では、学習者の反応をキャッチして適切な指導をすることが難しく、やる気や理解度を自動的にキャッチし、状況に応じた適切なアドバイスを行う必要がある。本研究では、瞬き頻度と集中度の関係を明らかにし、リアルタイムで瞬き頻度を計測し、集中度の変化を測定できるようにした。また、理解度と瞳孔径変化の関係を明らかにし、リアルタイムで瞳孔径を計測し、理解度を予測できるようにした。瞬き頻度と集中度との関連については、平成22年度平成24年度の基盤研究(C)22500945による研究で、ある程度明らかできた。平成25年度は、瞬き頻度計測の精度向上と理解度を予測するための瞳孔径の測定システムの開発について検討した。特に、瞳孔径が測定できるようになれば瞬き頻度も精度よく計測できる可能性があるので、瞳孔径の測定システム開発に重点を置いて検討した。瞳孔の検出には、一般的に特殊な赤外線カメラが採用されているケースが多く、一般的に用いるというわけにはいかない。そこで、通常の室内環境と考えられる蛍光灯に赤外光をプラスするために赤色LEDライトを照射することで、環境を模して、瞳孔部分の抽出を試みた。さらに、色空間(RGBとLab)の分解・合成を反復することで赤色成分を強調し、抽出を容易にする方法を開発し、虹彩と瞳孔の明るさの差異を大きくすること、つまり分離を容易にすることができた。しかし、逆に虹彩の径を円検出で測定することが困難になること、赤色光が眩しく被験者が学習する環境には適さないことが分かった。また、顔の位置によって画像の大きさが変化するため、瞳孔径/虹彩径で瞳孔の大きさを判断する必要があるが、比率を実用的に求められるほど両者を精度良く測定するには至らなかった。さらに、まつ毛が障害物になることなどがあり、USBカメラの位置について検討し、ディスプレイの中央下部に設置して影響を最小限にとどめることにした。しかし、球面である眼球には向かない方法であり、次年度以降に検討することとした。自宅学習や遠隔教育のe-ラーニングでは、教授者は時間的にも空間的にも学習中の反応をリアルタイムで捉えることが難しく、きめ細かな教育を行うことは不可能に近いと思われる。Web教育においても対面授業と同等以上の効率化を図るためには、学習者の理解状況を把握し、適切にアドバイスしたり、教材を選定したりすることが重要であるが、その方法は確立されていない。これまでの研究で、瞬きの頻度が集中度の変化(集中時には瞬きの頻度が減少し、途切れるときに瞬きの頻度が上昇する)に対応していることを見出した。さらに、瞳孔径の変化が快・不快と連動し、理解度と繋がりがあることを見出したので、瞳孔径を自動的に測定し、リアルタイムで学習者の状況を予想できるシステムの開発を目指している。これまでの経験では、瞳孔に環境光、特に蛍光灯の光が重なり濃淡で瞳孔を検出することが難しかったり、画像の精度が良くないため瞳孔画像そのものが小さく径をそれ程精度よく計測することができないことなどがあった。そこで、偏光フィルタを使用することで環境光の影響の低減を図った。これによりカメラの位置をディスプレイ上部中央に固定できた。また、偏光フィルタにより、瞳孔と虹彩の濃度境界の閾値を明確にすることができ、環境の影響も多少低減することができ、比較的精度の良い分離が可能となった。さらに、ズーム機能の付いたWebカメラを採用することで画像精度を上げることは可能であるが、瞳孔の追跡、切り出しが難しくなり、最適な条件を設定するに至ってはいない。瞳孔検出アルゴリズムの高速化については、OpenCVでプログラミングすることに変わりはないが、これまでの手続きを簡略化し、7つの関数を1つに集約することで処理速度を上げることが可能となり、リアルタイム処理が可能となった。e-ラーニングでは、教授者は時間的にも空間的にも学習中の反応をリアルタイムで捉えることが難しく、きめ細かな教育を行うことは不可能に近いと思われる。