hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
外部信号に対する論理判断能を有するルテニウム多核錯体の合成と分子設計

我々は,分子内電子移動を制御することにより分子レベルで外部信号に対して論理判断の動作をすることが可能な分子システムの構築を目指して研究を進めた。本研究で得られた成果は次のようにまとめられる。(1)プロトンに応答する錯体系の構築:プロトンの解離が可能なピリジルベンズイミダゾールを架橋配位子とする非対称二核および四核錯体において光およびプロトン化反応に応答してスイッチングを起こせるルテニウム錯体を合成した。Ru(II)-Rh(III)二核錯体においては、プロトン解離がRhサイトから起こり、このときには蛍光が見られるがRhサイトにプロトン化した状態では蛍光は消光される“蛍光スイッチ"現象が観測された。また、ピリジルベンズイミダゾールを架橋配位子を有する中心がルテニウムで周辺がオスミウムのデンドリマ-型ルテニウムオスミウム混合四核錯体において、周辺の3個のオスミウムイオンの酸化による3電子過程と中心のルテニウムイオンによる1電子酸化過程とがプロトン化の状態の違いにより相互変換することを見いだした。これを利用して、まず、脱プロトン化した状態では中心のルテニウムイオンを選択的に一電子酸化することが可能であり、この状態でプロトンを加えると周辺のオスミウム(II)から中心のルテニウム(III)に電子移動が誘起されることが明らかになった。(2)光誘起電荷分離を行うことが可能な錯体系の構築:ピリジルベンズイミダゾールのイミノ部分に側鎖を導入してジイミド(DI)と結合させたRu(II)-DI-Os(III)二核錯体において段階的な電子移動が起こり、電荷分離状態がマイクロ秒のオーダーで生成することが明らかになった。(3)多核錯体系におけるエレクトロスプレー質量分析法の有用性を示す系となった。以上のように、金属イオンの酸化数の違いに基ずく酸解離定数の違いを利用してプロトンの動きをプロトンおよび電子の動きをコントロールすることが可能になった。本研究は分子内(光)電子移動の制御により分子レベルで外部信号に対して論理判断の動作をすることが可能な素子機能を備えた金属多核錯体の合成および分子設計指針に関する基礎的知見を得ることを目的としている。本年度の得られた主な結果は二つに分けられる。(1)配位子として2,2'-ビス(2-ベンズイミダゾリル)-4,4'-ジピリジン(bbbpyH_2)をもつ二核、四核Ru-Os錯体を合成した。この中で、四核Ru-Os錯体は中心金属イオンとしてRuを、周辺金属イオンとして3個のOsを有する錯体である。この錯体は6個のプロトンが解離可能でプロトン化状態と脱プロトン化状態でまったく酸化サイトが異なり、架橋基のプロトン平衡によりRuサイトとOsサイトの間で分子内の電子移動が起こることがわかった。すなわち、プロトン移動に伴い安定サイトが異なるので双安定な分子と考えることができる。また、四核錯体の部分酸化状態で生じる混合原子価錯体内での原子価間電荷移動吸収帯の解析をフロー電解を用いて行なう方法を新たに開発した。(2)(2-ピリジル)ベンズイミダゾール(bpimH)の化学修飾により、シアノエチル基、アミノプロピル基を測鎖にもつルテニウム錯体を合成した。さらに種々の還元電位の異なるジカルボキシイミドIm(図参照)を架橋基中に含む配位子を合成し、そのルテニウム錯体中での電子移動についても検討した。

Ruサイトとイミド部分まで7A程度で、ピコ秒過渡吸収スペクトルからイミドラジカルに基づく吸収が観測されることから電子移動はピコ秒のオーダーで起こっていることがわかった。しかしながら、分子力場計算から得られるように安定な配座をいくつかとることが可能であり、これらの配座の距離が違うためにいくつかの寿命成分として減衰が観測される。今後は配置を固定すること、ならびに電子受容体の部分を種々の有機基に変えて電荷分離状態の安定化ならびに非線形現象について検討していく予定である。我々は,分子内電子移動を制御することにより分子レベルで外部信号に対して論理判断の動作をすることが可能な分子システムの構築を目指して研究を進めた。本研究で得られた結果は以下の2点にまとめられる。(1)光誘起電荷分離を行うことが可能な錯体系の構築:ピリジルベンズイミダゾールのイミノ部分に側鎖を導入してジイミド(DI)と結合させたRu(II)-DI-Os(III)二核錯体において段階的な電子移動が起こり、電荷分離状態がマイクロ秒のオーダーで生成することが明らかになった。(2)プロトンに応答する錯体系の構築:プロトン解離が可能なピリジルベンズイミダゾールを架橋配位子とする非対称二核および四核錯体において光およびプロトン化反応に応答してスイッチングを起こせるルテニウム錯体を合成した。Ru(II)-Rh(III)二核錯体においては、プロトン解離がRhサイトから起こり、このときには蛍光が見られるがRhサイトにプロトン化した状態では蛍光は消光される"蛍光スイッチ"現象が観測された。また、ピリジルベンズイミダゾールを架橋配位子を有する中心がルテニウムで周辺がオスミウムのデンドリマ-型ルテニウムオスミウム混合四核錯体において、周辺の3個のオスミウムイオンの酸化による3電子過程と中心のルテニウムイオンによる1電子酸化過程とがプロトン化の状態の違いにより相互変換することを見いだした。これを利用して、まず、脱プロトン化した状態では中心のルテニウムイオンを選択的に一電子酸化することが可能であり、この状態でプロトンを加えると、周辺のオスミウム(II)から中心のルテニウム(III)に電子移動が誘起されることが明らかになった。以上のように、金属イオンの酸化数の違いに基ずく酸解離定数の違いを利用してプロトンの動きをプロトンおよび電子の動きをコントロールすることが可能になった。
中国士大夫の趣味と生活

