hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新しい公共型学校づくりのための学校・家庭・地域の有機的な連携協力体制のモデル開発

本研究では、アンケート調査やインタビュー調査により、学校運営協議会と学校支援地域本部が連携した運営体制により、学校支援活動が、学校主導ではなく地域住民が中心ですすめられていることを明らかにした。こうした「地域主導」の体制を取っている学校ほど、地域住民と教員が協働して企画・運営している活動=「協働活動」を実施している。また、「協働活動」を行っている学校の方が、行っていない学校に比べて、「地域住民の学習成果を生かす機会となっている」、「地域全体の教育力が向上した」といった、学校・家庭・地域の連携・協力によるネットワークによる学びの好循環が生じていることも明らかとなった。社会全体の教育力の向上を図るための制度や事業として現在、学校支援地域本部事業(地域本部)とコミュニティ・スクール(CS)の二つの取り組みが行われている。地域本部は、地域コーディネーターを中心に積極的な活動がなされているが、補助事業であるためその継続性や運営の安定性が危惧されている。一方、CSは地域本部に比べ強固な教育制度に基づく安定的な運営が可能となっているが、地域コーディネーターや実行組織(実働部隊)の人材不足が懸念されていたり、学校評価活動などのCSの他活動に支障をきたすといった問題指摘がなされている。そこで、地域本部とCSの双方に潜む問題を乗りこえるには,互いの弱みを補い,それぞれの強みをいかして両者を連携させて取り組んでいくのが有効な手立てと考えられる。地域本部事業にも取り組み,積極的に両者を結びつけて運営しているCSの事例を取り上げ,その運営タイプの特徴について分析をおこなってきた。昨年度は12校のCSにてヒアリング調査を行い運営タイプの分類を試みた。その際、校長やCS担当教員のリーダーシップのもとで学校が望むボランティア活動を地域住民に要請する傾向にあるのか,あるいは,地域コーディネーターや学校支援ボランティアが一定のイニシアティブをとっているのかという「学校主導」・「地域主導」という軸と、地域本部事業における「地域教育協議会」(名称は異なっていても同様の機能をもつ組織も含む)の有無に着目し,運営タイプを4分類した。本年度はそのヒアリング調査結果を踏まえ、文部科学省が公表している学校運営協議会制度導入校リストと、学校支援地域本部事業の指定を受けている学校リストを照合し、両方を実施している全国464校に対し、2013年8月2013年9月にかけ質問紙を配布し、調査を実施し、運営タイプに関する定量的な分析を行った。本年度は学校・家庭・地域の連携をすすめるための「学習する組織」づくり,とくにその核となる「連携推進母体」について考察を行ってきた。その際,「連携推進母体」は,単に学校と地域とをつなぐ組織だけでなく,学校と地域の双方向からの改善のサイクルを循環させる組織となることで,学校に関わる大人たちの「学習する組織」へとその組織を高められる可能性について明らかにすることができた。分析の手法としては主にヒアリング調査を行った。事例については「連携推進母体」を重視した学校支援活動を行っている学校を選び,訪問調査を実施した。現在,地域との連携について強固な制度的基盤や組織を持つ学校の形態として,学校運営協議会制度を採用したいわゆるコミュニティスクールがある。そこで訪問調査対象の選定については,強い「連携推進母体」を持つことが予想されるコミュニティスクールと,学校支援地域本部事業(もしくはそれに類似した取り組み)の双方を実施している学校に着目し,おこなった。ヒアリングは,主に校長・副校長,さらに地域コーディネーターやコミュニティスクール担当教員(主幹教諭)におこなった。分析の結果、学校に関わる大人たちの「学習する組織」となる具体的な方策の一つとして,校内研修を中心にした「教員の学び」と学校運営協議会をはじめとした「保護者や地域住民の学び」を連動させていくことの重要性が確認できた。コミュニティスクールは,学校そのものの改善を内側からだけではなく,地域との連携という外側からの改善も伴いながらすすめていくことを理念とする制度である。しかも,そこには学校を内と外の両側から改善することで,学校だけでなく地域(家庭)も良くしていくことが期待されている。その意味で「学校運営協議会」は,学校と地域の媒介,さらには触媒となって,双方の改善を促すのに有効な「連携推進母体」と位置づけることができるだろう。本研究により、以下5点が明らかになった。1学校運営協議会と学校支援地域本部が連携した運営体制は、とりわけ組織面で有効な運営体制といえることが明らかとなった。ただし、学校運営協議会と学校支援地域本部とを同時に導入した学校では、運営上の混乱が生まれ、連携の効果が発揮できにくい傾向がある)。2学校運営協議会と学校支援地域本部が連携した運営体制については、関係者の中では基本的にデメリットよりメリットの方が多く感じられている。ただし、「校長等の負担が増える」という管理職の負担感は強く、こうしたデメリットに配慮した運営体制を考えていく必要があることが明らかとなった。

3学校支援活動の内容を企画する際、教員と地域住民のどちらが中心となって審議をすすめるかを尋ねたところ、「学校教員が中心」という回答が合わせて7割を超えており、学校運営協議会と学校支援地域本部を連携させた体制を維持していく方途として、「学校主導」で運営する傾向が強いことが明らかとなった。この結果、「校長等の負担が増える」などのデメリットを生じさせ、かえって逆効果を生んでいることもわかった。4学校支援活動の内容を企画する際、「学校主導」ではなく「地域住民が中心」ですすめている「地域主導」の体制を取っている学校ほど、地域住民と教員が協働して企画・運営している活動=「協働活動」を実施していることが明らかとなった。5「協働活動」を行っている学校の方が、行っていない学校に比べて、「学校支援活動が、地域住民の成果を生かす機会となっている」、「地域全体の教育力が向上し、大人も子どもも含めた住民の学び合いが活発になった」といった学校支援活動において認識しづらい成果について、肯定的な成果をより実感しており、学校と地域の双方にとっても効果をもたらすことが明らかになった。生涯学習論研究計画当初に想定していた文部科学省のモデル事業のみに調査対象を絞ることなく、各都道府県教育委員会から推薦のあった実績のあるコミュニティ・スクールに非構造化インタビュー調査を実施し、その結果に基づく定性的な学校運営モデルの分析をすすめてきた。今年度はこれまでの成果を踏まえ、全国的な実態と充実のための改善案を検討するためのアンケート調査を実施することができており、さらなる運営モデルの精緻化を行うことができたため。全国にあるコミュニティスクールと学校支援地域本部事業(もしくはそれに類似した取り組み)の双方を実施している事例のうち、西日本の事例についてはおおよそ調査することができている。また、次年度以降、残りの東日本地域についても調査対象の学校選定、調査枠組みなどは完成しているため。予備調査的な12校のヒアリング調査と、それを踏まえた全国アンケート調査によって、CSと地域本部の連携による運営のタイプ化とその特徴については明らかになった部分も多い。しかし、学校、家庭、地域からの代表者たちによってどのように議論され、事業に関する意思決定が行われているかについては、アンケート調査だけでは理解することはできない。そこで、4つに分類した運営タイプごとにもう一度ヒアリング調査を実施し、情報収集を行う必要がある。なかでも、地域主導で地域教育協議会にとって運営されているタイプの特徴については、該当する17校すべてを回り、地域教育協議会内での「大人の学び」の実相について分析を試みる。本年度西日本を中心に行ったヒアリング調査を東日本地域に拡大し、実施する予定である。また、保護者や地域住民などの校外の人々と学校との連携活動や組織づくりをめぐる議論で必ずといってよいほど指摘されるのが,わが国の「参加民主主義への成熟度の問題」である。
大気質モデルによるPM2.5予測における支配的誤差要因の評価