Web教育においても対面授業と同等以上の効率化を図るためには、学習者の理解状況を把握し、適切にアドバイスしたり、教材を選定することが重要であるが、その方法は確立されていない。そこで本研究では、目の動き、特に瞬きと瞳孔の大きさの変化に着目し、集中度と理解度の予測を行うことを目的とした。まず、瞬き頻度と集中度については、集中時には瞬きの頻度が減少し、途切れるときに瞬きの頻度が上昇する、ことを確かめた。さらに、瞳孔径の変化が快・不快と連動し、理解度と繋がりがあることを見出した。瞬きの頻度や瞳孔径の変化を自動的に計測することは、家庭で用いている機器では比較的難しく、当初は赤外照明や暗視カメラなど特殊な装置を用いたが、実際に運用する場合不可能なので、一般的な機器環境でのシステム構築を検討した。瞬きの検出は1回の瞬きが23フレームと少ないため半眼状態のものも存在するので、ある程度の閾値の下で瞬きが行われたと判断することにした。これによって、ほぼ全ての瞬きを検出できるようになった。

また、瞳孔径については、当初瞳孔が円形であることを利用して、濃度差でエッジ検出し、円近似で求めようとしたが、目の画像が小さいため瞳孔画像が円近似では不可能であった。そこで虹彩部分を円近似し、中心付近を二値化して、ドット数で面積を計測し、径を求めることにした。その結果、瞳孔径の変化が数値的に捉えられるようになった。しかし、環境光の影響で必ずしも正確ではないため、偏光フィルタで環境光の影響を抑え、閾値でカバーする方法を採択することで比較的精度の高い瞳孔径計測が可能となった。しかし、処理速度の問題が残り、これをクリアしない限り実用には堪えられないと考えている。学習への意欲や集中力を持続・向上させることは難しい。特に、意欲の低い学習者には、自己モニタリング学習の効果は期待できず、教授者の適切な指導が重要である。しかし、自宅でのWeb教育では、学習者の反応をキャッチして適切な指導をすることが難しく、やる気や理解度を自動的にキャッチし、状況に応じた適切なアドバイスを行う必要がある。本研究では、瞬き頻度と集中度の関係を明らかにし、リアルタイムで瞬き頻度を計測し、集中度の変化を測定できるようにした。また、理解度と瞳孔径変化の関係を明らかにし、リアルタイムで瞳孔径を計測し、理解度を予測できるようにした。昨年に引き続き、当初目の検出に使用する目的で購入したfaceAPIのカスタマイズができず、結局OpenCVでプログラムを開発しなければならない状況であった。前年に作成したプログラムが、処理に時間が掛かるため、リアルタイム処理を可能とするようなアルゴリズムを最初から作成しなければならなくなった。そのため、検証実験まで手が回っていない。しかし、26年度にはリアルタイムで瞳孔径を測定できるようになったため、理解度検証実験に着手できる状態になっている。生体情報処理手法を用いた教育の効率化瞳孔径と虹彩径の比率から瞳孔径の変化を計測するつもりである。虹彩径は円近似で直径を求め、瞳孔径は画像が小さいのでピクセル数から計算つもりでいる。どちらも精度よく測定することは極めて難しいため、ある程度高解像度の画像が必要となる。目検出の頑強性と精度の問題を同時に満たす設定条件を探る必要が残っている。さらに、被験者の変化に追従できるかどうかについてはこれからの課題として残っている。被験者数を増やしながら、慎重に決定していく必要があると同時に、理解度と瞳孔径の変化の相関性を調べていかなければならない。当初予定したfaceAPIによる目の位置の特定に関しては、まだ手がついていない状況である。OpenCVによるプログラムの変更(高速化と位置ずれに対する頑強さを持たせるために、前年度から大きく変更して、初めから作り直している)に時間がかかり、faceAPIまで手が回っていない。ただし、偏光フィルタについては実験も進んでおり、良好な結果が出始めており、faceAPI部分を除けば順調といえる。当初予定していた市販されている顔認識ソフトウェアfaceAPIのカスタマイズがうまく機能しなかったため、全てのプログラムをOpenCVをベースに自作する必要性が生じた。その結果、当初に予定した瞳孔径計算と理解度の関係を調べる実験に着手することができず、人件費で計上した金額を使用することができなかった。また、実験に伴う物品の購入もできなかったため物品費の支出がなかったことで次年度に残してしまった。