本研究は本年度が最終年度となり、愈々まとめの段階に入った。本年度は、前年度に引き続き研究資料の蒐集につとめたが、それと同時に各分担研究者は各自の分担課題を整理する作業に従事した。その成果として、研究成果報告書『中国士大夫の趣味と生活』が刊行されることとなった。そこには計5篇の分担研究者による報告が収録されている。そのうち、宋元鼎革の際の文人の処世について論じた村上「貳臣と遺民」、唐宋時代に行なわれた「出九」が一種の冒険貸借であることを明らかにした寺田「「出九」の語義について」は、前年度開催の研究報告会における報告を整理したものである。山田「中国古代の支配層の娯楽について」は、「趣味」と「娯楽」を判然と分けるのは「清」の観念の存在しているかどうかに関わり、「琴棋書画」のいわゆる「四芸」が「趣味」とみなされるようになったのは、「清」の観念の成立した後漢後期であるとする。寺田「中国古代の遊戯と賭博」は、勝負を争う遊戯は全て賭博の対象となり得るという観点にたち、中国古代における様々の勝負ごとの諸相について概観したものであるが、ことに「博奕」についての論は詳細である。花登「牙音の舌面音化について」は中国音韻史上の問題について論じたものであるが、その解明に士大夫の知的営為の産物である随筆・筆記を利明したところに新味があるかと考えられる。この二年間の共同研究により、一定の成果を挙げ得たものと考えるが、今後さらに継続的な研究が必要であろうと考えている。士大夫の趣味としてあげられる代表的なものは、琴・棊・書・畫であり、その生活のスタイルとしては、文人生活、処士生活、官僚生活、隠逸生活、交遊生活などが考えられる。その種々相と相互関係を明らかにするのが、本研究の最終目標であるが、本年度においては、各研究分担者が分担課題についての理解を深めることを重点目標とする一方、11月30、12月1日の雨日、研究報告会を開き、寺田と村上が報告を行った。寺田は士大夫の遊びの一つとしての賭博をとりあげ、唐宋時代に行われたと認められる「出九」について、これは田来の研究においては不明とされているが、一種の冒險貸借であることを証明した。村上は宋末元初の文人たちの処世、つまり漢族王朝宋が滅亡しモンゴル王朝元が成立する動乱の時代を生きた文人たちの姿勢に2通りがあること、一方は元に仕えた者、他方は仕えなかった者にわけられ、從来の解釈では前者を貮臣、後者を遺民としたが、これは誤りであること、彼ら自身の認識するところでは、元に仕えたか仕えなかったかは、宋に対する忠誠心などとは関係なく、たまたま事情があってそうなっただけであること、一部には宋への強烈な忠誠心を貫いた人もなかったわけではないが、彼らは例外的な存在であったこと、文人たる者が忠誠をつくすべき対象は、永遠なる漢民族の文化的伝統であって、個々の王朝などではなかったこと、...などを指摘した。以上、寺田・村上の報告に対しては、出席した各分担者から活発な意見が開陳された。

そのうち、宋元鼎革の際の文人の処世について論じた村上「貳臣と遺民」、唐宋時代に行なわれた「出九」が一種の冒険貸借であることを明らかにした寺田「「出九」の語義について」は、前年度開催の研究報告会における報告を整理したものである。山田「中国古代の支配層の娯楽について」は、「趣味」と「娯楽」を判然と分けるのは「清」の観念の存在しているかどうかに関わり、「琴棋書画」のいわゆる「四芸」が「趣味」とみなされるようになったのは、「清」の観念の成立した後漢後期であるとする。寺田「中国古代の遊戯と賭博」は、勝負を争う遊戯は全て賭博の対象となり得るという観点にたち、中国古代における様々の勝負ごとの諸相について概観したものであるが、ことに「博奕」についての論は詳細である。花登「矛音の舌面音化について」は中国音韻史上の問題について論じたものであるが、その解明に士大夫の知的営為の産物である随筆・筆記を利用したところに新味があるかと考えられる。この二年間の共同研究により、一定の成果を挙げ得たものと考えるが、今後さらに継続的な研究が必要であろうと考えている。
非可換空間におけるトポロジカル・ソリトンのダイナミクス

非可換空間が実現している唯一の観測可能な系は量子ホール系である.量子ホール系での荷電励起である非可換スカーミオンの微視的理論を構成した.さて,2層量子ホール系で横磁場は層間にサインゴードン・ソリトンとして侵入するが,臨界値を超えるとソリトン格子を生成する.ホール電流とこのソリトン格子との散乱を長波長近似で解析し,量子ホール状態なのに異常な抵抗が発生することを示した.これは実験事実をよく説明する.非可換空間が実現している唯一の観測可能な系は量子ホール系である.電子がランダウ準位に束縛されているため,そのx座標とy座標は交換しない.すなわち, [x,y]=iθという非可換交換関係の成立する非可換平面が実現している.θは長さの自乗の次元を持つ非可換パラメターである.この様な系でのトポロジカル・ソリトンとそのダイナミクスを解析する.(1)量子ホール系の長波長有効理論に基づき,準粒子はトポロジカル励起(スカーミオン)であることが知られている.非可換平面上でのスカーミオン励起を解析し,その微視的理論を構築する.(2) 2層量子ホール系における層間コヒーレンスとトポロジカル励起を非可換平面上での微視的理論に基づき解析する.(3)2層量子ホール系において,横磁場が層間に進入したときの相転移が層間コヒーレンスおよび非可換スカーミオンに及ぼす効果を解析する.(4)磁場は層間にサインゴードン・ソリトンとして進入するが,そのソリトンと非可換スカーミオンの散乱を解析する.非可換空間が実現している唯一の観測可能な系は量子ホール系である.量子ホール系での荷電励起である非可換スカーミオンの微視的理論を構成した.さて,2層量子ホール系で横磁場は層間にサインゴードン・ソリトンとして侵入するが,臨界値を超えるとソリトン格子を生成する.ホール電流とこのソリトン格子との散乱を長波長近似で解析し,量子ホール状態なのに異常な抵抗が発生することを示した.これは実験事実をよく説明する.非可換幾何学の支配する唯一の観測可能な物理現象は量子ホール効果である.量子ホール系はランダウ準位に束縛された電子の作る世界であるが,この電子のx座標とy座標は交換しない,という著しい特徴を持つ.即ち,考察する系は,x座標とy座標の間には[x,y]=iθという非可換交換関係が成り立つ非可換平面である.θは長さの自乗の次元を持つ非可換パラメターである,この交換関係に伴う不確定性関係のため,電子の生成演算子は点電荷ではなく,面積2πθに広がった電荷を生成する.これに起因して,磁場中の自由電子系なのに,格子に束縛された電子間と同様な交換相互作用が働き,量子位相がダイナミカルな自由度として発生する.この量子位相が現実の系で観測により実証されるかは大きな問題である.本年は先ずこの問題の研究から開始した.具体的課題として,2層系での層間量子位相が抵抗にどのような影響を与えるかを解析した.量子ホール効果はホール抵抗が量子化したゼロでない値をとるという性質で特徴づけられるが,特殊な場合には層間量子位相効果によりゼロになることを示した.これは最近の米国で行われた実験事実をよく説明する.成果は2つの国際会議(ウィーン,イスタンブール)で発表し,1編の原著論文として発表した.続いて,本研究の主題である非可換ソリトンのダイナミクス研究を開始した.2層量子ホール系で,横磁場が進入するとサインゴードン・ソリトンができる.一方,電流は電荷励起であるスカーム・ソリトンが運ぶ.長波長有効理論でのスカーム・ソリトンとサインゴードン・ソリトンの散乱過程を考察した。具体的成果として,その衝突効果を縦抵抗の測定によって観測し得ることを示した.これは私の属する実験グループで最近観測した縦抵抗の異常な振る舞いを説明する.成果の国際会議発表と論文発表は準備中である,(5月の米国での国際会議で発表予定.)これらの理論的研究と平行して,私の属する実験グループで実施した2層量子ホール系実験の解析も行い,成果は4編の原著論文として公表している,以上5編の原著論文は項目11の研究発表に記載したものである.非可換空間が実現している唯一の観測可能な系は量子ホール系である.電子がランダウ準位に束縛されているため,そのx座標とy座標は交換しない.電子の生成演算子は点電荷ではなく広がった電荷を生成する.さらに,実際に生成するのは,より広がった電荷分布を示すトポロジカル・ソリトン(非可換スカーミオン)である.さて,2層量子ホール系で,横磁場が進入するとサインゴードン・ソリトン(SG)格子ができる.本研究の目的は非可換スカーミオンとSG格子の散乱過程の研究である.本年度は低エネルギー有効理論を用いて,この散乱効果を異常縦抵抗の測定によって観測し得ることを示した.研究成果は強相関物理国際会議(May, Houston, USA)と2次元電子系国際会議(July, Genova, Italy)で発表した.尚,最近,この異常縦抵抗は私の属する実験グループで観測に成功した.その成果は米国学会誌Phys. Rev. Lett.に掲載された.代表的な原著論文は項目11の研究発表に記載している.有効理論における電子とSG格子の散乱が分かったので,来年度は,非可換幾何学を用いた微視的理論の構築を行う計画である.非可換空間が実現している唯一の観測可能な系は量子ホール系である.