大気質モデルによるPM2.5予測における支配的な誤差要因を抽出するために、大気質モデルCMAQとCAMxによる大気汚染物質濃度再現性の相互比較、日本国内の地域汚染と国外からの長距離輸送時のPM2.5再現性評価、オンライン結合版WRF-CMAQを用いた気象-大気質間の相互作用の影響評価、主要計算条件の変更に伴うPM2.5予測結果の変動評価を実施した。日本国内ではPM2.5濃度が過小評価となる場合が多かったことから、PM2.5予測精度を向上させるために、過小評価改善に寄与すると考えられる要因について更新を行ったところ、大気質モデルによるPM2.5濃度の過小評価は39%軽減された。新たに並列計算機を導入し,本研究の基盤となる計算環境およびデータベースの整備を行った。具体的には,最新版の大気質モデル(CMAQ,CAMx,WRF-Chem他)の導入,気象場・排出量・境界濃度等の大気質モデル入力データ作成システムの構築,大気質モデル出力ポスト処理システムの構築を行った。整備した計算環境を用いて,最新版のCMAQおよびCAMxによる2010年度の通年シミュレーションを実施した。その際,大気質モデル本体に着目するため主要入力条件(気象場,排出量,アジア域境界濃度)は統一した。モデル精度評価は,PM2.5およびその主要成分濃度に加え,前駆物質,オゾン等の関連物質含めて包括的に実施した。それにより,各物理・化学過程について,モデル間の共通点・差異を明確にした。またCMAQに関しては,越境汚染と国内汚染を切り分けてのPM2.5予測誤差評価,近年の国内人為起源排出量の変化の影響評価,植生起源排出量の影響評価,中国での高濃度PM2.5汚染の解析等,種々の関連解析を行った。大気質モデルCMAQによる2010年度シミュレーションを実施し,PM2.5の前駆物質濃度,質量濃度,主要成分濃度の再現性を評価した。PM2.5質量濃度については,やや過少評価となった。PM2.5主要成分については,硫酸塩,アンモニウム塩,元素状炭素は良好に再現され,硝酸塩は過大評価,有機成分は過小評価となった。また,ゼロエミッション法により,越境汚染による国内のPM2.5濃度への寄与を求めた。再現性が高かった硫酸塩濃度に対する越境汚染寄与を用いて,越境汚染日と地域汚染日の切り分けを行い,それぞれについてPM2.5濃度の再現性を評価した。その結果,地域汚染日では,越境汚染日に比べて,大気質モデルによるPM2.5濃度の過小評価が顕著であり,PM2.5濃度再現性向上のためには,国内における排出インベントリおよび二次生成過程の改善が重要であることが示唆された。また,WRF-CMAQオンライン結合モデルにより,東アジアにおけるエアロゾル直接効果がPM2.5シミュレーションに及ぼす影響について評価した。その結果,直接効果を考慮した場合,PM2.5が高濃度な中国では,地表面に到達する短波放射が減少することで,下層大気が安定化して鉛直拡散が抑制され,PM2.5の地上濃度が上昇することを示した。またその分,PM2.5が風下に輸送されにくくなり,長距離輸送の影響を受けやすい日本では,濃度が減少する場合もあることを示した。オフライン大気質モデルによるシミュレーションにおけるPM2.5再現性の詳細評価に加えて,オンライン気象・大気質モデルの導入と感度解析,発生源解析のためのタグ付きトレーサー法の導入とゼロエミッション法との比較などが進んでおり,おおむね順調である。最終年度は,(1) PM2.5予測結果に対する各種計算条件の感度解析,(2)エアロゾル直接効果がPM2.5予測に及ぼす影響の評価,(3)ウランバートルへの大気質モデルの適用,(4)PM2.5濃度再現性向上のための大気質モデル改良を実施した。(1)中国で高濃度PM2.5汚染が発生した2013年1月を対象とする,複数条件での気象/大気質モデルによるPM2.5シミュレーションの結果を比較した。地域汚染の影響が大きい北京では,大気境界層スキームの変更やエアロゾル直接効果の考慮により,高濃度時にはそれぞれ50%以上PM2.5濃度が変化した。一方,長距離輸送の影響が大きい大阪では,北京に比べると計算条件変更に伴うPM2.5予測結果の変化率は小さくなった。(2)中国・日本を対象に,オンライン結合版気象/大気質モデルによる通年シミュレーションを実施した。PM2.5の再現性は,中国大都市部では日本と同程度であった。エアロゾル直接効果を考慮した場合,PM2.5濃度が特に高い中国大都市部で,日照時間の再現性が明らかに改善され,モデルの妥当性が示された。また,中国大都市部では,直接効果による短波放射の減少に伴って下層大気が安定となり,よりPM2.5濃度が上昇した。(3)深刻な大気汚染が顕在化しているウランバートルを対象に大気質シミュレーションを実施した。日本・中国と比べて,ウランバートルの高濃度汚染の再現性は明らかに悪く,今後,アジア諸国において大気質モデルを活用するためには,排出インベントリの改良が不可欠であることを示した。(4)前年度までに,大気質モデルによる春季・秋季の黄砂や夏季の有機粒子生成の過小評価に伴うPM2.5過小評価が明らかとなっていた。そこで,土壌性ダスト飛散モデルの改良,植物起源二次有機粒子生成過程の追加を実施し,過小評価を改善した。