壁面せん断応力分布センシングを駆使した抵抗低減機能を持つ壁面の創成

(1)数値計算による流動抵抗の評価当該年度では,昨年度に単視野3次元3成分流速計測法(APTV)によって取得した,超撥水壁面近傍流動の計測結果に基づき,数値計算によってその流動形態を再現可能なモデルの構築に取り組んだ.超撥水壁面近傍流動に関して,数値計算による多くの先行研究では,気液界面は変形しないことを前提に計算モデルを構築しており,抵抗低減効果が過大に評価されることが課題として挙げられていた.一方,本研究では,昨年度の計測結果で気液界面が変形してたわむことを確認しており,その詳細な形状を取得することに成功していた.この結果に基づき,実験によって取得した気液界面の形状と,気液界面におけるすべり長さの平均値を境界条件として計算モデルに与えることによって,流動の様子が再現できることを示した.更に,数値計算結果に基づいて流動抵抗を評価し,実験結果と比較して,構築した数値計算モデルが有効であることを示した.(2)マイクロピラー周りの流動及び壁面せん断応力分布の計測当該年度では,現在までに開発に取り組んでいるAPTVを駆使し,マイクロ流路内で生じる3次元的な複雑流動の計測と,そのときに生じる壁面せん断応力分布の定量化に取り組んだ.マイクロ流路内に微小構造物を設置し,受動的に流れを制御して物質等の混合及び輸送を促進する手法があるが,構造物と流体が干渉することによって生み出される3次元的に複雑な流れ場については不明点が多い.本研究では,微小構造物として円形のピラーアレイを流路内に設置し,ピラー周りで生じる3次元的な流動の可視化に成功した.また,取得した流速分布に基づき壁面せん断応力分布を算出したところ,流路片側にピラーを設置することで,その対壁側にもせん断応力分布が誘起されること,そして流速の変化に伴い,本研究の実験系では壁面せん断応力の値が最大で24%上昇することを確認した.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。当該年度では,(1)壁面せん断応力分布定量化手法の確立,(2)超撥水壁面近傍流動計測について取り組んだ.(1)壁面せん断応力分布定量化手法の確立当該年度では,単視野3次元3成分流速計測法(APTV)によって取得した壁面近傍流速から壁面せん断応力を分布として定量化する方法について取り組んだ.せん断応力の定量化にあたり,壁面近傍にトレーサ粒子径に由来する系統誤差が生じることや,速度勾配算出の際に壁面位置に関する正確な情報取得が困難となることが課題として挙げられていた.そこで,壁面近傍流速の計測結果をベースに系統誤差を考慮した流速分布モデルを作成し,このモデルを使用しながら,正確な壁面位置情報が不要で,流路中のトレーサ粒子の相対位置及び分布のみから速度勾配を決定可能な方法を検討した.その結果,壁面最近傍に位置する粒子から粒子径の3倍以上離れた位置の流速を使用すれば,壁面位置が不明でも精度良く速度勾配が決定可能であることを示した.また,実際にマイクロ流路壁面のせん断応力分布を計測し,併せて数値計算結果との比較を行って,検討した手法の有効性を確認した.(2)超撥水壁面近傍流動計測流れ方向に対して平行なリブ及び溝構造を有し,撥水加工を施された超撥水壁面を使用して,APTVによって溝部に形成される気液界面近傍流動計測を試みた.