hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
微細藻類の細胞融合による海洋流出油の分解

本研究は微細藻類の一種で高い原油分解能を有するPrototheca zopfiiとChlorellaとの細胞融合を試み、光合成による増殖が可能なハイブリッド藻を作製し、その原油分解特性と工学的な利用可能性(原油流出による海洋汚染の防止)を検討することを目的とした。まず、P.zopfiiをATCC、C.saccharophilaを東大分子細胞生物学研究所よりそれぞれ入手して、P.zopfiiはグルコース、C.saccharophilaはCO_2を炭素源として増殖させる培養操作法を確立した。前記2種の藻から細胞壁分解酵素を用いてプロトプラストを調整した。このような微細藻類のプロトプラスト化はひじょうに難しく、特にP.zopfiiについてはこれまで報告がないので、酵素の種類と濃度、処理直前の細胞の増殖期、処理温度のプロトプラスト化に及ぼす影響を詳細に検討し最適条件を見出した(その内容は、外国誌に投稿中)。次に、調整した2種の藻のプロトプラストの混合液に対して、電気細胞融合装置を用いて細胞融合を試みた。融合株と思われる藻細胞が顕微鏡観察により認められたが、その出現頻度が低いため現時点ではその単離に成功していない(論文準備中)。最後にこの石油分解藻の工学的利用可能性を検討するため、P.zopfiiをアルギン酸カルシウムゲルに固定し、C14-C16の飽和炭化水素に対する分解特性を固定化しない場合と比較して、固定化が極めて有望であることを確認した(論文投稿中)。
主観的認知ゲーム理論に基づく重要インフラの防護戦略と情報公開に関する研究

近年、政府は重要インフラのリスク管理状況について国民に対して説明責任を果たすことが求められている.そのような背景の中で、本研究では、「主観的認知ゲーム」を用いて、重要インフラのテロリスクに対する防護及び情報開示戦略について分析を行った。研究成果として、リスクが主観的にしか評価できない条件のもとで、客観的なテロリスク評価に依拠することなく社会的に支持される政策の評価枠組みについて提示した。さらに、重要インフラの情報開示戦略について、主観的なリスク評価結果ではなく、リスク対策の実施状況に関する情報開示がテロリスクを軽減する上で有効であることを示した。近年、政府は、重要インフラのリスク管理状況について国民に対して説明責任を果たすことが求められている。しかし、不適切なリスク管理に関する情報開示はテロリスクを増加させることにつながりかねない。また同様に、国民に不適切に不安感を与えることにつながりかねない。本研究では、テロリスクを想定したうえでの重要インフラの政府の情報開示戦略に関して、安全性を確保しつつ、国民の安心感を醸成するような総合的情報開示政策を構築することを目的としている。今年度は、住民の視点からテロリスクをとらえることが、住民の安心感の醸成を行ううえで重要であると捉え、住民に適切な意識と行動を促すための意思決定の仕組みについて検討を行った。これまで実施してきた政府、テロリストの間のゲームではなく、住民の視点からテロリスクを捉えることを試みている。このとき,住民にとってテロリスクは、種々ある関心事の一つであり、関心を示さない住民もいることを前提とした意思決定モデルを構築し、住民の相互作用行動モデルを作成し、関心のあるグループと関心のない(他の事柄に関心がある)グループに分ける、分科会のような仕組みを設けることが、より適切な住民行動を促すことができることを示した。なお、この成果は、第46回土木計画学会の中で発表を行い、社会基盤の安全性のみでなく、国民の観点からリスクを捉えることが、安心感の醸成を行う上でも重要であることを、多くの研究者との間で共有化することが出来た。また同様に、国民に不安感を与えることにつながりかねない。本研究では、テロリスクを想定した上での重要インフルの政府の情報開示戦略に関して、安全性を確保しつつ、国民の安心感を醸成するような総合的な情報開示政策を構築することを目的としている。今年度は、本研究の最終年度として、国民の安心感の醸成という視点にたった、情報公開を含めたガバナンス方策について検討を行った.国民側の安心感を醸成するためには,国民が当該リスクに対して当事者意識をもち,政府に依拠しない国民同士の役割分担やリーダーシップなどの適切なガバナンス体制を構築することが必要であることが理論上示した。近年,政府は,重要インフラのリスク管理状況について国民に対して説明責任を果たすことが求められているが、不適切なリスク管理に関する情報開示はテロリスクを増加させることにつながりかねない.本研究では,テロリスクを想定した上での重用インフラに関する情報開示戦略に関して,政策的示唆を得ることを目的としてゲーム理論を用いて分析を行っている.なお,多くの既往研究においては,政府、テロリスト,国民が想定するお互いの戦略的関係性は同一であるという仮定のもとで,それぞれの意思決定問題が定式化されていたのに対し、本研究では,政府とテロリスト,また国民がそれぞれ異なる戦略的関係性を想定し自らの意思決定を行う「主観的認知ゲーム」を用いて情報開示に関する政策的知見を得ることを試みている.政府とテロリストのコミュニケーションが遮断されている状況下においては,本仮定を採用する方が現実的妥当性は高いと考えられる.その上で,平成23年度は,複数のインフラを管理している政府を想定し,テロリスクを軽減しうる政府による情報開示策について分析を行った.情報開示策については,インフラ個別のテロ対策の実施状況に関する情報開示策ではなく,政府のテロリスクの警戒水準といった、インフラ全体が抱えるテロリスクに対して働きかけを行うような情報開示策が有効的であり,効果的な範囲があることを示した.これらの成果は,土木学会関西支部年次学術講演会,土木計画学会,2011 International Conference on Systems, Man, Cyberneticsを通じて研究発表を行い,その現実的妥当性と適応可能性について議論を行い,テロリスクに備えるという観点から情報開示が抱える問題点と課題については共有化することが出来た.当初の研究計画では、平成23年度は、リスク評価の主観性を考慮した複数インフラの情報開示戦略に関する分析、平成24年度は、警戒政府、無警戒政府の想定を考慮した重要インフラの情報開示戦略に関する分析、を計画しており、これらの研究はおおむね完了しており、既に学術論文として掲載され、研究発表を行っている。そのため、現在までの達成度としては、「おおむね順調に進展している」と判断する。ただし、今年度は、次年度の研究計画として掲げていた課題、国民の安心感の醸成を考慮した重要インフラの情報開示戦略に関する分析、に取り組みはじめた年度であったが、十分な成果があがっていない。