電子がランダウ準位に束縛されているため,そのx座標とy座標は交換しない.電子の生成演算子は点電荷ではなく広がった電荷を生成する.さらに,実際に生成するのは,より広がった電荷分布を示すトポロジカル・ソリトン(非可換スカーミオン)である.この様な状態は電子状態にW_∞変換とよばれるユニタリー変換を施して生成できる.本年度は, 2層量子ホール系で,横磁場が進入した際の非可換スカーミオンの性質を微視的理論に基づき解析した,先ず,横磁場が進入すると,上下の層でランダウ準位が異なることを示した.これに伴い,非可換ソリトンの中心は上下の層で横磁場の方向に逆向きに移動する.即ち,スカーミオンがメロン対に変形したことになる.メロン対生成に関しては,「メロン対は長い紐で結ばれている」というMacDonald等による予想が現象論的になされていた.その予想に反して,私は微視的状態を解析し,メロン間の間隔はメロン自身の大きさの程度であることを証明した.この励起エネルギーに寄与するのは,トンネル相互作用のエネルギーとクーロン交換エネルギーである.これらは両方とも,横磁場の増加と共に,急速に減少する.小さいスカーミオンについては微視的解析結果を,大きなスカーミオンについては古典階を用いてその励起エネルギーを計算した.計算結果は実験を良く説明する,大きなスカーミオンに関する微視的解析は現在も進行中である.研究成果は「Noncommutative Skyrmions in Quantum Hall Systems」というタイトルで論文準備中である.
乱流から層流に至る遷移メカニズムの解明

乱流が層流へと遷移する現象は、様々な実用機器で利用されている固体吸着剤や触媒などハニカム形状をした充填層内の流れに加え、マイクロリアクターや多種にわたるMEMS装置内の流れにも多く見られるため、そのメカニズムを解明することは、これらの設計および操作条件の選定を行う上で極めて重要である。本研究では、高精度の三次元直接数値シミュレーション(Direct Numerical Simulation, DNS)法をチャネルおよび円筒内流れに適用することにより、流れが乱流から層流に至る遷移メカニズムを解、明することを第一の目的とする。また、この流れ場中に微小粒子を投入することにより、乱流-層流遷移過程における微小粒子の挙動(特にその壁面への付着特性)を詳細に検討する。平成18年度は、平成17年度に開発した三次元直接数値シミュレーション(Direct numerical simulation, DNS)法を、流れが乱流から層流に至る遷移現象を伴うチャネル内流れに適用することにより、その中に投入された微小粒子の挙動を詳細に検討した。この結果、乱流から層流に至る遷移挙動が粒子の運動に強く影響を及ぼすことがわかった。具体的に明らかになった内容は以下の通りである。(1)入口部における乱流は粒子の壁面への付着を促進し、その影響は、粒径が大きな粒子ほど慣性の影響によって顕著になる。(2)乱流-層流遷移は角柱管の四隅付近から進むため、下流域における粒子付着はこの四隅領域を除いた壁面に集中する。(3)以上のような微小粒子の挙動は、脱硝触媒の劣化に多大な影響を及ぼすことが示唆される。乱流が層流へと遷移する現象は、様々な実用機器で利用されている固体吸着剤や触媒などハニカム形状をした充填層内の流れに加え、マイクロリアクターや多種にわたるマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム(MEMS)装置内の流れにも多く見られるため、そのメカニズムを解明することは、これらの設計および操作条件の選定を行う上で極めて重要である。本研究では、高精度の三次元直接数値シミュレーション(Direct Numerical Simulation, DNS)法をチャネルおよび円筒内流れに適用することにより、流れが乱流から層流に至る遷移メカニズムを解明することを第一の目的とする。また、この流れ場中に微小粒子を投入することにより、乱流-層流遷移過程における微小粒子の挙動(特にその壁面への付着特性)、およびそれらの微小粒子が遷移特性に与える影響についても詳細に検討する。平成17年度は、1番目の目的を対象に、三次元DNS法をチャネル内流れに適用することにより、流れが乱流から層流に至る遷移現象を数値的に再現した。また、流入するレイノルズ数(Re)を420、630、1060と変化させた3例の計算を実施することにより、チャネル内に流入した乱流は下流に行くに従って層流へと遷移するが、その乱流が持続する主流方向距離は、流入するレイノルズ数が大きいほど長くなることを明らかにした。さらに、本計算結果と既往試験結果との比較から、このような流れ場が乱流から層流へと遷移する挙動は工業装置内に設置される脱硝触媒内の流れに見られること、また、この挙動が触媒入口部の顕著な汚れに強く起因することが分かった。
帝国日本における学校儀礼教育の歴史:声・音の検討を中心に

本研究は、帝国日本の学校儀式や学校で要請された拝礼低頭などの儀礼の歴史に「声」「音」という問題意識から迫るものである。声とは、儀式時の校歌斉唱や沈黙、スポーツ大会の宣誓等、音とは、ラジオ体操の音や号令、笛やラッパ、時鐘を想定する。実際には自分の統制のもとにあるはずの身体および精神に、他者の介入を容易にさせる媒介物として「声」「音」は重要な役割を担う。とくに植民地の学校教育のなかにあらわれた具体的なそれらの様相を観察し、帝国日本において就学することがどのような意味を付与するものであったのか、「帝国日本の国民」はどのように創出されようとしかという問題に「声」「音」を手掛かりに接近する。
証明，　構成性，　パラドックス