その結果,流路断面の流速成分分布から気液界面の形状及び界面におけるすべり長さを取得した.そして,気液界面流動からせん断応力の算出を行い,界面の摩擦抵抗を評価したところ,理論値に対して実験値が低下していることを確認し,使用した超撥水壁面が流動抵抗低減効果を有していることを確認した.また,APTVを使用した気液界面近傍流動の直接計測が,超撥水壁面が有する抵抗低減効果の評価に使用可能ということを明らかにした.まず壁面せん断応力分布の定量化手法に関しては,正確な壁面位置が不明でも壁面せん断応力決定可能な方法を構築しており,実際にマイクロ流路における壁面せん断応力分布計測を実施して構築した方法の有効性を確認した.そのため,当初予定していた計画を全て遂行している.また,超撥水壁面近傍流動計測に関しても,APTVによって壁面近傍で形成される気液界面近傍の流動を3次元的に計測することに成功しており,その界面近傍流動からすべり長さや界面形状の抽出が可能であることを示した.取得した界面近傍流動から界面に働くせん断応力分布を定量化することで,気液界面に働く流動抵抗を定量化可能であることが明らかしている.そのため,当初予定していた気液界面近傍流動の直接計測による流動抵抗の定量化という目標をクリアしている.以上の観点より,本研究課題はおおむね順調に進展していると判断する.(1)数値計算による流動抵抗の評価当該年度では,昨年度に単視野3次元3成分流速計測法(APTV)によって取得した,超撥水壁面近傍流動の計測結果に基づき,数値計算によってその流動形態を再現可能なモデルの構築に取り組んだ.超撥水壁面近傍流動に関して,数値計算による多くの先行研究では,気液界面は変形しないことを前提に計算モデルを構築しており,抵抗低減効果が過大に評価されることが課題として挙げられていた.一方,本研究では,昨年度の計測結果で気液界面が変形してたわむことを確認しており,その詳細な形状を取得することに成功していた.この結果に基づき,実験によって取得した気液界面の形状と,気液界面におけるすべり長さの平均値を境界条件として計算モデルに与えることによって,流動の様子が再現できることを示した.

更に,数値計算結果に基づいて流動抵抗を評価し,実験結果と比較して,構築した数値計算モデルが有効であることを示した.(2)マイクロピラー周りの流動及び壁面せん断応力分布の計測当該年度では,現在までに開発に取り組んでいるAPTVを駆使し,マイクロ流路内で生じる3次元的な複雑流動の計測と,そのときに生じる壁面せん断応力分布の定量化に取り組んだ.マイクロ流路内に微小構造物を設置し,受動的に流れを制御して物質等の混合及び輸送を促進する手法があるが,構造物と流体が干渉することによって生み出される3次元的に複雑な流れ場については不明点が多い.本研究では,微小構造物として円形のピラーアレイを流路内に設置し,ピラー周りで生じる3次元的な流動の可視化に成功した.また,取得した流速分布に基づき壁面せん断応力分布を算出したところ,流路片側にピラーを設置することで,その対壁側にもせん断応力分布が誘起されること,そして流速の変化に伴い,本研究の実験系では壁面せん断応力の値が最大で24%上昇することを確認した.超撥水壁面における気液界面近傍流動に関して,現在までに複数の解析モデルや数値計算結果が示されているが,その多くが界面の微小な変位や界面に働くせん断応力を無視したモデリングを行っており,流動の傾向はある程度予測できるものの,超撥水壁面が有する抵抗低減効果を過剰に見積もるという問題があった.本研究課題では,現在までに単視野で3次元3成分流速計測が可能なAPTVを使用して超撥水壁面に形成される気液界面近傍流動の計測を実施しており,気液界面の形状及びその変位と,界面における流動のすべり長さを取得している.