大気質モデルによるPM2.5予測における支配的な誤差要因を抽出するために、大気質モデルCMAQとCAMxによる大気汚染物質濃度再現性の相互比較、日本国内の地域汚染と国外からの長距離輸送時のPM2.5再現性評価、オンライン結合版WRF-CMAQを用いた気象-大気質間の相互作用の影響評価、主要計算条件の変更に伴うPM2.5予測結果の変動評価を実施した。日本国内ではPM2.5濃度が過小評価となる場合が多かったことから、PM2.5予測精度を向上させるために、過小評価改善に寄与すると考えられる要因について更新を行ったところ、大気質モデルによるPM2.5濃度の過小評価は39%軽減された。当初予定していたWRF-Chemによる通年計算およびその結果のCMAQ,CAMxとの比較についてはまだ実施できていない。しかし,CMAQを用いたPM2.5予測に関する各種解析は,当初の計画以上に進展している。したがって全体としては,おおむね順調に進展しているといえる。引き続き,オフライン大気質モデル,オンライン気象・大気質モデル間の比較,主要入力条件(気象場,排出量,アジア域境界濃度)および各物理・化学過程に関する感度解析を実施し,大気質モデルによるPM2.5予測に対する支配的誤差要因の抽出を行う。ケーススタディとして,それらの誤差要因が改善された場合を想定して大気質モデルの変更を行う,再計算結果についてPM2.5再現性の評価を行う。大気環境工学引き続き大気質モデル間比較を実施し,各物理・化学過程について共通点・差異を明確にする。また,大気質モデル主要入力条件(気象場,排出量,アジア域境界濃度)の不確実性による影響評価を実施する。加えて,大気質モデルのサブモデル感度解析,物理・化学過程別寄与解析を実施する。以上を通して,大気質モデル中の諸過程のうち,PM2.5予測への影響および不確実性が大きい過程を選定する。それらの過程について妥当性評価を行うことで,PM2.5予測における支配的な誤差要因の抽出し,PM2.5予測精度改善のための検討を行う。投稿論文の掲載費用として見込んでいたが,掲載が2016年度以降となったため。年度末に研究棟の移転作業があり,移転前に数値シミュレーションおよびその結果解析に用いる計算機の消耗品費を購入するよりも,移転後に購入した方が効率的であると考えたため。投稿論文の掲載費用数値シミュレーションおよびその結果解析に用いる計算機の消耗品費として使用する。
新伝統木造軸組対震工法の創成

1.「伝統工法」の『抵抗機構』は、地震外力をしなやかに受け入れ、各所に分散しながら吸収する粘り強い構造体を造ること、<(1)「土塗り壁」/(2)「通し貫工法」と「柱・梁の木組み接合部」/(3)「柱じか置基礎」>で段階的に抵抗する『多段階防衛型』であること、従って、「伝統工法」の『技術思想』は、「自然体型」で無理をせず、地震力が大きくなれば壊れる部分も予め造っておき、多数のダンパーを内蔵してエネルギーを消散し或いは遮断すること、を明らかにして、上記の技術思想と地震力への抵抗機構を現代技術によって補完しつつ実現することを『新伝統木造軸組対震工法』創成の基本方針とした。2.新工法の基礎をなす「構造材料」「接合工法」「立体架構法」「壁体工法」「基礎工法」の各々について、『対震工法』としての体系化を図りつつ、伝統的工法に基礎を置く具体的手法を創案した。3.木材高度加工研究所の構内に建設されている実大の住宅実験棟で、上記の考案手法を工法として取り入れて、各種の振動実験や静的水平交番加力実験、最終段階として大加力による破壊実験を実施し、その力学的合理性と構法的有用性とを検証した。4.合理性と有用性を検証しえた主な工法は、【基礎工法】:(1)RC造地中梁に埋設した自然礎石に直置きの土台基礎、【構造材料+壁体工法】:(2)通し貫+木小舞の土塗り壁+下見板張り壁体、(3)落とし厚板壁体、【接合工法】:(4)太径木ダボ接合、【立体架構法】:(5)多段横架材の柱縫い付け、(6)小壁(垂れ壁)・袖壁・腰壁の活用である。5.以上の成果を随所に採り入れた新伝統工法による実際の木造住宅を設計し、秋田市内に建設して昨年末に竣工、この設計と建設の過程で、これらの工法の実用性と有用性を確認・検証した。現在継続観察中である。1.「伝統工法」と「在来工法」に関して、『技術思想』及び『抵抗機構』の共通性と相違性を比較分析した。2.その結果、「伝統工法」は地震外力をしなやかに受け入れ、各所に分散しながら吸収する粘り強い構造体を造ること、(1)「土塗り壁」・(2)「通し貫工法」と「柱・梁の木組み接合部」・(3)「柱じが置基礎」で段階的に抵抗する『多段階防衛型』であること、この「自然体型」は無理をせず、地震力が大きくなれば壊れる部分も予め造っておき、多数のダンバーを内蔵してエネルギーを消散し或いは遮断すること、材料と構造と工法の絶妙な経験的・口伝的バランスの上に成立し、現段階では未だ一般化が難しいこと等を明らかにした。3.上記の技術思想と地震力への抵抗機構の現代技術による補完実現を『新伝統木造軸組対震工法』創成の基本方針とした。4.新工法の基礎をなす「構造材料」「接合工法」「立体架構法」「壁体工法」「基礎工法」の各々について、『対震工法』としての体系化を図りつつ、具体的手法として考案した。5.木材高度加工研究所の構内に、上記の考案手法を工法として取り入れた実大の住宅実験棟を建設し、各種の振動実験や静的加力実験を実施して、その力学的合理性と構法的有用性とを検証した。6.合理性と有用性を検証しえた主な工法は、(1)RC造地中梁に埋設した自然礎石に直置きの土台基礎、(2)通し貫+木小舞の土塗り壁+下見板梁壁体、(3)落とし厚板壁体、(4)太径木ダボ接合である。4.合理性と有用性を検証しえた主な工法は、【基礎工法】:(1)RC造地中梁に埋設した自然礎石に直置きの土台基礎、【構造材料+壁体工法】:(2)通し貫+木小舞の土塗り壁+下見板張り壁体、(3)落とし厚板壁体、【接合工法】:(4)太径木ダボ接合、【立体架構法】:(5)多段横架材の柱縫い付け、

(6)小壁(垂れ壁)・袖壁・腰壁の活用である。5.以上の成果を随所に採り入れた新伝統工法による実際の木造住宅を設計し、秋田市内に建設して昨年末に竣工、この設計と建設の過程で、これらの工法の実用性と有用性を確認・検証した。現在継続観察中である。
適応型時間－周波数解析を用いた重力波探査法の研究