この課題については次年度も継続して実施する予定である。平成23年度は,当初の計画通り,リスク評価の主観性を考慮した複数インフラの情報開示戦略に関する研究を行った.複数のインフラを管理している政府を想定することにより,単一のインフラを管理する場合と異なり,あるインフラの防護が他のインフラのテロリスクを上昇させるというリスクの移行性の問題が生じる.そのような問題に対しては,政府の警戒水準の開示という,各インフラのリスクを個別に開示するのではなく,政府がテロリスクを統合的に対処することが重要であり,それが有効に機能する範囲を示した.これらの研究成果は,概ね計画段階で想定していた結果と相違なく政策的示唆が得られており,これらの成果は,国内学会(土木計画学会、土木学会関西支部)において計画通り研究発表を行った.また,国際学会については,当初予定されていた国際学会「人間安全保障工学に関するシンポジウム」が,バンコクで発生した水害の影響により開催が中止されたため、米国で行われた2011IEEE International Conference on Systems, Man, Cyberneticsに参加,研究発表を行い,発表した論文が学会誌に査読付き論文として掲載された.研究についてはおおむね計画通りに進展している.今後の研究の推進方策としては、当初の計画通り、国民の安心感の醸成を考慮した重要インフラの情報開示戦略に関する分析に取り組む予定である。具体的には、政府、テロリスト、国民の三者間のゲームを考え、重要インフラ防護のための情報開示戦略に関する総合的な政策的知見を得ることを目指す。また、現在、「人間安全保障工学への挑戦」という題目の本を執筆中であり、その中に本科研の研究成果を取り入れることを予定している。次年度は,今年度に実施したリスク評価の主観性を考慮した複数インフラの情報開示戦略に関する研究成果について,土木学会論文集(計画学)に投稿することを予定している.また,これまでの研究においては政府とテロリストが異なる政府像を想定している場合を仮定した上でモデル化を行っていたが,今年度は,政府とテロリストが,警戒政府/無警戒政府という政府像を共有している状況をモデル化し,我が国固有の情報開示政策のあり方についてモデル分析,政策的示唆を得ることを目指す.次年度は、これまでの行政、テロリストに加えて、住民への情報開示の観点から分析を行う。そのため、住民の安全・安心に関する心理学関係の図書を購入することを予定している。さらに、最終年度として、テロリスク下における社会基盤施設の防護のための総合的な政策的知見を冊子としてとりまとめることを予定している。その印刷費についても計上している。
アーム型セミアクティブ制振装置の制振性能に関する研究

本研究では,地震や風により生じる機器,配管系,搭状構造物などの複雑な振動を抑制できるような多自由度制振装置を得ることを目的として,摩擦力可変型のアーム型セミアクティブ制振装置を開発した.本制振装置は4関節と3リンクから成る人間の腕のような形をした制振装置であり,関節部は超磁歪アクチュエータ,拡大機構,鋼球受け及び鋼球によって構成されている.本制振装置は四つの関節を3本のリンクでつないだ構造であるので,物体の6自由度の振動を抑制することが可能である.本制振装置を試作して,並進3方向の抵抗力特性を調べ,1質点3自由度系に対する制振効果を地震応答実験と解析により確かめた【Journal of ALLOYS AND COMPOUNDS,Vol.258(1997-8)】.本制振装置の制振性能は,超磁歪アクチュエータと拡大機構から成るアクチュエータシステムの変位・力拡大能力に依存する.そこで,流体式拡大機構付き及びテコ式拡大機構付き超磁歪アクチュエータシステムを試作し,その拡大性能を実験と理論解析によって検討した【日本機械学会九州支部創立50周年記念講演会講演論文集(1997-10),1998年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集(1998-3),第10回「電磁力関連のダイナミックス」シンポジウム講演論文集(1998-6)】.その結果,本制振装置にはテコ式拡大機構が適しており,押付け力を最大にする拡大機構の最適設計条件が存在することを確かめた.現在,この最適条件に基づいて新しいアーム型セミアクティブ制振装置を設計・製作し,その制振性能を実験・解析中であり,その結果を第11回「電磁力関連のダイナミックス」シンポジウム(平成11年10月13日15日開催)で発表する予定である.また,超磁歪アクチュエータの代わりにコイルばねを用いたパッシブ型のアーム型制振装置を試作し,その振振性能を実験と計算によって調べた【日本機械学会東北支部第33期講演会講演論文集(1998-3)】.本研究では,地震や風により生じる機器,配管系,搭状構造物などの複雑な振動を抑制できるような多自由度制振装置を得ることを目的として,摩擦力可変型のアーム型セミアクティブ制振装置を開発した.本制振装置は4関節と3リンクから成る人間の腕のような形をした制振装置であり,関節部は超磁歪アクチュエータ,拡大機構,鋼球受け及び鋼球によって構成されている.本制振装置は四つの関節を3本のリンクでつないだ構造であるので,物体の6自由度の振動を抑制することが可能である.本制振装置を試作して,並進3方向の抵抗力特性を調べ,1質点3自由度系に対する制振効果を地震応答実験と解析により確かめた【Journal of ALLOYS AND COMPOUNDS,Vol.258(1997-8)】.本制振装置の制振性能は,超磁歪アクチュエータと拡大機構から成るアクチュエータシステムの変位・力拡大能力に依存する.そこで,流体式拡大機構付き及びテコ式拡大機構付き超磁歪アクチュエータシステムを試作し,その拡大性能を実験と理論解析によって検討した【日本機械学会九州支部創立50周年記念講演会講演論文集(1997-10),1998年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集(1998-3),第10回「電磁力関連のダイナミックス」シンポジウム講演論文集(1998-6)】.その結果,本制振装置にはテコ式拡大機構が適しており,押付け力を最大にする拡大機構の最適設計条件が存在することを確かめた.現在,この最適条件に基づいて新しいアーム型セミアクティブ制振装置を設計・製作し,その制振性能を実験・解析中であり,その結果を第11回「電磁力関連のダイナミックス」シンポジウム(平成11年10月13日15日開催)で発表する予定である.また,超磁歪アクチュエータの代わりにコイルばねを用いたパッシブ型のアーム型制振装置を試作し,その振振性能を実験と計算によって調べた【日本機械学会東北支部第33期講演会講演論文集(1998-3)】.アーム型セミアクティブ制振装置は,4関節と3リンクから成る人間の腕のような形をした制振装置であり,各関節は超磁歪アクチュエータ,拡大機構,鋼球受けおよび鋼球によって構成されている.超磁歪アクチュエータに電流を加えるとアクチュエータが伸び,その伸びが拡大機構を介して鋼球受けを鋼球に押しつけて摩擦力を発生させ,振動を抑制する仕組みである.本制振装置は4関節を持っているので,物体のx, y, z方向およびx, y, z軸まわりの6自由度の振動を抑制することが可能である.本制振装置の制振性能は,各関節部に使用する超磁歪アクチュエータおよび拡大機構の性能のよって大きく影響される.そこで本年度は,まず流体式拡大機構付き超磁歪アクチュエータシステムを試作し,その基本特性について実験的に検討した〔日本機械学会九州支部創立50周年記念講演会講演論文集(1997-10),1998年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集(1998-3)〕.その結果,試作した流体式拡大機構は,超磁歪アクチュエータの変位を約7.8倍に拡大できることがわかった.しかし,流体指揮拡大機構は油漏れの心配があるので,次に弾性ヒンジを用いてテコ式拡大機構を試作し,目下その静的および動的特性を理論的並びに実験的に検討している.