そのため,APTVによる計測結果を使用することで,気液界面流動に関する数値計算実施時の,気液界面における境界条件が設定可能であると考えられる.そこで今後は,APTVによる気液界面近傍流動の計測結果に基づいた境界条件設定の指針を示し,実際に数値計算を実施し,実験結果との比較を行いながら,境界条件設定方法を普遍的なものとすることを目指す.これにより,適切に境界条件さえ設定すれば,超撥水壁面が有する抵抗低減効果を数値計算によって適切に見積もることが可能になると考えられる.また,APTVを使用したせん断応力分布計測手法を現在までに確立させているが,先述した目標達成のためにも,高精度に気液界面に働くせん断応力の定量化が必要であるといえる.そのため,必要に応じてせん断応力算出手法の精度向上や,手法の見直し,最適化を実施していく予定である.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。
放射線性粘膜障害と舌運動障害への口腔内金属による影響ー新たな線量制約の解明－

頭頸部癌に対する放射線治療においては、急性粘膜障害が発生する。また、金属が存在する場合には粘膜炎などの障害が増強する可能性がある。我々は、先行研究において金属近傍や金属周囲の線量が三次元治療計画装置では正しく評価できていないことを確認した。本研究では、実際の頭頸部癌患者を対象として、急性期障害の評価では歯科金属および口腔粘膜障害の関係を評価し、晩期障害の評価では治療前後の舌機能を評価することで、基礎実験によって解明できた金属の線量分布への影響が臨床結果に関連しているのかを解明し、安全な放射線治療の確立をめざす。
強相関π電子系における乱れによる電子フィリング変化とπ-d電子間相互作用の解明

本研究は強相関有機分子性導体α''-(BEDT-TTF)2RbCo(SCN)4(以下、α''-RbCoとする)で観測された特徴的な磁気誘電応答の理解、電子相関における乱れの影響、電荷とスピン間の相互作用、d電子スピンとπ電子との相互作用、それらによる新しい物性現象の探索、解明を目指している。この物質はRbイオンの組成ずれのためにBEDT-TTF分子バンドの電子フィリングが変化し0.1/BEDT-TTFの電子ドーピングが起こると予想されるため、従来から研究が進んでいるθ相の電荷秩序とは異なる相転移を起こしている可能性もあった。そこで、まず、θ-(BEDT-TTF)2MM'(SCN)4の電荷秩序および電荷ガラス状態に関して研究を進めた。また同時に、α''-RbCoの光学特性を詳細に調べ、100Kの金属ー絶縁体転移の起源が電荷秩序であることを明らかにすることができた。低温でのBEDT-TTF分子価数の平均値は組成からの期待値とよく一致していることが分かった。また、この物質は電荷秩序相において磁気誘電率に異常が起こる。磁化の測定結果と合わせると、この異常の起源は、まず外部磁場によってCoスピンが配向し、πーd電子間相互作用によってπ電子スピンのフリップが起こり、最後にπ電子のスピンー電荷自由度の結合によって誘電応答に作用しているということが分かった。一方、α''型に類似しているθ型のいくつかの物質系とα''-RbCoのホール効果、磁気抵抗などを比較することで、α''-RbCoのホール効果だけが特異的な温度変化をしていることを確認した。さらに、α''-RbCoの圧力効果を測定し、金属ー絶縁体転移が消失し、半導体的な状態に転移することを発見した。この転移はこの系のバンドフィリングを踏まえると非自明な電子相であり、BEDT-TTF分子価数変化などを通じて今後調査予定である。本研究は、強相関電子系である有機分子性結晶において、結晶内の不可避な乱れによるπ電子系の低周波電荷ダイナミクスの異常の起源を特定し、乱れとともに起こる強相関π電子系では例の少ない電子のバンドフィリング変化の効果や、近年注目されているπ-d電子間相互作用の効果を静的、動的物性現象の観測によって明らかにする。