材料損傷検出や生体モニタリングの分野において用いられている適応型の時間-周波数解析の一つであるHilbert-Huang変換(HHT)を重力波データ解析に適用するための基本的なソフトウェアの開発・整備をおこなった。特に、中性子星連星合体からの重力波信号の波形とシミュレーションノイズを用いて、状態方程式の理論モデルについて制限を与える手法の検討、および、KAGRAの試験観測データを用いて開発した一連のデータ解析工程の設計からコード開発、統計処理方法などがうまく機能するかの検証をおこなった。これにより、HHT解析が重力波解析に有効であることを示唆し、さらなる研究継続の必要性を示した。平成26年度は、基本的なプログラムやライブラリーのソフトウェアとハードウェアの整備を行い、プログラムの改良と高速化、および、基本的な信号とノイズを用いた重力波検出効率の評価をおこなった。今までは、研究代表者が作成した簡易的なテスト計算プログラムを用いていたが、アラートシステムとして観測装置への実装すると言う面では、メモリー配置、計算の効率性などの観点から、いくつか問題点があることがわかっていた。より効率よく計算を実行していくために、プログラムの全面的な改良をおこなった。また、典型的な重力波信号をガウスノイズ、KAGRA観測装置のシミュレーションノイズデータに注入して、HHT解析を実行し、どの程度重力波信号を取り出せるか、また、HHT解析のパラメータを変えることによりその傾向がどのように変化するかを中心に系統的に調べた。抽出される重力波信号の瞬時振幅や瞬時周波数に対する誤差解析もおこなった。平成27年度は,引き続き時間-周波数解析の一つであるHilbert-Huang変換(HHT)を重力波データ解析に適用することを検討し,HHTを用いたデータ解析工程の設計からコード開発,統計処理方法の研究を中心的に行なった.EMDでは,ノイズはほぼ等しくIMFに分解され,一方でバースト的な信号は1つのまたは2つの特定のIMFに局在する.この性質を用いてHilbert-Huang変換を用いたバースト重力波イベントトリガーの構築およびその評価を行った.ほぼ全てのバースト重力波波形に対して低い誤検出率で高い検出効率を実現した.平成26年度の成果を受け,平成27年度には,HHTを用いたバースト重力波イベントトリガーのアルゴリズムを開発し,その最適化プロセスの立案・検証,及び,信号雑音比,計算時間,時間分解能および周波数分解能の改善量を評価するなど,当初の予定通り進んでいる.国内外の学会・研究会や国際会議でも,その進展状況を報告している.また,平成27年度の成果も,現在,論文としてまとめている最中である.さらに,国内外の研究協力者との打ち合わせや意見交換も,対面やTV会議システムを利用し頻繁に行い研究は順調に進んでいる.以上を総合的に考慮し,本研究はおおむね順調に進展していると判断する.平成28年度は、引き続き適応型の時間-周波数解析の一つであるHilbert-Huang変換(HHT)を重力波データ解析に適用し、新しいデータ解析工程の設計からコード開発、統計処理方法の研究をおこなった。2016年4月に日本の重力波望遠鏡であるKAGRAから取得した試験観測データに重力波信号を注入したデータに対してHHT解析を適用し評価した。対象とする重力波信号には、バースト重力波のモデルとして用いられるサインガウシアン信号と数値シミュレーションから得られた超新星爆発信号の一例を使用した。試験観測では、重力波望遠鏡の両端に設置されている鏡を揺らしてこれらの重力波信号を注入するハードウェアインジェクションテストを実施し、このハードウェアインジェクションテストによって得られたデータを解析に使用した。また、試験観測の実時系列(ノイズ)データにこれらの重力波信号を注入したソフトウェアインジェクションデータも用意し解析に使用した。信号を注入したそれぞれのデータにおいてHHT解析結果である時間-周波数マップより、重力波信号の特徴を確認し、HHT解析が実際の重力波望遠鏡データにも有効である可能性を示唆した。今までに得た研究成果や平成28年度の研究を統括し、国際会議や国内会議で発表をし、投稿論文にまとめた。Hilbert-Huang変換(HHT)を用いた解析をする際の基本的なプログラムやライブラリーなどのソフトウェアの整備やアルゴリズムの改良など、当初の予定通り進んでいる。典型的な重力波信号をガウスノイズ、KAGRA観測装置のシミュレーションノイズデータに注入して、HHT解析を実行し、どの程度重力波信号を取り出せるかなどの評価も進め、その結果をまとめ、論文として投稿し、順調に成果を出しつつある。また、国内外の学会・研究会や国際会議でもその進展状況を報告している。さらに、国外の研究協力者との研究打ち合わせについては、電子メールやテレビ会議システムを利用した打ち合わせの回数を増やし、今のところ研究遂行は順調である。以上を総合的に考慮し、研究目的を達成するための本研究はおおむね順調に進展していると判断する。

平成26年度,および,平成27年度の成果を受けて,複数の重力波検出器のデータを連係させて検出効率と解析精度の向上を行うためのHHT解析手法の開発を行う.また、マッチドフィルタ解析との連携も検討し,重力波の性質を詳しく調べるという総合的な検出・解析手法を確立を目指す.本年度は本研究の最終年度に当たる.研究結果を総括して,Web等を通じて社会,国民を含めて広く公表する.また,今までに得られた結果,問題点,その解決策については,毎年行われる国際会議「重力波データ解析会議」などにて発表をする.数物系科学前年度(平成26年度)の成果を受けて、以下の点を中心に研究を進める。HHTを用いた重力波検出のアルゴリズムを、平成27年度運転予定のiKAGRAが取得したデータに適用する。具体的な観測装置が出力するデータに対して、その最適化プロセスの立案・検証、及び、信号雑音比、計算時間、時間分解能、および、周波数分解能などの改善量を評価する。また、複数の重力波検出器のデータを連係させて検出効率と解析精度の向上を行うためのHHT解析手法の開発も行う。その後、マッチドフィルタ解析との連携も考える。HHT解析により重力波信号が含まれる可能性が高いことが明らかになったデータに対して、パラメータ領域を限定してマッチドフィルタ解析を実行し、さらに抽出された重力波信号に再度HHT解析を行い、重力波の性質を詳しく調べるという総合的な検出・解析手法を確立する。さらの、他の時間-周波数解析との結果の比較・評価なども始め、HHT解析の有効性を示していく。現有計算機(解析システム)を増強するかたちディスクアレイ(RAID HDDシステム)を導入したが,HDDの価格高騰に伴い,次年度にも増強できるようなかたちで,予算内で収まるように増強をし,その端数が次年度使用額として残った.開発した独自のプログラムのクロスチェックやNASAグループが得ている結果との比較や議論のため、平成26年度中に研究代表者がNASAグループに出向く予定であったが、研究協力者との日程調整が難航したため、改めてNASAへ訪問することとした。前年度に,ディスクアレイ(RAID HDDシステム)を増強できるようなかたちで導入しているため,増強する予定である.研究協力者と日程調整をし、NASAに出向き、平成26年度に実行できなかったNASAグループの対面での議論・打ち合わせを実行する予定であり、その旅費として使用する予定である。一般相対性理論100周年を記念した市民講演会を実施した際のwebである.本研究課題の成果も,研究代表者が行った講演内容に含んでいる.
滑膜線維芽細胞特異的オートファジーの制御を介した関節リウマチの新規治療法開発