本研究では,直観主義論理の基礎理論となるクライゼル-グッドマンの「構成の理論」について主として研究した.直観主義論理および直観主義形式算術の構成の理論に関する健全性,完全性を証明すること,および構成の理論の無矛盾性を証明することが目標であった.今年度は,特に当の理論の無矛盾性を証明することを主たる目標として研究を進めた.この証明にはラムダ計算のチャーチ=ロッサーの定理を応用できることが期待されるため,この定理を証明する方法の幾つかを応用することを試みたが,現在のところ証明を得るには至っていない.このため研究の方針をある程度転換し,直観主義論理と算術の関係について述べるデ・ヨングの定理(あるいは直観主義論理の算術的完全性)と呼ばれる定理と構成の理論の関係を調べることにした.これについては,クライゼルによるsqueezing argumentと呼ばれる論法を応用することにより,構成の理論と直観主義論理の関係についてある洞察を得たため,現在論文を執筆中である.なお,この研究はワルター・ディーンとの共同研究である.また今年度は,この中心課題に関連した非古典論理に関する研究を行なった.直観主義論理の基礎と関連する「証明論理」の哲学的基礎に関する論文を準備し,パリ第一大学IHPSTの,東京大学のセミナーで発表した.また,さらに広く非古典論理に現れる論理定項を証明論の観点から特徴付けるという研究を行い,その成果を第二回MLA(JAIST主催),バーミンガム大学のWSにて発表した.現在,この研究で得られた,技術的な成果に関する論文,またこのトピックに関する哲学的な基礎に関する論文を現在執筆中である.なお,この研究と関連して,パリ第一大学のアルベルト・ナイボ,ブラジルUFABCのマティア・ペトローロとの論理定項の証明論的特徴付けに関する証明論的研究を継続中である.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。本研究では,「構成の理論」という,直観主義数学の中で使用される証明概念を理論化しようとした理論を研究することにより,直観主義における証明概念についての理解を深めることを目的としている.また様々な非古典論理の証明体系,証明論理と呼ばれる論理体系を研究し,それらにおいて扱われる証明概念と,この構成的証明の概念を比較することを通じて,構成的証明の概念と形式的証明概念の関係について考察することも目的としている.この目的に照らした場合の成果としては,構成の理論に関しては,平成27年以前に得られていた成果が,論文集の中の1冊として平成27年度中に刊行された.直観主義における構成的証明概念の意図された解釈を理論化する目的で作られた構成の理論は,ある種の自然な前提の下で矛盾することがかつて示された(クライゼルーグッドマンのパラドックス).この論文では,この矛盾を回避するため既存の方法よりも自然な手法によってこの矛盾を回避することが可能であるということを哲学的な議論によって示した.これにより,構成的証明の概念に関する認識について一定の進歩が得られたと考えられる.また,非古典論理の証明論については,それらの証明体系の望ましい性質の幾つかを証明することに成功した.この点では研究目的に直接関係する,これから行う哲学的な考察の材料について一定の成果が得られたと言える.具体的な研究実施計画に照らした成果については,平成27年度中この研究の成果を受け,この理論について実際に無矛盾性証明を与えることを目指したが,現在のところその証明の基本方針を得るという成果を得るにとどまっている.構成の理論に関する直観主義論理の健全性,完全性についても状況は同じである.他の証明体系の研究では,下部構造論理と呼ばれる論理の幾つかの性質を証明した.それらの成果は平成27年度中にすでに幾つかの研究集会で発表された.現在までの進捗状況は以下の通りである.まず全般的な状況としては,当初予定していたよりも本研究の目標を達成すること自体は遅れている.これには幾つかの理由がある.まず,研究全体に関わることとして,当初研究計画の予定に必ずしも入っていなかったが,本研究の課題と密接に関係した課題に平成27年中に関わったということがある.このため,当初予定していたよりも本研究に使える時間が少なかったということが挙げられる.こうした研究には,真理論に関するサーヴェイ論文を書くという課題,ダメットの「無際限拡張可能性」に関する研究,不動点演算子をもつ様相論理の研究,等がある.しかし,これらの研究は将来,本研究の課題と密接に関わってくる可能性が高いため,必ずしも時間を無駄にした訳ではない.また「構成の理論」においては,その無矛盾性を証明するために,当初想定していたよりも多くの予備知識が必要であるということが判明し,現在その必要な知識を身につけている最中である.Nested sequentsを使った,「論理定項とは何か」という問題についての研究でも,やはり当初の予定になかった理論を視野に入れる必要が出て来たという点ではこの場合と同様である.「下部構造論理」の研究においては,研究途中で得られたと思われる証明に誤りを発見したことにより,誤った証明を修正しなければならなかった.こうした事情が若干研究の進捗を遅らせることとなった.しかしながら,現在のところ,当初の想定を完全に覆すような数学的事実が得られているわけではなく,最終的には当初の目標とそれほど違わない成果を得るのは不可能ではないと思われる.本研究における主要な研究目標は,直観主義論理の基礎理論となる「構成の理論」の再構成である.本年度は,その再構成のプロセスにおいて最も重要な意味を持つ「構成の理論」の或る定式化における無矛盾性を証明することを課題とした.