さらに電子系における電気磁気効果の探索や電子フィリング制御系の開拓を行うことで、分子性導体が有する複雑な階層構造の総合的な理解を進化させるととともに、新規物性現象を見いだしていくものである。28年度は、近年新たに発見された電子バンドフィリングが整数比からずれたalpha''-(BEDT-TTF)2RbCo(SCN)4における上記の研究を進めるにあたって、基本的な情報となる金属ー絶縁体転移における電荷状態、低温でのスピン状態の詳細を明らかにすべく、輸送特性、磁気特性の測定に加え、光学スペクトル特性を調査した。これらの測定から、この系の金属-絶縁体転移は電子相関による電荷秩序絶縁体への相転移を示唆する結果を得た。さらに、絶縁体相での詳細なスペクトル解析により、絶縁体相の中でさらに磁気相転移を示唆する結果も得ることが出来た。今後は、他の物性値の磁場中での変化の観測と合わせ、どのような磁気転移かを明らかにし、Coスピンの影響や電気磁気効果の探索を行っていく。さらに、冷却速度の違いによる物性変化や電荷揺らぎの変化など乱れの効果の観測も進めていく予定である。28年度は、alpha''-(BEDT-TTF)2MM'(SCN)4 (MM'=RbCo)の金属ー絶縁体転移の起源と低温絶縁体相の詳細を調査した。この系と類似の物質にMM'=CsHg, KCoの組成のものが知られており、いずれも低温で金属-絶縁体転移を引き起こすが、その絶縁体相については抵抗率や磁化率といった限られた知見しか報告されていない。絶縁体相の候補としては、電荷秩序状態か電荷密度波状態が考えられるが、いずれであるかは分かっていない。RbCoにおいてもこれまで抵抗率や磁化率、熱起電力の測定を行ったが、それだけでは絶縁体相の起源の特定は不可能である。この原因はRbサイトの乱れやツイン構造のため、低温での構造解析による調査が困難なことが挙げられる。そこで、光学伝導度スペクトルを得ることで、絶縁体転移に伴うバンドギャップの様子、異方性などの情報を元に低温絶縁体相の起源に踏み込むことが出来ると考え、反射率スペクトル測定を行った。光学反射率スペクトルの測定は実験室系とSpring-8(BL43IR)を利用し十分広範囲のエネルギー領域で測定した。その測定データを解析し高精度の光学伝導度スペクトルを得ることが出来た。その結果、異方的ではあるが概ね2次元的なスペクトルが得られ、また、電荷ギャップは600cm-1程度と見積もられた。このギャップの大きさは転移温度の8倍程度もあり電荷密度波状態で期待される大きさより十分大きく、また、類似の構造を持つ電荷秩序転移を示す系のギャップの大きさと同程度であることが分かった。これらの結果は、この系の絶縁体相が電荷秩序であることを示唆する。また、スペクトルの温度変化を詳細に解析すると、絶縁体相の中でも約40Kの温度でさらに変化が見られ、磁気転移によるものと考えられる。

本研究課題は、強相関有機分子性結晶a''-(BEDT-TTF)2RbCo(SCN)4で観測された特徴的な磁気誘電応答の理解を軸に、電子相関における乱れの影響、電荷とスピン間の相互作用、d電子スピンとπ電子との相互作用、それらによる新しい物性現象の探索、解明を目指している。平成29年度は、θ-(BEDT-TTF)2MM'(SCN)4とa''-(BEDT-TTF)2RbCo(SCN)4の電荷秩序および電荷ガラス状態に関して研究を進めた。主な結果としてはa''-(BEDT-TTF)2RbCo(SCN)4の光学特性を詳細に調べ、100Kの金属ー絶縁体転移の起源をようやく明らかにすることができた。この物質はRbイオンサイトの組成ずれのためにBEDT-TTF分子バンドの電子フィリングが変化し0.1/BEDT-TTFの電子ドーピングが起こると予想されるため、従来から研究が進んでいるθ相の電荷秩序とは質的に異なる相転移を起こしている可能性もあった。