TNF-αなどの炎症性サイトカインは関節リウマチの病態に深くかかわるため、炎症性サイトカインによる刺激がオートファジーレセプター(p62、NBR1、OPTN、NDP52、TAX1BP1、TOLLIP)の発現に影響を与えるかどうか検討した。滑膜線維芽細胞をTNFα、IL-1βまたはIFN-γで刺激したところ、オートファジーレセプターのうち、p62、OPTN、TAX1BP1の発現上昇がmRNA、タンパク質レベル双方で認められた。これら3つのオートファジーレセプターのうち、OPTN(オプチニューリン)はNF-κBの調節因子であることが報告されていることから、その後の実験においては滑膜線維芽細胞におけるOPTNの機能に着目した。siRNAを用いて滑膜線維芽細胞においてOPTNをノックダウンしたところ、TNF-αによって誘導される細胞表面のRANKLの発現亢進がフローサイトメトリー法により確認された。OPTNのノックダウンによるRANKLの発現上昇はmRNAレベルでも確認された。また、OPTNをノックダウンした滑膜線維芽細胞ではTNF-αによって誘導されるIκBαの分解、NF-κBの核内移行が亢進していた。以上の結果により、滑膜線維芽細胞におけるOPTN、RANKL、NF-κBの関連が示唆された。滑膜線維芽細胞の発現するRANKLは、関節局所における破骨細胞の分化促進を介し、RAの関節破壊に重要な役割を果たすことが報告されている。オートファジーレセプターの発現調整が滑膜線維芽細胞特異的にRANKLの発現を調整し得るかどうか今後さらに検討を進める。当初の研究計画のおよそ50%が2018年度に終了した。研究はおおむね順調に進展しており、2019年度も当初の計画通り進める。
インターフェロンβ遺伝子と樹状細胞を用いた悪性脳腫瘍に対する免疫遺伝子治療の研究

樹状細胞と、同系マウスの脾臓より採取・分離されたT細胞とを同系マウスグリオーマ細胞株203G細胞と24穴プレート上で共培養するシステムを確立し、In vitroでの抗腫瘍免疫の誘導を観察した。インターフェロンβ遺伝子は、正電荷リポソームによりあらかじめグリオーマ細胞遺伝子導入されることにより、樹状細胞とT細胞の存在下で効果的に細胞性免疫を誘導することがインターフェロンγおよびIL-12に対するELISA assayおよびクロム放出法による細胞傷害性試験の結果証明することができた。203G細胞を用いた皮下腫瘍モデルを作成した後、インターフェロンβ遺伝子等で腫瘍を治療した後に骨髄から誘導された樹状細胞を腫瘍内へ移植することにより有意な腫瘍増殖抑制効果を認めた。続いてC57BL6マウス由来のGL261マウスグリオーマ細胞株を用いた脳腫瘍モデルを作成した。脳腫瘍に正電荷リポソームを用いてインターフェロンβ遺伝子を導入し、マウス骨髄から、未熟樹状細胞を誘導し、GL261細胞を破砕したライセートを抗原としてパルスした後マウスの頚部皮膚に接種した併用治療の結果、他のコントロール治療群と比較して統計学的に有意な生存の延長を認め、腫瘍体積も著明な腫瘍の増殖抑制効果を示した。免疫組織染色の結果は、併用治療群ではCD8+のリンパ球が他の治療群と比べ著明に浸潤していることが確認された。この研究から樹状細胞ワクチンの併用によりインターフェロンβ遺伝子を用いた免疫遺伝子治療はより強力な治療法になると考えられた。またインターフェロンβ遺伝子を導入されたグリオーマ細胞は、IP-10などのケモカインの発現を誘導し、腫瘍局所へのTリンパ球の誘導に一役を担っているものと考えられた。第1にC57BL6マウス大腿骨および脛骨から採取した骨髄細胞を用いた樹状細胞の誘導法を確立した。顆粒球単球コロニー刺激因子(GMCSF)とインターロイキン4(IL-4)の存在下に骨髄細胞を約1週間培養し、フローサイトメトリーによる細胞表面抗原の解析の結果、本法により効果的に樹状細胞が誘導されることが証明された。次に、このようにして誘導された樹状細胞と、同系マウスの脾臓より採取・分離されたT細胞とを同系マウスグリオーマ細胞株203G細胞と24穴プレート上で共培養するシステムを確立し、In vitroでの抗腫瘍免疫の誘導を観察した。引き続き実施された動物実験においては、203G細胞を用いた皮下腫瘍モデルを作成した後、インターフェロンβ遺伝子等で腫瘍を治療した後に骨髄から誘導された樹状細胞を腫瘍内へ移植するというプロトコール下に、経時的に腫瘍体積を測定することによって抗腫瘍効果を観察した。その結果、正電荷リポソームによりインターフェロンβ遣伝子と樹状細胞を腫瘍内投与した群で有意な腫瘍増殖抑制効果を認めた。これらの結果は、インターフェロンβ遺伝子治療と樹状細胞およびリンパ球等を用いた免疫細胞療法の併用療法が、悪性グリオーマに対する効果的な治療法になる可能性を示唆しており、今後脳腫瘍モデルに対するこの併用療法の治療効果の検討へと研究を展開してゆく予定である。C57BL6マウス由来のGL261マウスグリオーマ細胞株を、定位脳的にマウス右大脳半球へ移植する技術を確立し脳腫瘍モデルを作成した。昨年度の研究で確立したマウス骨髄からの樹状細胞の誘導法に基づき、未熟樹状細胞を誘導し、これにGL261細胞を破砕したライセートを抗原としてパルスした後マウスの頚部皮膚に接種する樹状細胞ワクチン法を確立した。今回の研究では樹状細胞ワクチンと正電荷リポソーム包埋インターフェロンβ遺伝子治療との併用による抗腫瘍効果を確認するため、脳腫瘍モデルを、1)コントロール未治療群、2)インターフェロンβ遺伝子治療のみ、3)樹状細胞ワクチンのみ、4)樹状細胞ワクチン+インターフェロンβ遺伝子治療併用療法の4群に分類した。正電荷リポソーム包埋インターフェロンβ遺伝子は定位脳的に脳腫瘍内に投与された。治療効果判定としては生存期間、治療後の腫瘍体積を解析し、また抗腫瘍免疫の誘導を確認するために腫瘍内に浸潤したリンパ球の免疫組織染色を実施した。その結果併用治療群は他の3群と比較し統計学的に有意な生存の延長を認め、腫瘍体積も著明な腫瘍の増殖抑制効果を示した。今後はこれらの併用療法による強力な抗腫瘍免疫の誘導効果について、腫瘍内にインターフェロンβ遺伝子を導入することによるサイトカインやケモカインなどの微小環境の変化や免疫学的特権部位と呼ばれる中枢神経系へのリンパ球のtrafficking等、抗腫瘍メカニズムについて検討してゆく予定である。樹状細胞と、同系マウスの脾臓より採取・分離されたT細胞とを同系マウスグリオーマ細胞株203G細胞と24穴