この大きな目標は現在のところまだ達成されていないものの,その証明の手法について,いくつかの洞察を得ることができた.具体的には,無矛盾性証明の手法について具体的な候補をいくつかに絞り込むことができた.また本研究では,本研究の概念的な目標である,構成的な証明概念の解明ということに関して,必ずしも「構成の理論」そのものには直接関わらない,本研究における言わば下位目標をいくつか定めている.こうしたものとしては,様々な非古典論理に関する証明論的研究を行うこと,また(数学的真理,また構成的証明などを含む)ある種の数学的概念の無際限拡張可能性という概念を解明することなどを挙げてきた.これらの主題については,幾つかの非古典論理の証明体系(何らかの形で拡張されたシークエント計算)に関する証明論的研究について,具体的にはカット除去定理の証明に関し,研究の進展があった.また,無際限拡張可能性に関しても,哲学者ダメットによる不完全性定理の意義に関する論文の解釈について,以前よりも見通しのよい解釈を得るに至った.「論理定項とは何か」についての証明論的意味論の観点からの研究については,stabilityという概念について以前よりも認識が多少深めることができるに留まった.また本研究で扱う構成的な証明概念の解明を2階あるいは高階のそれへと拡張するというさらなる問題を得た.本研究の最大目標である「構成の理論」の再構成に関して言えば,その「構成の理論」そのものの無矛盾性証明が我々が当初想定していたよりも困難であるということが分かったということが,研究が思っていたよりも遅れている最大の要因である.ニコラス・グッドマンの博士論文が「構成の理論」における最も詳細な内容を含む文献なのだが,この中の無矛盾性証明をまず理解するために,1960年代によく読まれていたラムダ計算に関する文献を参照せねばならず,さらにその証明を現代的に再構成するためには,そこで使われている手法をもう一度現代的に(ただし必ずしも標準的とは言えない仕方で)再構成する必要がある.現在,我々はこの課題を実行している途上であり,この課題に成功するまでは,この研究にはまだ相当な困難が存在すると予想される.その他の課題に関して言えば,証明を得ること,あるいは議論を進めること自体にはそれなりに進展をみている.とはいえ,出版戦略の上からできるだけ多くの成果を統一的に発表しようとする意図から,あるいは共著者との時間のすり合わせが難しいということから,成果の発表が遅れている.本研究では,直観主義論理の基礎理論となるクライゼル-グッドマンの「構成の理論」について主として研究した.直観主義論理および直観主義形式算術の構成の理論に関する健全性,完全性を証明すること,および構成の理論の無矛盾性を証明することが目標であった.今年度は,特に当の理論の無矛盾性を証明することを主たる目標として研究を進めた.この証明にはラムダ計算のチャーチ=ロッサーの定理を応用できることが期待されるため,この定理を証明する方法の幾つかを応用することを試みたが,現在のところ証明を得るには至っていない.
ネットワーク利用による簡易型バスケットボール支援システムの利便性向上

本研究では,学生とプロジェクトチームを組み,PCを用いてバスケットボールの試合データを効率よく収集し,多様な解析を行うことを目的としたバスケットボールデータ管理システムの開発を行ってきた。開発の主なコンセプトは,広く競技者への普及を図るために無料で手軽に利用できること,最低限必要な利便性を有すること,工学・数学的な観点からグラフ理論を応用して選手の活躍度の定量化を図ること,及び工学教育の観点から学生の実践的システム開発力を育成・検証することなどである。特に最終年度は,データのより有効活用を図るために,その解析表示方法について再検討し,試合中のアクションを時系列で振り返る機能を実装した。画面上を移動可能なコントローラによって,試合の進行に即して,アクションリスト,ボックススコア,シュート位置プロット,得点推移グラフなどへの多様な時系列解析が可能であり,更にグラフ理論を応用した固有ベクトル中心性によって選手の活躍度を定量的にグラフ化して評価できるようにした点が特長的である。いずれの解析結果も一つのフォーム上で一括して確認できるために,チームや選手の好不調を総合的かつ視覚的に捉えることができ,有用性の高いものが実現できたと評価している。システム開発の最終段階においては,製品としてユーザの利用に耐え得る信頼性,操作性,機能性の徹底的な品質検査が不可欠である。学生にとっては,本システム開発を通じて,開発者側がプロトタイプとして動作できたことに単に満足するのではなく,ユーザの立場からシステムのPDCAを徹底的に行い,利便性を追求することの重要性を実践的に学修できたことは有益なものとなった。補助事業期間終了後も,システムの完成度のより向上を図るとともに,Webページによってシステムの紹介やシステム自体をダウンロードして利用できるようにするなど,一般ユーザへの広報活動を継続している。本研究では,バスケットボールの試合データの収集の効率化と解析の多様化・迅速化を目的に,タブレットPC等での利用に適した簡易なバスケットボールデータ管理システムBM(Basketball data Management system)の開発を行っている。BMの機能自体は実用レベルまで達しているものの,1台のPCでの使用に制限されているため,試合データを複数台のPCから入力できるように無線ネットワークで接続し,入力者の負担を軽減するなどの工夫が課題として残っていた。そこで,平成27年度は,システム開発言語を従来のJavaからC#に完全移行し,より利便性に富んだシステムを目指すこととし,当初からの主要な研究計画である複数のBM間のネットワークを構築し,ユーザが試合データとその解析結果を同時に閲覧できる機能を開発してきた。この機能によって,試合データの種類に応じて入力者を分担できるほか,コーチやマネージャー以外のユーザも試合データとその解析結果を共有し,閲覧できるようになった。BMは体育館内での利用が基本となるために,モバイルルータを介した接続が前提となる。館内でネットワークを容易に確立でき,PC間での試合データの送受信を確実に実行するするため,通信プロトコルとしてTCP,通信方式としてクライアント・サーバ方式を採用した。現段階では,複数台のPCによるBM間1対多通信のプロトタイプが実現できている。各BMでTCPサーバ,TCPクライアントモードを立ち上げ,その後,サーバ画面にある開始ボタンを押し,受信待ち状態とした後,クライアント画面にサーバ役となるPCと同じIPアドレスとポート番号を入力することにより通信が確立し,試合データやコメントが送信可能となる。また,パスワードの設定も可能であり,プライベートネットワークのセキュリティと併せて不正なアクセスを防止している。現在のBMは,前述したように,開発言語を申請以前のJavaからC#に完全移行して再構築している。それにともない,C#版システムとしての機能性や信頼性等の評価・改善のために時間を要しており,当初からの主要目的であるネットワークを用いた利便性向上も含めて「やや遅れている」のが現状である。開発言語の変更の理由は,従来のJava版BMは,試合データの基本的な解析機能の実装のみを目的としていたため,より多機能化を図るための拡張性が不足していたことが挙げられる。そこで,C#に変更することによって,統合開発環境として,利便性に富んだMicrosoft Visual Studioが利用でき,その高機能なGUIデザイナによって,ネットワーク通信機能の実装も含めて,BMで用いられるGUIを高品質かつ低コストで実現できるようになった。現在は,試合データの入力や解析,ネットワーク通信などのBMの基本的な機能は概ね実現できており,プロトタイプとしての動作は可能な状態になっている。しかし,バグ,動作不良,未実装部などの細かな問題点も散見されるため,特に信頼性の観点からシステムの開発を継続しているところである。本研究では,バスケットボールの試合データの収集の効率化と解析の多様化・迅速化を目的に,タブレットPC等での利用に適した簡易型のバスケットボールデータ管理システムBM(Basketball data Management system)の開発を行っている。また,BMを1台のPCで使用するだけではなく,体育館内で複数のPCをモバイルルータで無線ネットワーク接続し,リアルタイムで各PCが試合データを共有し,解析結果を閲覧できるようにすることも本研究の主要な目的である。以上の目的を効率的に実現するために,平成27年度に開発言語を従来のJavaからC#に移行し,C#の開発環境側で用意されている種々の応用機能の特徴を活かして,無線ネットワークによるデータ転送機能の実現を含め,より機能性と利便性に富んだBMとするためのプロトタイプ版の試作を行った。平成28年度は,研究室プロジェクトと位置付け,プロトタイプ版のブラッシュアップを最優先課題として,BMの解析表示機能の改善,データ入力画面のレイアウトの柔軟化,ネットワーク機能の不具合の修正や利便性の向上を図った他,学内にBM専用サーバを設置し,そこにモバイルルータからインターネット経由で試合データを送り,一括管理できるようにするための準備を行った。