また,本制振装置を実際に試作して,並進3方向の抵抗力特性を実験によって調べ,1質点2自由度系および3自由度系に対する制振効果を実地震波実験と地震応答解析によって確かめた〔Journal of ALLOYS AND COMPOUNDS, Vol. 258 (1997-8)〕.本研究では,地震や風により生じる機器,配管系,搭状構造物などの複雑な振動を抑制できるような多自由度制振装置を得ることを目的として,摩擦力可変型のアーム型セミアクティブ制振装置を開発した.本制振装置は4関節と3リンクから成る人間の腕のような形をした制振装置であり,関節部は超磁歪アクチュエータ,拡大機構,鋼球受け及び鋼球によって構成されている.本制振装置は四つの関節を3本のリンクでつないだ構造であるので,物体の6自由度の振動を抑制することが可能である.本制振装置の制振性能は,超磁歪アクチュエータと拡大機構から成るアクチュエータシステムの変位・力拡大能力に依存し,関節部の鋼球押付け力が大きいほど制振性能も大きくなる.そこで本年度は,弾性ヒンジを用いたテコ式拡大機構付き超磁歪アクチュエータシステムを試作し,その拡大性能を実験と理論解析によって検討した【第10回「電磁力関連のダイナミックス」シンポジウム講演論文集(1998-6)】.その結果,鋼球押付け力を最大にするためのテコ式拡大機構の最適設計条件が存在することを確かめた.現在,この最適条件に基づいて新しいアーム型セミアクティブ制振装置を設計・製作し,この割振装置を1質点2自由度系及び3自由度系に取り付けたときの制振性能を地震応答実験と解析によって確かめているところであり,それらの結果を第11回「電磁力関連のダイナミックス」シンポジウム(平成11年10月13日15日開催)で発表する予定である.
タンパク質立体構造の安定性・ダイナミックス・折れたたみ機構

本計画研究班では、「蛋白質立体構造の構築原理」の物理・化学的側面を解明する。「構築原理」の物理・化学的側面を解明するために、(1)ヒト・リゾチームを集中的に研究する課題と(2)種々の蛋白質を用いて立体構造の安定性・ダイナミックス・折れたたみ機構に関するそれぞれの重要な問題を解決する課題に分かれている。(1)の課題(油谷、山縣、北尾)は、系統的で網羅的なヒトリゾチーム変異型を作成し(100種以上)、得られた全ての変異型について、カロリメトリーにより熱変性の熱力学的パラメータを求めると同時にX線結晶構造解析を行い変異に伴う構造変化を調べた。蓄積されたデータを基に、変異蛋白質の安定性の変化と構造の変化の相関を検討し、個々の安定化因子の定量化に成功した。そこでは、二次構造の傾向性、水分子の導入、水素結合の形成と消失、極性基(polar)なびに非極性基(non-polar)の変性に伴う表面露出面積の差(DDASA)などを考慮した。これらの結果は、非極性基の変化は安定性に大きな役割を果たすのに対して、極性基は殆ど安定化に影響を与えないことを示した。また、例えば、2.8Å離れた水素結合の寄与は5.0kJ/molとなった。そして、1分子の水の導入によるエントロピー項による不安定化は-7.lkJ/molで、水の導入によって2本の水素結合ができたとすれば、結果的に2.9kJ/mol安定化されることが分かった。(2)の課題に関しては、好熱菌蛋白質の安定性研究には城所、油谷が担当した。櫛田は自身が開発した時間分割フォールバーニング分光法を用いて、広い温度領域と時間領域に亘って蛋白質の構造変化のダイナミックスの直接観測を行うことに主力を注ぎ、独創的な成果を得た。ダイナミックス、折れたたみ機構.非天然状態の構造研究は木寺、片岡、桑島、後藤が、更に蛋白質の機能解析に熊谷、城所が担当して種々の成果を得た。本研究課題は「タンパク質立体構造の構築原理」解明の物理化学的側面の最も重要な部分、安定性・ダイナミックス・折れたたみ機構、の研究を行うことを目的としている。本計画は(1)特定のモデルタンパク質を集中的に研究する課題と(2)タンパク質の個々の重要な問題を解決する課題に分かれている。(1)モデルとしてヒト・リゾチームを取り上げ、タンパク質の疎水性相互作用と水素結合形成に果たすアミノ酸残基の役割を明らかにする目的で、Ile→Val変異型(5種),Val→Ala変異型(9種)、Tyr→Phe変異型(6種)を作製し、カロリメトリーにより熱変性の熱力学的パラメータを求めた(油谷、城所)。同時にX線結晶構造解析(山懸)を行い変異に伴う構造変化を調べた。その結果、これまで報告されていたのとは異なり、変異の影響は置換残基周辺に留まらず分子全体に及んでいることが明らかとなった。(2)個々の重要な課題では、安定性では、超好熱菌タンパク質のメチオニンアミノペプチダーゼとピログルタミルペプチダーゼ(油谷)と好熱菌のサーモライシン(城所)を用いて熱力学的に安定化機構を解析した。ダイナミックスでは、櫛田はレーザー分光法により、4Kから室温までの温度領域におけるミオグロビンの低波数の振動モード、ガラス転移前後の構造緩和を調べた。