プレート上で共培養するシステムを確立し、In vitroでの抗腫瘍免疫の誘導を観察した。インターフェロンβ遺伝子は、正電荷リポソームによりあらかじめグリオーマ細胞遺伝子導入されることにより、樹状細胞とT細胞の存在下で効果的に細胞性免疫を誘導することがインターフェロンγおよびIL-12に対するELISA assayおよびクロム放出法による細胞傷害性試験の結果証明することができた。203G細胞を用いた皮下腫瘍モデルを作成した後、インターフェロンβ遺伝子等で腫瘍を治療した後に骨髄から誘導された樹状細胞を腫瘍内へ移植することにより有意な腫瘍増殖抑制効果を認めた。続いてC57BL6マウス由来のGL261マウスグリオーマ細胞株を用いた脳腫瘍モデルを作成した。脳腫瘍に正電荷リポソームを用いてインターフェロンβ遺伝子を導入し、マウス骨髄から、未熟樹状細胞を誘導し、GL261細胞を破砕したライセートを抗原としてパルスした後マウスの頚部皮膚に接種した併用治療の結果、他のコントロール治療群と比較して統計学的に有意な生存の延長を認め、腫瘍体積も著明な腫瘍の増殖抑制効果を示した。免疫組織染色の結果は、併用治療群ではCD8+のリンパ球が他の治療群と比べ著明に浸潤していることが確認された。この研究から樹状細胞ワクチンの併用によりインターフェロンβ遺伝子を用いた免疫遺伝子治療はより強力な治療法になると考えられた。またインターフェロンβ遺伝子を導入されたグリオーマ細胞は、IP-10などのケモカインの発現を誘導し、腫瘍局所へのTリンパ球の誘導に一役を担っているものと考えられた。
微細加工を利用した新規発光性有機トランジスター(OLEFET)の実現

本研究では,有機ELと有機FETが一体化したデバイスである有機発光性トランジスター(OLFET)の構築について検討を行った。特に,100%のPL量子収率を有するRubrene:TPPy共蒸着膜を用いたOLEFET素子では,L_<SD>=1mm,V_g=0Vで最も高いEL量子効率(η_<ext>):0.5%が観測され,更に低仕事関数金属をS-D電極に用いた場合,η_<ext>1%に達する量子効率を達成した。そして,OLEFET素子のEL作動特性の解析から,V_s,V_d,V_gの各電位関係がキャリアバランス因子に大きな影響を及ぼすことが分かった。さらに,OLEFET素子の詳細なEL発光メカニズムを解明するために,TPPy活性層内部にRubreneドープ層を極薄膜(d=10nm)の厚みで挿入し,OLEFET素子のJ-V-L特性及びELスペクトル解析を行い,EL発光サイト及びキャリア再結合サイトの解析を行った。その結果,ゲート電圧に依存せず,ドーピングサイトが電極高さ以下に位置する場合,RubreneからのEL発光が強く観測され,キャリア注入,再結合,EL発光領域がSource-Drain電極の高さ以内(40nm)に制限されていることが明かとなった。局所ドーピング法は有機トランジスターのキャリア伝導サイトの広がりを見積もる手法として極めて有用であることがわかった。また,新規デバイス構造として,微細な縦型電極構造のデバイスについても検討を進め,電流変調,EL変調を確認できた。
鳥類の羽ばたき動作を模した飛行ロボットの実現とその自律飛行制御手法の開発

羽ばたき飛行ロボットの自律飛行制御を目指し,羽ばたき飛行ロボットのシミュレーションモデルの構築,飛行ロボットの設計・製作を行い,飛行実験により短時間の飛行に成功した.また羽ばたき方法の改善も試み,飛行性能の向上を確認した.羽ばたき飛行ロボットのような複数のセンサを持つシステムに対して,センサのデータ更新周期が不均一な場合にも対応でき,計測誤差に対しても頑強な制御手法の開発を試み,その制御器の設計条件を導出した.羽ばたき飛行ロボットの自律飛行制御を目指し,羽ばたき飛行ロボットのシミュレーションモデルの構築,飛行ロボットの設計・製作を行い,飛行実験により短時間の飛行に成功した.また羽ばたき方法の改善も試み,飛行性能の向上を確認した.羽ばたき飛行ロボットのような複数のセンサを持つシステムに対して,センサのデータ更新周期が不均一な場合にも対応でき,計測誤差に対しても頑強な制御手法の開発を試み,その制御器の設計条件を導出した.羽ばたき飛行ロボットの自律飛行制御を目指し,本年度は以下の2点について研究を行った.1.羽ばたき飛行ロボットのシミュレーションモデルの構築および最適な飛行ロボットの設計羽ばたき動作によって発生する上昇力・推力を算出するモデル,羽ばたき動作を実現するための動力を算出するモデル,機体重量を算出するモデルを作成し,羽ばたき飛行ロボットのシミュレーションモデルを構築した.2.複数のセンサを持つ動的システムに対して,不均一なサンプリング周期に対応でき,誤差に対する強いロバスト性を持つ制御手法の開発複数のセンサの不均一なサンプリング周期に対応するための状態の推定手法の開発,計測誤差に対してロバスト性を有するロバスト制御器の開発を試みた.今後は,簡易な羽ばたきロボットを製作し,シミュレーションモデルとの比較を行い,シミュレーションモデルの性能を検証し,最適な機体パラメータを持つ羽ばたき飛行ロボットを設計する.また,開発した状態推定手法とロバスト制御手法の有効性と計算負荷の軽減度合を検証する.羽ばたき飛行ロボットの自律飛行制御を目指し,本年度は以下の2点について研究を行った.・最適な機体パラメータを持つ羽ばたき飛行ロボットの設計・製作開発した羽ばたき飛行ロボットのシミュレーションモデルを用いて,推力と積載可能重量が大きくなる機体を設計した.また,GPSセンサや制御回路,バッテリ,通信装置を搭載した羽ばたき飛行ロボットを製作し,飛行実験を行った.短時間の飛行には成功したが改善が必要である.今後は飛行データを検証し,シミュレーションモデルの改善,再設計,飛行実験を行う.・センサのサンプリング周期が不均一な場合の状態推定・ロバスト制御手法の有効性の検証開発した状態推定手法とロバスト制御手法の有効性を検証するために,センサのサンプリング周期の異なりを想定した2リンクアームモデルに対して開発した制御手法を適用し,有効に働くことを確認した.しかし,計算負荷の軽減をはかるための制御器設計では,設計条件を満たす制御器を設計できなかったので,今後は設計条件の緩和に取り組み,計算負荷の軽減された制御器を設計する.その後,開発した状態推定・ロバスト制御器を搭載し,安定して飛行可能な自律制御型の羽ばたき飛行ロボットを開発する.また,滑空飛行や地上からの飛び立ちの実現を目指す.羽ばたき飛行ロボットの自律飛行制御を目指し,本年度は以下の2点について研究を行った.・羽ばたき飛行ロボットのシミュレーションモデルの改善,および,それに基づく飛行ロボットの再設計前年度までに開発した羽ばたき飛行ロボットのシミュレーションモデルについて,試作機による飛行データを基にシミュレーションモデルの改善を行い,それに基づき機体を再設計した.さらに羽ばたき方法の改善も試み,昨年度までの試作機と比較して飛行性能の向上を確認した.滑空飛行については,羽ばたき動作を停止させ,翼を一定の角度に保った状態からの投げ出し実験によって,ある程度の滑空飛行が可能であることを確認した.助走からの飛び立ちの実現では,車輪を取り付け走行させることによって多少の上昇力を得ることができることは確認したが,上昇力が十分に得られず,飛行につなげることはできなかった.飛び立ちを考慮した機体の設計が必要であることを確認した.・複数のセンサを持つ動的システムに対する,サンプリング周期が不均一な場合の状態推定・ロバスト制御手法の設計条件の緩和前年度までに開発した状態推定手法とロバスト制御手法について,羽ばたき飛行ロボットに搭載するマイコンで実行可能にするために計算負荷の軽減が必要である.本年度は計算負荷の軽減を実現する設計条件の緩和に取り組み,前年度に比べて設計条件の緩和に成功した.しかし,飛行ロボットに搭載可能なマイコンで実行可能なレベルまで緩和ができておらず,さらなる条件の緩和が必要であることを確認した.本研究では,シミュレーションモデルの構築によって開発の効率を上げることを目指している.正確なシミュレーションモデルを作るために,いくつか試作機を作り,シミュレーションモデルのパラメータを調整する必要がある.この試作機の製作に時間がかかるため,制度の良いシミュレーションモデルの構築と安定して飛行可能な飛行ロボットの製作には至っていない.そのため,(3)やや遅れていると評価する.24年度が最終年度であるため、記入しない。試作機の飛行データを検証し,シミュレーションモデルの改善,再設計,飛行実験を行う.また,状態推定・ロバスト制御手法については,設計条件の緩和に取り組み,計算負荷の軽減された制御器を設計する.それらを統合して,安定して飛行可能な自律制御型の羽ばたき飛行ロボットを開発する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
おが屑をマトリックスとした非水洗型トイレットの反応工学的解析