当該年度の研究成果は,平成29年東北地区若手研究者研究発表会において,「バスケットボールデータ管理システムのネットワーク利用と利便性の向上」と題して発表し,システムの有用性が評価され,優秀発表賞を受賞した。なお,前述のように,開発言語をC#に切り替え,BMのデザイン性や操作性などの機能面での向上に取り組んだが,C#自体の多機能性をシステム開発にまだ十分に活かすことができず,完成度が低いことも事実であるため,年度末にシステム全体の徹底的な見直しを行い,平成29年度に向けた研究計画の再考を行った。研究実績の概要でも述べたように,現在のBMは,科研費研究の開始時点から開発言語を従来のJavaからC#に移行して再構築している。Java版での設計思想を踏襲しながらも,C#の優れた開発環境下でシステムの機能性と利便性の向上を目的とし,平成28年度は,平成27年度に作成したプロタイプ版システムの評価改善に取り組んだ結果,特にBMのデータ入力画面,解析結果の表示画面,ネットワーク機能のデザイン性や不具合の改善など,利便性向上につながる一定の成果を得ることができた。しかしながら,このような成果が得られつつも,当初予定していたシステムの完成度までには至らなかったことも事実である。その理由の一つは,プロジェクトチームのメンバーである学生のプログラミングに関する専門的な技術力の問題もあり,学生がC#のプログラミング学習に時間が費やされてしまったことは否めなかった。更に,平成28年度も終盤にさしかかり,学生のプログラミング力がある程度向上してきた段階で,ここまで開発してきたBMについて改めて詳細な再評価を行った結果,操作性と機能性を向上させるための改善点が多岐にわたり散見されたために,システムの大幅な修正変更を行うべきであると判断し,年度末からそれに着手している。本研究では,バスケットボールの試合データの収集の効率化,解析の多様化・迅速化及び無料アプリとして一般層への普及等を目的に,平成27年度の科研費研究開始当初から開発言語を従来のJavaからC#に変更し,統合開発環境であるMicrosoft Visual Studioを用いて,バスケットボールデータ管理システムBM (Basketball Data Management System)と呼ばれる操作性と機能性に優れたWindowsアプリケーションの開発を行ってきた。BMは,1台のPC上で試合データの入力と解析を行うだけでなく,複数台のPCをモバイルルータ等による無線ネットワークで接続し,クライアントで入力した試合データをサーバを介して他のクライアントに送信し共有することにより,各BMで独自に解析できるなどの特長がある。
しきい光電子分光法による金属クラスターカチオンの振電構造の解明

本研究では、(1)磁気ボトル型電子エネルギー分析計を高分解能化する、(2)ナトリウムをドープした金属クラスターのしきい光電子を観測する、の2点について研究を行なった。磁気ボトル型分析計は電子の捕集効率が100%近いことから優れた電子エネルギー分析計である。しかし、電場との併用が困難な点と、大きな運動エネルギーをもつ測定対象にはドップラー幅が生じる点とが欠点であった。そこで、永久磁石を電導性炭素で被うことで電場との併用を可能とする一方、測定対象の運動エネルギーを脱離光を照射する直前に奪う手法を開発、改良した。この結果、これまで得られていたエネルギー分解能(20meV)を6meVにまで向上させることができた。しかしながら、炭素で覆った永久磁石の電位が接触電位(contact potential)によって安定化せず、電子エネルギーの絶対値が実験中に約50meVの範囲でふらつくことがわかった。今後、永久磁石の形状を最適化した上で、炭素被覆をニッケル被覆に改良すればエネルギー絶対値のふらつきは解決できると考えている。また、この手法の応用として、ナトリウムをドープしたアルミニウム金属クラスターのしきい光電子を観測する研究を行なった。ナトリウム-アルミニウムクラスターの生成には強い冷却を可能とするために新しく分子線用パルスバルブを導入し、しきい光電子の観測を容易にした。イオン化光の波長を変化させてしきい光電子を観測すると、ナトリウム-アルミニウムクラスターの光電子とともに、同時に存在しているナトリウムクラスターからの光電子が併せて観測されてしまうことがわかった。ナトリウムクラスターが共存する条件下では、イオンの励起状態に対応するしきい光電子が広い波長範囲で観測されてしまうことから、ナトリウムをドープした金属クラスターのしきい光電子の測定では、測定対象の2成分クラスターを選択的に生成させる必要があることがわかった。
誤差履歴線形和学習制御に基づく超多自由度ロボットの運動制御