北尾は蛋白質ダイナミックスの特に非調和的側面に注目して研究した。折れたたみ機構は、後藤がβ-ラクトグロブリンの中間状態と構造形成反応、伊倉がスタフィロコッカルヌクレアーゼを用いてプロリン残基の異性化反応と構造形成反応の関わりを研究した。本研究課題は「タンパク質立体構造の構築原理」解明の物理化学的側面の最も重要な部分、安定性・ダイナミックス・折れたたみ機構、の研究を行うことを目的としている。本計画は(1)ヒト・リゾチームを集中的に研究する課題と(2)タンパク質の個々の重要な問題を解決する課題に分かれている。(1)の課題では、系統的でかつ網羅的な変異型ヒト・リゾチーム(特に疎水性相互作用に当てている)を作製し、それらの物理化学的性質、特に変性の熱力学的パラメータを精度高く求め(油谷、城所)、更にそれぞれの変異型をX線結晶構造解析で変異による構造変化を高分解能で求め(山縣)、各変異残基の安定化への寄与を明らかにした。得られた結果は、これまで言われていたように単純に分子内部の疎水性残基に比例して安定性は高くならずにその残基の置かれている立体構造上の特徴に依存することが判明した。例えば、ヘリックス上の残基はヘリックス形成の傾向性と強く相関することが明らかとなった。また、変異型の安定性変化の原因を明らかにするために自由エネルギー摂動法という計算機シミュレーションの方法を用いて解析した(北尾)。(2)の課題では、油谷と城所は好熱菌の産出する蛋白質の安定化機構の研究を、後藤は主にβラクトグロブリンを用いて変性中間状態の構造の安定性研究を、伊倉はスタフィロコッカルヌクレアーゼのプロリン変異型を用いて折れたたみ機構の研究を、櫛田はレーザー誘起蛍光分法とホールバーニング分光を使ってミオグロビンやシトクロムcを用いて立体構造のサイナミックスの研究を、北尾は蛋白質のダイナミックスと安定化メカニズムの解明の研究を行った。(1)の課題では、系統的でかつ網羅的な変異型ヒト・リゾチームを作製し、それらの物理化学的性質、特に変性の熱力学的パラメータを精度高く求め(油谷、城所)、更にそれぞれの変異型をX線結晶構造解析で変異による構造変化を高分解能で求め(山縣)、各変異残基の安定化への寄与を明らかにすることを目標としている。これまでに蓄積されたデータを基に、変異タンパク質の安定性の変化と構造の変化の相関に検討し、個々の安定化因子の定量化に成功した。つまり、二次構造の傾向性、水分子の導入、水素結合の形成と消失、極性基(polar)なびに非極性基(non-polar)の変性に伴う表面露出面積の差(ΔΔASA)などを考慮して、実験値と最もフィットする安定化のパラメータを求めた。また、置換による安定性変化が、どの残基がどのような相互作用の変化によって生じたか(コンポーネント解析)を自由エネルギー摂動法を用いて解析するプログラムの開発を進めていたが、今年度やっと実用化の運びとなった(北尾)。(2)の課題では、油谷と城所は好熱菌の産出する蛋白質の安定化機構の研究を、櫛田は自身の開発した時間分割フォールバーニング分光法を用いて、広い温度領域と時間領域に亘ってタンパク質の構造変化のダイナミックスの直接観測に成功した。片岡は折れたたみに伴うダイナミックスの変化を調べるために、中性子準弾性・非弾性散乱による研究を行った。
ガラスの結晶化による超イオン伝導性準安定相の創製と全固体電池への応用

Li_2S-P_2S_5系をベースとするガラス性液体からの超イオン伝導性Li_7P_3S_<11>結晶の析出条件を検討することによって、高いリチウムイオン伝導性と広い電位窓を兼ね備えた硫化物系固体電解質材料を開発した。得られた固体電解質を用いた全固体電池について、電極-電解質界面の構築と評価を行い、全固体リチウム電池が10mA cm^<-2>の大きな電流密度で二次電池として作動することを明らかにした。本年度は、Li_2S-P_2S_5系をベースとするガラスからの準安定相の析出条件を検討し、得られるガラスセラミックスの高イオン伝導化に取り組んだ。溶融急冷法による70Li_2S・30P_2S_5(mol%)ガラスの合成条件について調べ、溶融条件を750°Cで10時間と決定した。得られたガラスを280360°Cで熱処理することにより、通常の固相反応では合成できない新規な結晶Li_7P_3S_<11>結晶が析出して、導電率が大きく増大した。またP_2S_5の一部を、様々な硫化物や酸化物で置換することにより導電率の増加することが明らかになった。例えば3mol%のP_2O_5で置換したガラスセラミックスは、未添加の組成と比べて導電率が向上し、室温で2.7×10^<-3>S cm^<-1>の値を示すことがわかった。ラマン分光や固体NMRを用いてガラスの局所構造について調べた。硫化物ガラスを構成するP_2S_7およびPS_4構造単位に加えて、P_2O_5置換系では硫黄が酸素で一部置換されたPOS_3構造単位が存在し、P_2S_3置換系ではP_2S_6^<4->ユニットが存在していることがわかった。また結晶化により析出する結晶相が、ガラスの局所構造に大きく依存することが明らかになった。以上の結果から、第三成分を導入することによって、ガラスベース固体電解質の局所構造や特性を変化させることが可能である。また70Li_2S・30P_2S_5ガラスと有機イオンを含むリチウム塩LiTFSIを用いて、無機-有機複合ガラスの合成を行った。熱分析の結果、メカノケミカル法により合成した95(70Li_2S・30P_2S_5)・5LiTFSI(mol%)試料は、LiTFSI自身の融解、凝固に対応する熱変化が観測されず、ガラス転移温度は70Li_2S・30P_2S_5ガラスの値と比べて低下することがわかった。得られた複合ガラスの導電率を調べたところ、硫化物ガラスとほぼ同等であった。今後、リチウム塩の種類や添加量を最適化することにより、ガラス転移温度の低下に伴う導電率の向上が期待される。これまでの研究から、70Li_2S・30P_2S_5(mol%)組成のガラスを加熱結晶化することによって、超イオン伝導性結晶であるLi_7P_3S_<11>結晶が析出し、得られたガラスセラミックスが室温で10^<-3>Scm^<-1>以上の高い導電率を示すことを明らかにしている。本年度は、Li_7P_3S_<11>結晶の新規な作製プロセスとして、70Li_2S、30P_2S_5組成の融液を融点付近で長時間保持し、融液からの核生成・結晶成長について検討した。熱処理条件について詳しく検討したところ、出発物質を750°Cで溶融後、700°Cで48時間熱処理した後に急冷することによって、Li_7P_3S_<11>結晶を単相で得ることに成功した。また、放射光X線源を用いた粉末X線回折測定によって、Li_7P_3S_<11>の結晶構造について調べた。X線回折パターンは、三斜晶系(空間群P-1)で指数付けすることができた。Li_7P_3S_<11>の結晶構造中には、ラマン分光の結果を支持するP_2S_7^<4->とPS_4^<3->が配列し、それらの間にLi^+が位置することが示された。この構造は、PS_4^<3->を基本骨格とする高リチウムイオン伝導性硫化物結晶thio-LISICONとは異なっていることがわかった。またメカノケミカル法を用いて、70Li_2・S30P_2S_5ガラスと様々なリチウム塩から、無機-有機複合ガラスの合成に取り組んだ。硫化物ガラスに5mol%のLiBF_4、LiPF_6、LiN(SO_2CF_3)_2、LiIを添加することによって、ガラス転移温度の低下することがわかった。