Ecological Sanitationの考えにより,現在の下水道システムとは異なる発想の技術(排水分離・分散型の処理システム)の必要性が世界的に強調され始めている.本研究はこの排水分離・分散型処理システムの中核となる非水洗型コンポスト型トイレについて糞尿中有機物分解過程のモデル化を行うことを目的としている.平成15年度は分解過程のモデルの作成と糞尿中有機物の特徴付けと反応モデルのパラメータ決定のための糞尿分解実験を反応温度・おが屑含水率との関連で実施した.得られた結果を以下に要約する.1.有機物分解モデルの構築糞尿中有機物の好気的分解過程を次のようにモデル化した:(1)有機物の加水分解,(2)加水分解後の有機物を用いた微生物の増殖,(3)微生物の自己分解.これらの反応速度をモノー型の速度式で表現した.し尿中有機物を加水分解速度の速い有機物,加水分解速度の遅い有機物,難分解有機物に分類した.実験結果との照合により,温度依存性も含め各パラメータの値を定めた.モデルによるシミュレーション結果は回分試験結果,し尿の連続投入におけるし尿の分解を適切に表現できることを確認した.2.糞尿分解実験おが屑と便を混合したのち,所定の温度・含水率状態に保って便の好気的分解過程を給・排気中酸素濃度,二酸化炭素濃度の連続測定,おが屑混合物のCOD測定により計測した.その結果以下のことが明らかとなった:(1)中温度域(40°C以下)では,有機物の加水分解速度の異なる二つの成分を考える必要があること.(2)一方,高温度域(40°C以上)では有機物の加水分解速度に差をつける必要がないこと.(3)今回開発したモデルは便中の有機物分解過程を十分な精度で再現でき,反応モデル中の反応速度係数の温度依存性はアレニウス式により整理できること.(4)想定される温度域(約50°C)では,おが屑マトリックス中における便の分解は約24時間以内に終了する.(5)最適な運転条件は温度55°C,含水率60%程度とするとよいこと.Ecological Sanitationの考えにより,現在の下水道システムとは異なる発想の技術(排水分離・分散型の処理システム)の必要性が世界的に強調され始めている.本研究はこの排水分離・分散型処理システムの中核となる非水洗型コンポスト型トイレについて糞尿中有機物分解過程のモデル化を行うことを目的としている.平成14年度は分解過程のモデルの作成と糞尿中有機物の特徴付けと反応モデルのパラメータ決定のための糞尿分解実験を反応温度との関連で実施した.得られた結果を以下に要約する.1.有機物分解モデルの構築糞尿中有機物の好気的分解過程を次のようにモデル化した:(1)有機物の加水分解,(2)加水分解後の有機物を用いた微生物の増殖,(3)微生物の自己分解.これらの反応速度をモノー型の速度式で表現した.このモデルには易分解有機物,遅い速度で分解する有機物.難生物分解有機物,他栄養細菌,反応槽内酸素濃度の5変数を含み,5元連立の微分方程式系として定式化されている.2.糞尿分解実験おが屑と便を混合したのち,所定の温度状態に保って便の好気的分解過程を給・排気中酸素濃度,二酸化炭素濃度の連続測定,おが屑混合物のCOD測定により計測した.その結果:(1)糞尿中有機物について測定を行い,1kgの便の平均的な組成として次の値を得た:水分81%,無機物:3%,生物分解可能な有機物:13%,生物分解できない有機物:3%.(2)今回開発したモデルは便中の有機物分解過程を十分な精度で再現でき,反応モデル中の反応速度係数の温度依存性はアレニウス式により整理できること.(3)想定される温度域(約50°C)では,おが屑マトリックス中における便の分解は約24時間以内に終了する.Ecological Sanitationの考えにより,現在の下水道システムとは異なる発想の技術(排水分離・分散型の処理システム)の必要性が世界的に強調され始めている.本研究はこの排水分離・分散型処理システムの中核となる非水洗型コンポスト型トイレについて糞尿中有機物分解過程のモデル化を行うことを目的としている.平成15年度は分解過程のモデルの作成と糞尿中有機物の特徴付けと反応モデルのパラメータ決定のための糞尿分解実験を反応温度・おが屑含水率との関連で実施した.得られた結果を以下に要約する.1.有機物分解モデルの構築糞尿中有機物の好気的分解過程を次のようにモデル化した:(1)有機物の加水分解,(2)加水分解後の有機物を用いた微生物の増殖,(3)微生物の自己分解.これらの反応速度をモノー型の速度式で表現した.し尿中有機物を加水分解速度の速い有機物,加水分解速度の遅い有機物,難分解有機物に分類した.実験結果との照合により,温度依存性も含め各パラメータの値を定めた.モデルによるシミュレーション結果は回分試験結果,し尿の連続投入におけるし尿の分解を適切に表現できることを確認した.2.糞尿分解実験おが屑と便を混合したのち,所定の温度・含水率状態に保って便の好気的分解過程を給・排気中酸素濃度,二酸化炭素濃度の連続測定,おが屑混合物のCOD測定により計測した.その結果以下のことが明らかとなった:

(1)中温度域(40°C以下)では,有機物の加水分解速度の異なる二つの成分を考える必要があること.(2)一方,高温度域(40°C以上)では有機物の加水分解速度に差をつける必要がないこと.(3)今回開発したモデルは便中の有機物分解過程を十分な精度で再現でき,反応モデル中の反応速度係数の温度依存性はアレニウス式により整理できること.(4)想定される温度域(約50°C)では,おが屑マトリックス中における便の分解は約24時間以内に終了する.(5)最適な運転条件は温度55°C,含水率60%程度とするとよいこと.
中赤外から軟Ｘ線にわたる極短パルス光源の開発と、固体のサブサイクル分光への展開

本研究の目的は,申請者がこれまでに取り組んできた高強度レーザーシステムの開発を推し進め,アト秒の軟X線パルスおよび位相安定な高強度中赤外パルスを発生できるレーザーシステムを開発し,未踏の光電場強度および未踏の時間領域における光・物質相互作用現象の探索的研究を行うことである.初年度である平成28年度では,まず位相安定な高強度中赤外パルス光の発生を目指した.中赤外パルス光の発生手法として,分散媒質を用いた時間軸上の周波数構造制御,縮退光パラメトリック増幅器による超広帯域光増幅,パルス内差周波発生とを組み合わせた新手法を提案,実証した.本手法により,CEP安定な高強度中赤外パルス(中心波長8 μm,パルスエネルギー5 μJ,時間幅70 fs)の発生に成功した.得られた中赤外パルスを半径32 μmに集光することで,56 MV/cmの電場が得られた.さらに,中赤外パルス光と同期した可視6.5 fsパルス光を用いた電気光学サンプリング法により,中赤外電場波形の実時間測定に成功した.次に,高強度中赤外パルス光を半導体結晶へと集光し,固体高次高調波の発生実験を行った.発生した高次高調波を中赤外光の偏向方向に平行な成分と垂直な成分とに分けて観測することにより,固体高次高調波スペクトルが結晶の多次元的な電子構造(バンド構造)を反映することを明らかにした.以上,平成28年度の研究では,新手法による高強度中赤外パルス光源の開発に成功したことに加えて、開発した光源を用いた分光測定により高強度光電場と固体電子との相互作用に関する新たな知見を多数得ることにも成功した.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
非対称コマ分子の高感度中赤外新奇光コム分光手法の開発

構造が複雑な分子のスペクトルの煩雑性を低減し、高感度にスペクトルを観察するために、中赤外光コムを光源とした新奇分光手法を提案・検証する。キラル分子は非対称コマ分子の一つであり、基礎科学分野で重要な分子である。キラル分子の右手系と左手系の識別や、その起源の解明には高感度・高分解能分光が必須である。しかし、分子の対称性が低いため観測されるスペクトルは非常に煩雑である。中赤外領域で分光するとスペクトルの煩雑さが軽減することが知られているが、高感度な分光が難しい。そこで本研究では、光の偏光と非対称コマ分子が3つの軸方向に双極子モーメントをもつことを利用して、高感度に分光する手法開発を目指す。
軽元素スピントロニクス材料におけるＸ線磁気円二色性の解明

本研究は、軽元素スピントロニクス材料におけるK吸収端X線磁気円二色性(K-edge XMCD)の起源を解明し、XMCDを更なる材料開発に活かすことを目的とした。XMCDを得るためにはスピン軌道相互作用(SOI)が必要であるが、軽元素ではSOIが弱いため、そのXMCDの起源は十分理解されていなかった。近年、グラフェンやh-BNを用いたスピントロニクス材料の研究が精力的に行われており、局所的な磁気的情報を得られるXMCDの軽元素への応用は重要である。前年度に拡張した、周囲原子のSOIを取り入れた多重散乱理論を用いて、CrO2におけるO K-edge XMCDの解析を行った。磁性軽元素化合物の多くは強相関電子系を構築するため、K-edge XMCDスペクトルを理解するための適切な標準物質が限られている。その中でCrO2は強磁性ハーフメタルの性質を示し、遍歴的な電子描像で理解出来る部分が多いため扱いやすく、軽元素XMCDスペクトルを理解するための基準物質となると考えた。解析した結果、酸素原子ではなく、周囲のCr原子のSOIが重要であることがわかった。これは前年度に解析したグラフェン/Ni(111)におけるC K-edge XMCDスペクトルと同様の結果であり、軽元素XMCDの特徴であると考えられる。計算したXMCDスペクトルが軌道密度と良く対応することから、「Crの軌道モーメントを酸素が軌道混成を通して受け取る」という描像でXMCD強度が得られることが明らかとなった。これは、従来考えられて来た「Crのスピン分極を酸素が受け取った後、酸素のSOIで軌道モーメントを得る」描像とは異なり、K-edge XMCDの理解に貢献した。28年度が最終年度であるため、記入しない。K-edge XMCDスペクトルの計算に対して有効である多重散乱理論は、これまで吸収原子のSOIのみを考慮して来た。本研究では軽元素への応用から周囲原子のSOIを取り入れた理論に拡張し、直接相対論的に理論を扱うよりも従来の理論との比較が容易な形で定式化することに成功した。更に、基底状態の電子状態を第一原理計算によって求めたものを使用することで、計算精度を向上させた。試験計算として、BCC FeのK-edge XMCDスペクトルを計算したところ、周囲原子のSOIは無視できない結果が得られた。軽元素スピントロニクス材料として注目されているグラフェン/Ni(111)(G/Ni)に対し、C K-edge XMCDスペクトルを計算したところ、ほぼ完全にNiサイトのSOIのみがXMCDに寄与していることがわかった。また複数の構造のG/Niに対して計算を行うことにより、3つのNiに囲まれた特定の炭素原子の吸収によってXMCDが得られることが明らかになった。これは炭素とNiとの結合の様子がXMCDから解析出来ることを示している。K-edge XMCDにおける周囲原子のSOIの重要性を明らかにし、またG/NiにおけるC K-edge XMCDスペクトルの理解が進んだため、順調と考えられる。表面や空格子点といった、隙間の大きい系に対する多重散乱計算の精度を向上させる。空格子点については第一原理計算の利用の際に実装した、空の原子球サイトを利用することで計算が可能である。

表面についても同様に空の原子球を適切に置くことで計算が行えるが、設置位置の任意性が残る。全ての原子サイトのポテンシャル構造を厳密に扱うFPMS法では、表面領域を空のセルで敷き詰めることで表面ポテンシャルをより正確に考慮することが出来る。しかし、固体内では従来の球状ポテンシャルの近似で十分な場合も多いため、両者を複合した手法に挑戦する。これにより、空の原子球サイトを用いて計算していたG/Niに対する計算精度向上を狙い、より詳細な解析が可能か検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。