そのため、今後の研究遂行のためには、転移のメカニズムを実験で明確に示すことが重要であった。しかし、その組成ずれによる結晶格子への乱れの影響もあり、2次元面内光学反射率や構造解析、ラマン散乱等の実験からは絶縁体相で何が起こっているかははっきりとしていなかった。そこで、薄片状の試料の側面(2次元面に垂直方向)の光学反射率測定についての測定を行ったところ、絶縁体への転移に伴ってBEDT-TTF分子電荷が複数に分裂することが分かってきた。また、低温での誘電率異常の起源を探るため、SPring-8において磁場中での赤外分光スペクトルの温度、磁場変化の観測も行った。電荷状態の乱れに起因する電荷状態のガラス化や遅いダイナミクスに関する調査については、ある程度の理解が深まってきた。そこで、概要で触れたように本研究課題の最終到達点であるa''-(BEDT-TTF)2RbCo(SCN)4の電荷ースピン、π-d電子間相互作用を明らかにし、新規物性の探索を行うために、まずこの物質が引き起こす100Kでの金属ー絶縁体転移を明確に理解する必要があった。これまでの実験によりいくつかの状況証拠は観測できたが、乱れや複雑な光学(赤外、ラマン)スペクトル等のために、転移後の状態に関するより直接的な観測結果を得ることは困難であった。そこで、非常に薄い平板形状の試料ではあるが、側面の赤外反射スペクトルの観測を試みたところ有意な結果を得ることに成功した。金属ー絶縁体転移点においてBEDT-TTF分子の電荷量に敏感なフォノンピークの分裂を観測した。このことは絶縁体相が電荷秩序絶縁体であることを強く示唆し、さらに電荷状態は2つ以上あるように見える。これらの解析を進めることで、低温相での理解が飛躍的に進められる。本研究は強相関有機分子性導体α''-(BEDT-TTF)2RbCo(SCN)4(以下、α''-RbCoとする)で観測された特徴的な磁気誘電応答の理解、電子相関における乱れの影響、電荷とスピン間の相互作用、d電子スピンとπ電子との相互作用、それらによる新しい物性現象の探索、解明を目指している。この物質はRbイオンの組成ずれのためにBEDT-TTF分子バンドの電子フィリングが変化し0.1/BEDT-TTFの電子ドーピングが起こると予想されるため、従来から研究が進んでいるθ相の電荷秩序とは異なる相転移を起こしている可能性もあった。そこで、まず、θ-(BEDT-TTF)2MM'(SCN)4の電荷秩序および電荷ガラス状態に関して研究を進めた。また同時に、α''-
準一次元超伝導量子細線型電子波デバイスのサブミリ波分光特性の研究

超伝導体-準一次元細線-超伝導体接合は、細線(超伝導ギャップによる量子井戸を形成)内で電子/ホールが位相共役反射する一種のファブリー・ペロ-共振器となる興味深いデバイスである。そのサイズが電子の平均自由行程(Nb(bulk)≦15nm)よりも小さな細線内の位相共役波と外部電磁波との相互作用は、現在理論検討されているが実験はまだ殆どなされていない。10nm程度のサイズの金属細線は先端の電子ビーム露光法でも作成困難な現状から、本研究では絶縁特性をもつ超伝導体/絶縁体/超伝導体構造内での4.2K電界蒸発法を用いて金属細線を作成している。これは走査電子顕微鏡(STM)マニュピレーション技術の薄膜版と言える。デバイスの準粒子電流特性はBogoliubov方程式に基づく理論解析結果と良く一致し、またそのノイズ特性にいても明らかにできた。その他、本研究で見いだした興味ある物理は、1つは理論的には予想されている状態密度の離散化である。これは電流-電圧特性の一次微分特性(T=0では状態密度に相当する)における超伝導ギャップ電圧(3mV:周波数1.5THzに相当)以上で明確な周期的微分コンダクタンスピークとして現れる。