ラマン分光測定の結果、リチウム塩としてLiBF_4やLiN(SO_2CF_3)_2、LiIを添加したガラスは、母ガラスと類似の局所構造を有しており、また得られたガラスは母ガラスとほぼ同等か、もしくはそれ以上の導電率を示すことがわかった。70Li_2S・30P_2S_5組成(mol%, Li_7P_3S_<11>に相当)に対して、P_2S_5の一部をP_2S_3に置換することによって、導電率が向上することを明らかにした。ボールミル処理条件について最適化を行った結果、明瞭なガラス転移現象を示すガラス粉末を作製することが可能となった。1mol%のP_2S_5をP_2S_3に置換したガラスを結晶化することによって、室温において5.4×10^<-3>S cm^<-1>の極めて高い導電率を示すガラスセラミックスの得られることがわかった。これまでほとんど検討されていない硫化物電解質の大気安定性について知見を得るために、様々な組成のLi_2S-P_2S_5、系ガラスおよびガラスセラミックスの、大気中における構造変化を調べた。70Li_2S・30P_2S_5(mol%)ガラスは大気にさらすことによって、ガラス中のPS_4^<3->イオンおよびP_2S_7^<4->イオンがP_2S_6^<4->イオンへと変化し、構造が保持されていないことがわかった。一方、75Li_2S・25P_2S_5(mol%)ガラスおよびガラスセラミックスを大気中にさらしたところ、PS_4^<3->イオンが保持されていることがわかった。この組成の固体電解質は大気中においても大きな構造変化を示さないことから、比較的安定な硫化物固体電解質として期待できる。様々な電極活物質とLi_2S-P_2S_5系ガラスセラミック電解質を組み合わせて、全固体電池を構築した。中でもLi_4Ti_5O_<12>を電極活物質に用いた電池は、最大10mA cm^<-2>の大きな電流密度においても二次電池として作動することがわかった。TEM-EDX分析を用いて電極/電解質界面構造を調べたところ、両者の接触界面において元素の相互拡散は確認されず、界面インピーダンスも比較的小さいことが明らかになった。良好な電極/電解質界面の形成が、電池の出力特性の向上に寄与していると考えられる。
U-Th法を用いた有孔虫殻14C年代の海洋リザーバー効果補正と古海洋学への応用

海洋コアの同一層準から産出する浮遊性有孔虫殻のAMS14C年代測定と暦年代とほぼ等しいU-Th年代測定を同時に行い,その年代差から過去5万年における海洋リザーバー効果の評価をおこなうことを目的とする.試料として供される有孔虫殻は微量であるが,近年開発されたマルチコレクター型ICP-MS(MC-ICP-MS)では,UおよびTh同位体比測定が微量かつ精密に測定でき,極めて精度の高い230Th/234U年代測定法を行うことが出来る.これを堆積速度の速い海洋コアに適応し連続的に測定を行えば,各海域における海洋リザーバー効果による経年変化の評価ができ,その補正曲線を構築することが可能になる.このことは,氷床-陸上-海洋と異なる編年のもとで復元される過去の環境変動を同一時間スケールで議論することが可能になり,全球的な古環境復元の進展につながる.東赤道太平洋域の海洋コア3本でおこなったAMS14C年代測定(済)と同層準から産出する浮遊性有孔虫殻のU、Th同位体比測定を中心に行った。有孔虫殻に含まれるUとTh濃度の確認と不純物を取り除く前処理に必要な量を決定した.さらに,それに対し実際必要となる有孔虫の重量(個体数)を決定した.現在,AMS14C年代法で見積もられた5万年前までの堆積物から10層準の追加拾い出しを終え,MC-ICP-MS測定を行う溶液を作成し,230Th/234U年代測定を行っている.その結果から,AMS14C年代と比較し,海洋リザーバー効果の評価を行う.海洋コアの同一層準から産出する浮遊性有孔虫殻のAMS14C年代測定と暦年代とほぼ等しいU-Th年代測定を同時に行い,その年代差から過去5万年における海洋リザーバー効果の評価をおこなうことを目的とする.試料として供される有孔虫殻は微量であるが,近年開発されたマルチコレクター型ICP-MS(MC-ICP-MS)では,UおよびTh同位体比測定が微量かつ精密に測定でき,極めて精度の高い230Th/234U年代測定法を行うことが出来る.これを堆積速度の速い海洋コアに適応し連続的に測定を行えば,各海域における海洋リザーバー効果による経年変化の評価ができ,その補正曲線を構築することが可能になる.このことは,氷床-陸上-海洋と異なる編年のもとで復元される過去の環境変動を同一時間スケールで議論することが可能になり,全球的な古環境復元の進展につながる.東赤道太平洋域の海洋コア3本でおこなったAMS14C年代測定(済)と同層準から産出する浮遊性有孔虫殻のU、Th同位体比測定を中心に行った。有孔虫殻に含まれるUとTh濃度の確認と不純物を取り除く前処理に必要な量を決定した.さらに,それに対し実際必要となる有孔虫の重量(個体数)を決定した.現在,AMS14C年代法で見積もられた5万年前までの堆積物から10層準の追加拾い出しを終え,MC-ICP-MS測定を行う溶液を作成し,230Th/234U年代測定を行っている.その結果から,AMS14C年代と比較し,海洋リザーバー効果の評価を行う.本研究では,海洋コアの同一層準から産出する浮遊性有孔虫殻のAMS^<14>C年代測定と暦年代とほぼ等しいU-Th年代測定を同時に行い,その年代差から過去5万年における海洋リザーバー効果の評価をおこなうことを目的とする.試料として供される有孔虫殻は微量であるが,近年開発された多重検出器型ICP-MS(MC-ICP-MS)では,UおよびTh同位体比測定が微量かつ精密に測定でき,極めて精度の高い230Th/234U年代測定法を行うことが出来る.これを堆積速度の速い海洋コアに適応し連続的に測定を行えば,各海域における海洋リザーバー効果による経年変化の評価ができ,その補正曲線を構築することが可能になる.本年度は,東赤道太平洋から採取されたHY-04,06,08の3本のコアを用いた.まず,浮遊性有孔虫(G.ruber)の酸素同位体比を求め,MISを確認後,堆積年代から平均堆積速度を求めた.その結果,HY-04,06,08コアにおいて,それぞれ1.9cm/kyr., 3.6cm/kyr., 0.9cm/kyr.であった.各コアとも,MIS13層準において産出の多い浮遊性有孔虫(N.dutertrei)を用いて300個体(約10mg)を拾いだし,15層準をAMS^<14>C年代測定用試料とした.それらは,高真空ラインを使って酸と反応させCO2ガス化を行い,水素還元法によるグラファイトを作製した.加速器質量分析法による^<14>C年代測定を行った.また,U,Th同位体比測定のために,浮遊性有孔虫殻のクリーニングや前処理法の検証を行った.物理的,化学的処理を繰り返し行い,ICP-MSを用いて各元素の濃度測定を行い,種ごとに濃度の違いがあるかどうかチェックした.現在,殻のクリーニング法やUやThの抽出法はほぼ確立しており,来年度からMC-ICP-MS測定を行い,UとTh同位体比を測定する予定である.