人間の日常生活空間や自然環境,災害現場などの複雑な作業空間において,予測困難な障害を克服しつつ与えられた目標運動を達成できる器用さを備えた機械装置を開発するため,運動空間の自由度を遙かに上回る多数のアクチュエータを具備する超多自由度ロボットに,ねじりコイルばねを付加した回転関節の直列連鎖を有する弾性閉ループ機構を組み込み,複数のリンクの位置・速度に加えて任意の物体との接触点における作用力の分布をも制御可能とする,柔軟性制御則を構築した.まず,冗長弾性閉ループ機構を電磁アクチュエータを有する2本の直列連鎖(アクチュエータ部)とねじりコイルばねを有する直列連鎖(ばね部)に分け,アクチュエータ部の順運動学解析で得られたばね部端点の位置と,各ねじりコイルばねに蓄えられる弾性エネルギーの総和の最小化に基づき,ばね部の関節角を求めた.次に,ばね部の各リンクに加わる外力とそれにより生じる変位との関係を表す出力剛院を定式化し,その関節角による偏微分から与えられた出力剛性分布指令値との残差を最小化するばね部関節角変位を求めた.この関節角変位をアクチュエータ部の関節角入力へ逆運動学解析を用いて変換し,ロボットを駆動するが,出力位置が所望の点から外れるのを防ぐため,誤差履歴線形和学習制御に基づく学習制御則を同時に適用し,関節入力を補正する.以上が構築した制御則の概要である.本制御則の有効性を,試作平面10R冗長弾性閉ループマニピュレータロボットを用いた実機実験により検証した.ロボットを柔軟性制御則を用いて制御し,複数の剛性分布指令値を与えた際の各リンクにおける出力剛性分布が所望の値となっていることを確認した上で,2台のロボットを用いて複数の形状・材質の物体に対する把持実験を行った.提案手法の適用により,ロボットが多様な物体の把持を的確に行えることが確認され,提案手法の妥当性,有効性を確認した.人間の日常生活空間や自然環境,災害現場などの複雑な作業空間において,予測困難な障害を克服しつつ与えられた目標運動を達成できる器用さを備えたロボットを開発するため,運動空間の自由度を遙かに上回る多数のアクチュエータを具備する超多自由度ロボットに,有する冗長自由度を最大限に活用しつつ目標運動を達成させるための運動制御則を構築した.まず,極めて多くの冗長自由度を活用するための戦略として、ロボットの任意の節に時々刻々に設定される目標運動を全関節の協調動作により最大限に達成することと,目標運動が設定されていない節に関して将来の目標運動の達成能力を最大化することを定めた.次に,これらの戦略を実現するためのロボットの運動能力の定量的な評価指標として,ロボット各節のヤコビ行列の列ベクトル要素と時々刻々に設定される目標出力速度ベクトルとの内積の総和より求める達成支援性評価指標,および列ベクトル要素のすべての組み合わせに関する内積の総和より求める運動可能性評価指標を導出した.さらに,これらの評価指標の関節角による偏微分より,冗長自由度を最大限に活用する関節入力を求める運動制御則を構築した.構築した運動制御則の有効性を検証する実機実験を行うため,10R直列マニピュレータロボットを試作した.DCモータと遊星減速器および光学式エンコーダから成る個々のアクチュエータに対してローカルサーボ制御を行う小型サーボコントローラを設計・試作し,多数のコントローラと主計算機とを高速シリアル通信バスで接続することで,省配線かつ高速・高精度な自律分散制御系を構築した.このマニピュレータロボットが,手先の目標軌道追従と各リンクの林立する障害物の回避を同時に達成する運動制御実験を行った.提案手法の適用により出力位置の誤差の低減および全アクチュエータの出力速度が均一化されたことを確認し,提案手法の妥当性,有効性を確認した.人間の日常生活空間や自然環境,災害現場などの複雑な作業空間において,予測困難な障害を克服しつつ与えられた目標運動を達成できる器用さを備えた機械装置を開発するため,運動空間の自由度を遙かに上回る多数のアクチュエータを具備する超多自由度ロボットに,ねじりコイルばねを付加した回転関節の直列連鎖を有する弾性閉ループ機構を組み込み,複数のリンクの位置・速度に加えて任意の物体との接触点における作用力の分布をも制御可能とする,柔軟性制御則を構築した.まず,冗長弾性閉ループ機構を電磁アクチュエータを有する2本の直列連鎖(アクチュエータ部)とねじりコイルばねを有する直列連鎖(ばね部)に分け,アクチュエータ部の順運動学解析で得られたばね部端点の位置と,各ねじりコイルばねに蓄えられる弾性エネルギーの総和の最小化に基づき,ばね部の関節角を求めた.次に,ばね部の各リンクに加わる外力とそれにより生じる変位との関係を表す出力剛院を定式化し,その関節角による偏微分から与えられた出力剛性分布指令値との残差を最小化するばね部関節角変位を求めた.この関節角変位をアクチュエータ部の関節角入力へ逆運動学解析を用いて変換し,ロボットを駆動するが,出力位置が所望の点から外れるのを防ぐため,誤差履歴線形和学習制御に基づく学習制御則を同時に適用し,関節入力を補正する.以上が構築した制御則の概要である.本制御則の有効性を,試作平面10R冗長弾性閉ループマニピュレータロボットを用いた実機実験により検証した.

ロボットを柔軟性制御則を用いて制御し,複数の剛性分布指令値を与えた際の各リンクにおける出力剛性分布が所望の値となっていることを確認した上で,2台のロボットを用いて複数の形状・材質の物体に対する把持実験を行った.提案手法の適用により,ロボットが多様な物体の把持を的確に行えることが確認され,提案手法の妥当性,有効性を確認した.
異種部材複合化鋳造における接合限界判定法

複合化鋳造は、鋳造による成形性と異種材料との接合による高機能化を同時に達成する有効な手法であり、多くの工業的需要がある。本研究はこれを制御可能で信頼できる生産技術として確立するために、鋳物と心材の寸法および注湯条件から接合状態を判定する手法を見出そうとするものである。研究は次の3部から成っている。(1)円筒状鋳物端面への円輪および円板状心材の接合実験と差分法による伝熱凝固解析、(2)円管および丸棒の埋設鋳ぐるみのシミュレーション、(3)これらから得られる接合限界の整理および限界判定法の提案。これによって次の成果が得られた。(1)埋設鋳ぐるみ、端面接合ともに、接合要件として「高温の心材と液相状態の溶湯の100秒以上の接触」が確定された。(2)上の熱的条件を満たす溶湯/心材体積比VRは、管および棒の鋳ぐるみでは810、端面接合では約30である。(3)しかし、限界体積比は心材肉厚に依存し、小肉厚でも大肉厚でも増大する。すなわち、接合状態には体積比による相似則が成立たない。(4)接合可能な寸法範囲は、心材の肉厚tあるいは半径D/2と体積比の逆数1/VRの関係として表示でき、およその境界線を定めることができた。(5)t, D/2-1/VR線図は、(I)接合が鋳物の寸法に依存する小寸法領域、(II)ほぼ一定の限界VRをとる最適領域、(III)接合が心材の寸法に支配される大寸法領域、の3つに分けられる。(6)管鋳ぐるみの肉厚t-1/VR線図を基準とし、棒および端面接合に対して適当な換算係数を用いることにより、これらを統一的に取扱う可能性が示された。さらに、関連する成果として(7)シミュレーションに適切な境界条件値および材料定数の範囲と計算結果に与える影響について多くの知見を得た。(8)鋼心材が鋳鉄溶湯中で溶融する過程とその条件を明らかにした。(9)WC-Co合金を心材とし、鋳鉄溶湯で鋳ぐるみ接合する場合についても、接合のメカニズムと接合の条件が明らかになった。複合化鋳造法は鋳造を利用した異種部材接合、複合化の手法である。本研究は溶湯と心材の形状と寸法および注湯条件等から接合状態を予測判定する方法の提案を目的とする。本年度のおもな研究項目と成果は次のとおりである。1.【解析手法の検討】解析計算に用いる境界条件、物性値等の要因が計算結果に及ぼす影響について詳細に検討し、実験結果の解析に必要な手法をほぼ確立した。2.【鋳鉄円筒端面への軟鋼心材の接合実験と解析】体積比を変えた中実および中空円筒状鋳鉄鋳物の端面に軟鋼心材を接合させる実験とその解析を行った。端面接合では心材埋設型鋳ぐるみの3倍の体積比を要した。解析により「高温の心材が液相状態の溶湯と約100s接触する」との接合条件によって、これらが統一的に理解できることを明らかにした。3.【端面接合における寸法効果】