このピークのエネルギー間隔は細線径を10nm程度としたきの状態密度の離散化に相当する計算値に一致しており、超伝導金属細線構造で実験的に初めて示したものである。電磁波特性については、rf-電流とconstrictionを流れるAndreev電流との相互作用に起因すると考えられるこれまで報告例の無い新しい電磁波誘起ステップを見いだしている。このステップは従来のトンネル型素子、弱結合部のサイズの大きなブリッジ型素子、或いはトンネル電流とメタリック電流の混在した点接触型素子で見られていた現象,即ちShapiroステップやサブギャップ電圧周りでのフォトン誘起ステップ(Photon assisted steps)等とは全く異なる特徴を有しており、Shapiroステップ等より強い非線形性をもつことからサブミリ波帯デパイス応用上有用である。申請のテーマについて行った平成8年度の主な研究成果について以下列記する:(1)超伝導ギャップエネルギーが作る量子井戸内で電子/ホールが多重位相共役反射(Andreev反射)する、いわゆる固体内ファブリー・ペロ-共振の実証実験として、この共鳴による量子細線部の状態密度の束縛状態が作る微分コンダクタンスピークについて調べた結果、多重アンドリュー反射の理論予想に近いピーク構造を見いだした。しかし、定量的一致はまだ充分ではなく、理論的にも実験的にも検討すべき点があることが明らかになった。(2)デバイス応用上重要なノイズ特性について詳細に調べた結果、現在実用化されている超伝導体/絶縁体/超伝導体(SIS)トンネル接合と同程度の極めて低いノイズレベルを示すことを初めて明らかにできた。(3)郵政省通信総合研究所・関西支所にてミリ波(100GHz)照射実験を行った。前述したように多重Andreev反射による共鳴微分コンダクタンスピークは見いだしたが、この微分負性コンダクタンスを利用したヘテロダイン検波特性については次年度の課題として残された。主な成果は、本年3月6,7日に郵政省で行われた超伝導電子波デバイスに関する物理と応用の国際シンポジウムで報告した。

そのサイズが電子の平均自由行程(Nb(bulk)≦15nm)よりも小さな細線内の位相共役波と外部電磁波との相互作用は、現在理論討論されているが実際はまだ殆どなされていない。10nm程度のサイズの金属細線は先端の電子ビーム露光法でも作成困難な現状から、本研究では絶縁特性をもつ超伝導体/絶縁体/超伝導体構造内での4.2K電界蒸発法を用いて金属細線を作成している。これは走査電子顕微鏡(STM)マニュピレーション技術の薄膜板と言える。デバイスの準粒子電流特性はBogoliubov方程式に基づく理論解析結果と良く一致し、またそのノイズ特性についても明らかにできた。その他、本研究で見いだした興味ある物理は、1つは理論的には予想されている状態密度の離散化である。これは電流-電圧特性の一次微分特性(T=0では状態密度に相当する)における超伝導ギャップ電圧(3mV :周波数1.5THzに相当)以上で明確な周期的微分コンダクタンスピークとして現れる。このピークのエネルギー間隔は細線径を10nm程度としたときの状態密度の離散化に相当する計算値に一致しており、超伝導金属細線構造で実験的に初めて示したものである。電磁波特性については、rf-電流とconstrictionを流れるAndreev電流との相互作用に起因すると考えられるこれまで報告例の無い新しい電磁波誘起ステップを見いだしている。このステップは従来のトンネル型素子、弱結合部のサイズの大きなブリッジ型素子、或いはトンネル電流とメタリック電流の混在した点接触型素子で見られていた現象,即ちShapiroステップやサブギャップ電圧周りでフォトン誘起ステップ(Photon assisted steps)等とは全く異なる特徴を有しており、Shapiroステップ等より強い非線形をもつことからサブミリ波帯デバイス応用上有用である。