本研究では,海洋コアの同一層準から産出する浮遊性有孔虫殻のAMS^<14>C年代測定と暦年代とほぼ等しいU-Th年代測定を同時に行い,その年代差から過去5万年における海洋リザーバー効果の評価をおこなうことを目的とする.試料として供される有孔虫殻は微量であるが,近年開発された多重検出器型ICP-MS(MC-ICP-MS)では,UおよびTh同位体比測定が微量かつ精密に測定でき,極めて精度の高い230Th/234U年代測定法を行うことが出来る.これを堆積速度の速い海洋コアに適応し連続的に測定を行えば,各海域における海洋リザーバー効果による経年変化の評価ができ,その補正曲線を構築することが可能になる.本年度は,東赤道太平洋から採取されたHY-04,06,08の3本のコアを用いた.まず,浮遊性有孔虫(G.ruber)の酸素同位体比を求め,MISを確認後,堆積年代から平均堆積速度を求めた.その結果,HY-04,06,08コアにおいて,それぞれ1.9cm/kyr.,3.6cm/kyr.,0.9cm/kyr.であった.各コアとも,MIS13層準において産出の多い浮遊性有孔虫(N.dutertrei)を用いて300個体(約10mg)を拾いだし,15層準をAMS^<14>C年代測定用試料とした.それらは,高真空ラインを使って酸と反応させCO2ガス化を行い,水素還元法によるグラファイトを作製した.加速器質量分析法による^<14>C年代測定を行った.また,U, Th同位体比測定のために,浮遊性有孔虫殻のクリーニングや前処理法の検証を行った.物理的,化学的処理を繰り返し行い,ICP-MSを用いて各元素の濃度測定を行い,種ごとに濃度の違いがあるかどうかチェックした.現在,殻のクリーニング法やUやThの抽出法はほぼ確立しており,来年度からMC-ICP-MS測定を行い,UとTh同位体比を測定する予定である.海洋コアの同一層準から産出する浮遊性有孔虫殻のAMS14C年代測定と暦年代とほぼ等しいU-Th年代測定を同時に行い、その年代差から過去5万年における海洋リザーバー効果の評価をおこなうことを目的とする。試料として供される有孔虫殻は微量であるが、近年開発されたマルチコレクター型ICP-MS(MC-ICP-MS)では、UおよびTh同位体比測定が微量かつ精密に測定でき、極めて精度の高い230Th/234U年代測定法を行うことが出来る。これを堆積速度の速い海洋コアに適応し連続的に測定を行えば、各海域における海洋リザーバー効果による経年変化の評価ができ、その補正曲線を構築することが可能になる。このことは、氷床-陸上-海洋と異なる編年のもとで復元される過去の環境変動を同一時間スケールで議論することが可能になり、全球的な古環境復元の進展につながる。今年度は、東赤道太平洋域の海洋コア3本でおこなったAMS14C年代測定(済)と同層準から産出する浮遊性有孔虫殻のU、Th同位体比測定を主に行った。有孔虫殻に含まれるUとTh濃度の確認と不純物を取り除く前処理に必要な量を決定した。さらに、それに対し実際必要となる有孔虫の重量(個体数)を決定した。現在、AMS14C年代法で見積もられた5万年前までの堆積物から10層準の追加拾い出しを終え、MC-ICP-MS測定を行う溶液を作製し、230Th/234U年代測定を行っている。その結果から、AMS14C年代と比較し、海洋リザーバー効果の評価を行う予定である。
核融合炉ブランケットにおけるトリチウム生成機能の基礎的研究

DT核融合炉実現のためには燃料サイクルの確立が不可欠であり、少なくとも燃料として消費する以上のトリチウムをブランケットにおいて増殖し、これを効率的に回収する必要がある。このためには、トリチウム増殖率を正確に評価することや、増殖されたトリチウムの増殖材料中からの放出特性を明らかにすること、放出されたトリチウムを回収・精製・分離するためのプロセス設計のための基礎データを求めることが重要である。本研究では以下の3つの項目において作業を行ない、核融合炉ブランケットにおけるトリチウムの増殖・回収・精製について総合的に評価することを目的とした。1.増殖材料の製造研究と諸特性の測定。ブランケットトリチウム増殖材料として重要なリチウム系セラミックスの密度制御と製造法の研究を行なった。固体及び融体増殖材料の高温中性子照射下におけるトリチウム放出実験を行ない、その挙動について明らかにした。トリチウム放出に及ぼす照射欠陥の影響を明らかにした。トリチウム回収に大きな影響を及ぼす増殖材料の表面反応性や重要な設計データである熱物性を測定した。2.ブランケット材のトリチウム増殖能。リチウム球と鉛球殻よりなる既設の複合体系の外側にグラファイト反射体を取り付け、大阪大学オクタビアン強力中性子源研究施設に設置し、放射化箔法による中性子発生率と炭酸リチウムペレット法によるトリチウム生成率の測定を行なった。また種々の増殖材料に関してトリチウム増殖能の評価を行なった。3.増殖トリチウムの回収と精製・貯蔵。固体増殖材からスイープガス中へ放出されたトリチウムの回収および水素同位体分離に有望な、合金ゲッター材料の実用面での有用性を検証した。トリチウム分離用焼結合金膜の作成条件を制御し、分離特性との関連を明らかにした。
高分子材料の分子構造と寿命の関係の解明