同一形状および体積比で寸法を変化させた場合の接合状態を、上で得た接合判定条件を用いてシミュレーションで評価した。その結果、同一体積比でも、接合に適する寸法範囲があり、寸法が過小でも過大でも接合しないとの新知見を得た。またこれを実験によって一部確認した。4.【心材の溶融条件の検討】鋳鉄溶湯による鋼心材の溶融条件を実験と計算で検討した。溶融は浸炭過程によって律速され、高温溶湯による初期溶融と、長時間浸炭による後期溶融があることを明らかにした。5.【心材がWC-Co合金の場合の実験と解析】鋳鉄溶湯によりWC-Co超硬合金を接合する場合の熱的条件と、溶湯成分の拡散合金化、融点低下による接合の機構を、実験と計算によって明らかにした。複合化鋳造は、鋳造による成形性と異種材料との接合による高機能化を同時に達成する有効な手法であり、多くの工業的需要がある。本研究はこれを制御可能で信頼できる生産技術として確立するために、鋳物と心材の寸法および注湯条件から接合状態を判定する手法を見出そうとするものである。研究は次の3部から成っている。(1)円筒状鋳物端面への円輪および円板状心材の接合実験と差分法による伝熱凝固解析、(2)円管および丸棒の埋設鋳ぐるみのシミュレーション、(3)これらから得られる接合限界の整理および限界判定法の提案。これによって次の成果が得られた。(1)埋設鋳ぐるみ、端面接合ともに、接合要件として「高温の心材と液相状態の溶湯の100秒以上の接触」が確定された。(2)上の熱的条件を満たす溶湯/心材体積比VRは、管および棒の鋳ぐるみでは810、端面接合では約30である。(3)しかし、限界体積比は心材肉厚に依存し、小肉厚でも大肉厚でも増大する。すなわち、接合状態には体積比による相似則が成立たない。(4)接合可能な寸法範囲は、心材の肉厚tあるいは半径D/2と体積比の逆数1/VRの関係として表示でき、およその境界線を定めることができた。(5)t, D/2-1/VR線図は、(1)接合が鋳物の寸法に依存する小寸法領域、(II)ほぼ一定の限界VRをとる最適領域、(III)接合が心材の寸法に支配される大寸法領域、の3つに分けられる。(6)管鋳ぐるみの肉厚t-1/VR線図を基準とし、棒および端面接合に対して適当な換算係数を用いることにより、これらを統一的に取扱う可能性が示された。さらに、関連する成果として(7)シミュレーションに適切な境界条件値および材料定数の範囲と計算結果に与える影響について多くの知見を得た。(8)鋼心材が鋳鉄溶湯中で溶融する過程とその条件を明らかにした。(9)WC-Co合金を心材とし、鋳鉄溶湯で鋳ぐるみ接合する場合についても、接合のメカニズムと接合の条件が明らかになった。
次世代極短パルスレーザーによるアト秒科学の新展開

H30年度の研究実施計画では、(1)高出力Ybレーザー開発のための調査研究、(2)超広帯域シードパルス発生手法の確立、(3)アト秒軟X線分光ビームラインの開発、の三項目を進めることとしていた。一方、本研究課題採択後に、光・量子飛躍フラッグシッププログラム(Q-LEAP)がスタートしたため、項目(1)の高出力Ybレーザー開発の見直しが必要となった。そのため、平成30年度は、項目(2)(3)について集中的に研究開発を行った。以下、この二項目についての研究実績概要を説明する。(2)超広帯域シードパルス発生手法の確立フェムト秒Ybレーザー増幅システムを用いて、サファイア結晶またはYAG結晶中でのフィラメンテーションによる白色光発生実験を行い、波長5001000 nmをカバーする超広帯域白色光発生を確認した。特に波長500950 nmでのスペクトルはスムースな形状であり、極短パルスシード光発生に適していることが判明した。また、波長1030 nmにおいて複数の石英薄板を用いた二段階パルス圧縮を行い、パルス幅6.5 fsの極短パルス発生に成功した。本構成で得られたフェムト秒パルスに対して差周波発生を行い、KTA結晶で光パラメトリック増幅することより、波長2.83.8μmで波長可変かつキャリアエンベロープ位相(CEP)安定な中赤外パルスを得た。本光源により、Ybレーザーを用いた光パラメトリック増幅システムの基本構成を実証できた。(3)アト秒軟X線分光ビームラインの開発差動排気されたガスセルを用いた軟X線発生部、トロイダルミラーを用いた集光部、および軟X線分光器から構成されるビームラインを構築した。高圧ガスセルの利用によって、ヘリウムおよびネオンガスを用いた高効率高次高調波発生が実現し、「水の窓」全域(280540 eV)をカバーするアト秒軟X線パルスの発生に成功した。H30年度は、フェムト秒Ybレーザー増幅システムをベースとした光パラメトリック増幅システムを構築し、その最適化および特性評価を行った。その結果、Ybレーザーを用いた光パラメトリック増幅システムにおいて、高安定なキャリアエンベロープ位相の長波長フェムト秒パルス発生、および、波長1030 nm帯におけるサブ2サイクルの極短パルス光発生に成功した。この結果は、サブピコ秒の高安定・高繰り返しYbレーザーシステムを用いることにより、高強度極短パルスが得られることを示しており、アト秒パルス発生のためのドライバー光源としての有用性を実証できた。この成果は、光パラメトリック増幅器の基本設計を行うという当初計画を大きく上回るものである。アト秒軟X線分光ビームラインの開発においては、差動排気ガスセルの開発がほぼ完了し、最大3.5気圧の背圧での高次高調波発生が可能となった。高調波発生の圧力依存性を測定した結果、Heガスでは2.8気圧、Neガスでは1.6気圧が最適圧力であり、このときに最も高い軟X線フォトンフラックスを得た。発生した軟X線のスペクトル帯域は、「水の窓」(280540 eV)の全域をカバーするものであり、軽元素としては炭素と窒素、遷移金属としてはチタンの吸収端での吸収端近傍X線吸収微細構造(NEXAFS)を実証した。また、得られた軟X線パルスは、ハーフサイクルカットオフと呼ばれるCEPに依存したスペクトル構造をもつため、水の窓領域で孤立アト秒軟X線パルスが得られていることを確認できた。これらの結果は、アト秒軟X線分光にむけての重要なステップである。まず、高出力Ybレーザーと光パラメトリック増幅(OPA)光源の開発については、光・量子飛躍フラッグシッププログラム(Q-LEAP)での光源開発との重複を避けるため、高繰り返し型の小型Ybレーザーシステムを用いた高強度極短パルスOPA光源の開発を行うこととする。軟X線ビームラインはほぼ完成したため、semi-infiniteセルを用いた差動排気システムへのアップグレードや光源の安定化等の改善を進める。また、時間的に同期したアト秒軟X線パルスとフェムト秒レーザーパルスを用いたアト秒軟X線吸収分光の実証を目指して、気相分子を対象とした超高速分光実験を行う。