側鎖が粘弾性特性に及ぼす影響を定量的に評価するために、側鎖が付いていないPE、メチル基が付いたPP、塩素が付いたPVC、ベンゼン環が付いたPSを対象として応力緩和解析を行った。はじめにおおよその分子の動きを把握するために重合度を10とした一本鎖モデルを作成し、応力緩和解析を行った。その結果、応力緩和挙動に対して非結合エネルギの影響が支配的であることが明らかとなった。またその理由として、側鎖同士の相互作用の強さが影響を及ぼしていることが明らかとなった。また非結合エネルギの時間変化については、側鎖の分子量と相関関係があることが明らかとなった。これより側鎖が大きい方が応力緩和挙動を発現しやすいことが示唆された。また重合度を50、本数を100本導入したバルクモデルについても同様の解析を行った。その結果、一本鎖モデルと同様に側鎖の分子量が大きいほど、総ポテンシャルエネルギーの変化が大きい結果が得られた。しかしバルクモデルでは非結合エネルギだけでなく、ねじり角にも側鎖の分子量と相関関係が見られた。また側鎖の大きさが大きいポリスチレンについては、一本鎖モデルとは異なる挙動を示すことが明らかとなった。バルクモデルにおいてはベンゼン環の大きさ故に、分子鎖の移動が妨げられたと考えられる。今後はベンゼン環に注目して動き解析を行うことも検討に入れる必要がある。また、PE・PP・PVCを対象として引張解析を行った。その結果、引張解析中に密度が低い部分が発生した。密度が低い部分を定量的に評価するために、全体の1/10の密度になった部分(空孔)が発生したときの発生応力をまとめた。ひずみ速度が高い・温度が低い場合において、空孔発生応力が高くなる傾向が見られた。また、側鎖の有無・種類によって分子鎖の配向度の変化が異なること、また非結合エネルギが増加することによって空孔部が発生することが明らかとなった。初年度にモデル作成手順の検討、また応力緩和解析結果からの粘性・弾性に寄与する因子の提案等が、また2年目には側鎖が粘弾性特性および引張破壊特性に及ぼす影響を明らかにすることができており、現状ではMD解析は順調に進んでいると思われる。しかし、応力緩和・引張解析などの力学的な解析は行えているが、結果が実験値と大幅にずれており、ひずみ速度の速さ分を考慮したとしても明らかに大きすぎる値が算出されている。この原因としては、モデル作成手順方法・解析手法の妥当性などが考えられるが、作成方法については初年度に詳細な検討を行っており問題はないと思われる。そのため解析手法の見直しが必要となった。原因の一つとして粗視化モデルであるUNITED ATOMモデルを利用していることが挙げられる。しかし解析時間の関係で全原子モデルの利用がこれまで困難であったため、代替となる解析ソフトを探した結果、高分子専用のGromaxに切り替えることで、問題の回避が可能であるだけでなく、大幅に計算速度が向上することがわかった。現状では進捗が遅れている状態ではあるが、最終年度にすべての結果を出すことは可能であると考えている。また実験については、原子間力顕微鏡およびレーザー顕微鏡を使用することが可能となったため、引張試験中のクレイズ等の発生挙動を正確に見るために、顕微鏡下引張試験装置を購入した。しかし、顕微鏡下引張試験装置の設計に関して調整が遅れてしまい、現状ではまだ結果を出せていない。そのほか動的粘弾性試験により粘弾性特性の計測はすでに行っており、時間ー温度換算則を用いてMD解析を行うような短時間領域での粘弾性特性の把握を可能としている。昨年度までにおける解析結果の妥当性が危ぶまれるため、今年度はすべての解析を再度行う必要がある。そのためにワークステーションでのGromaxの使用およびGromaxが導入されている計算サーバー(Exabyte.io)も併用することで、加速的に解析速度を向上させ、これまでのような粗視化モデルではなく全原子モデルにおいてより大きな分子数の解析を行う。そのため、ワークステーションのOS変更や設定の変更を行うとともに、計算サーバーへの接続方法なども確立する必要がある。最終年度の予算として、Exabyte.ioへの接続料金を予算計上する。また、これまでの解析条件について再度すべて解析を行い、応力緩和中の各ポテンシャルエネルギーの増減と分子を構成する側鎖の影響を定量的に評価すること、空孔の発生に関する温度・ひずみ速度の影響と側鎖の影響の評価を行う。また新たにクリープ解析を行うことで、分子のすり抜けの有無・粘性への寄与、応力緩和解析との相違などを明らかにし、粘弾性挙動における側鎖の影響をより明確にする。実験的にも、レーザー顕微鏡・原子間力顕微鏡下でマイクロオーダーの引張制御を可能にすることで、薄膜のクレイズ生成挙動の観察を行い、MD解析結果との比較を行うことでMD解析結果の妥当性の検討を行う。それ以外に、昨年度と同様に静的試験を様々な温度・ひずみ速度で行うことで破断試験を行い、得られた破断面をレーザー共焦点型顕微鏡および原子間力顕微鏡によって3次元マッピングを行う。その結果とMD解析の結果における類似点を見つけ出し、MD解析の妥当性の検討を行う。以上の知見を踏まえて、MDによる側鎖が粘弾性挙動・破壊挙動に及ぼす影響と定量的に評価し、任意の側鎖を有する高分子材料における粘弾性挙動・破壊挙動を予測可能にする。

本年度は、はじめに高分子材料のMD解析モデル作成法について検討を行い、RIS+MM法(ランダムに光学異性体を作成し、その後周辺の力場を考慮したモンテカルロ法によるランダム配置する方法)と、MM法のみ(初期配置の分子鎖において周辺の力場を考慮したモンテカルロ法によってランダムに配置する方法)を比較検討した。様々な実験およびMD解析に関する文献において特性比の値は様々な値を示していたが、本研究による結果ではRIS+MM法においておおよそこれらの文献の平均値に位置する結果が得られた。これらのモデルに対して応力緩和解析を行った。その詳細について、運動エネルギ、結合エネルギ、結合角エネルギ、結合二面角エネルギ、非結合エネルギに関する調査を行った。その結果、応力緩和中のシステムは運動エネルギが変化せず、結合二面角エネルギのみが増加、他のエネルギは減少すること、また分子鎖の初期構造生成法の違いによりポテンシャルエネルギに差が生じており、MM法ではなだらかに変化しているのに対し、RIS+MM法では初期に大きく変化し、その後MMと同様になだらかに変化することが明らかとなった。一方で、引張時の応力ひずみ線図、応力緩和時の応力ー時間曲線はどちらの初期構造生成法においてもほぼ同じ形となっている。このことから、分子鎖の初期構造の違いはシステムの内部エネルギなどに影響を及ぼすが、応力ひずみや応力緩和などのシステムの巨視的な応答への影響は少ないことが示唆された。高分子材料の粘弾性特性を考える上で、ベータ緩和のみを考慮した場合、分子鎖のねじれ(=結合二面角エネルギ)がダッシュポットの動きに対応し、結合エネルギ、結合角エネルギ、非結合エネルギがバネに対応することが示唆された。分子鎖がねじれることで粘性が発生し、原子間の結合などの弾性が緩和されることでシステム全体の応力緩和が発生していることが示唆された。現在までにMD解析専用のワークステーションを用いて応力緩和解析を5種類の高分子材料に対して行っている。その結果から、モデルの正確な作成法の提案および、高分子材料の応力緩和挙動中のベータ緩和挙動を明らかにすることができている。また、結合エネルギ・結合角エネルギ・結合二面角エネルギ・非結合エネルギなど、分子間に働くエネルギを考慮した結果、粘弾性システムの粘性項および弾性項に働くエネルギを分類することができた。次に5種類の材料の熱的特性の把握については示差走査熱量測定(DSC解析)を行うことにより、ガラス転移温度・結晶化温度・融点の計測を行った。その結果を踏まえて、次に示す動的粘弾性試験を行った。動的粘弾性特性の把握を行っている。動的粘弾性試験においては0.1 Hz30 Hz程度の低周波数領域での実験しか行えず、MD解析で行うような極短時間の粘弾性挙動に対応する高周波数領域での実験が望まれていた。そこで、超音波の縦波音速および減衰率を用いた粘弾性評価法を考案し、動的粘弾性試験結果および誘電を用いた高周波数領域の誘電粘弾性特性の結果と比較を行った。本年度においては高周波数領域における粘弾性特性の取得が正確なものかどうかを検討する段階であり、まだMD解析結果との比較は行えていない。
ワイドギャップ半導体ナノ量子ビットの構築

本研究の究極の目的は短波長光エレクトロニクスの基盤技術を確立することであり、そのために、可視短波長領域から紫外領域にわたるバンドギャップを持つII-VI族半導体を開発するとともにこの物質系をベースとしたナノスケール量子ドットの自己形成プロセス技術を確立する。対象とする物質系をZnO系、ZnSe/ZnS系、ZnCdSe/ZnSe系とした。これらの物質系を選んだ理由は、650-390nmの可視から紫外領域をカバーできること、ZnOの励起子束縛エネルギーは60meVと大きく、ZnSe/ZnS量子井戸での励起子束縛エネルギーも40meVと大きいこと、ZnCdSe/ZnSe量子井戸は青緑色レーザで開発が進められている系であること、による。さらに、この3つの物質系の量子構造の形成に関しては、我々のグループでは研究実績を積み重ねてきていることももう一つの理由であった。本研究の成果は以下のようにまとめられる。(1)高品質のワイドギャップ半導体材料薄膜の作製技術を確立した。すなわち、既に分子線エピタキシによる高品質薄膜技術を確立していたZnS,ZnSe,ZnCdSe,系のII-VI族化合物半導体に加えて、酸素プラズマ援用分子線エピタキシ紫外領域の酸化物半導体ZnOの高品質薄膜作製技術、原子層エピタキシも取り入れたZnSe/ZnS,ZnCdSe/ZnSeヘテロ構造の形成技術、ZnOの極性制御技術、ZnO/ZnMgZnOヘテロ構造形成技術を確立した。この成果は、well-definedの半導体ナノ量子ドット作製には欠かせない技術である。(2)ZnO量子ピラミッド、ZnSe/ZnS,ZnCdSe/ZnSe量子ドット自己形成プロセスを確立した。特に、ZnO系については酸化物半導体では初めての量子ドット形成である。(3)量子ドット系に関して興味ある物性が得られた。特にZnCdSe/ZnSe系量子ドットに関する励起子局在の光学特性への影響の解明、ZnO/ZnMgO系量子構造に関して励起子機構による誘導放出の観測、ZnSe/ZnS量子ドットにおける初めてスペクトル拡散という量子ドット系に固有の現象を見いだした。以上述べた本研究の成果が短波長光エレクトロニクスの研究の進展に寄与することを願うものである。本年度の主要な研究成果は、(1)高品質ZnOの薄膜の形成、(2)ZnMgO/ZnO/MgO量子井戸構造の構築、(3)高品質・超平坦なZnSe膜の形成とその上でのCdSeドットの自己組織化形成である。(1)高品質ZnOの薄膜の形成:高品質膜形成のために種々の基板材料を探索した。従来はサファイヤ基板が用いられていたが、ヘテロ界面層による残留歪み、欠陥形成などのため改善の余地があった。そこで、スピネル基板、CaF2基板、GaN基板を用いて、界面バッファー層の検討、基板表面処理、成長条件の検討を行ってそれぞれの基板に対して最適成長条件を求めた。成長したZnO膜に対して結晶工学的評価により、GaN基板上に形成したZnO膜が最も高品質であることがわかった。

(2) ZnMgO/ZnO/ZnMgO量子井戸構造の構築とその光学特性探索:Mgを酸化雰囲気中で蒸発するための特別な蒸発源を開発し、ZnMgO膜の形成を可能にした。Mg濃度20%程度までは良質の結晶性を保ちつつ膜形成が可能になった。ZnMgO/ZnO/ZnMgO単一量子井戸構造を形成し、その構造をX線回折とイオンビーム散乱法等で評価し、その光学特性をカソードルミネッセンス法で評価した。これらの評価により、良質のへテロ構造、量子構造が形成されていることが明らかになった。(3)高品質・超平坦なZnSe膜の形成とその上でのCdSeドットの自己組織化形成:従来のZnSe膜の表面粗さは1nm程度であった。成長条件の最適化(高温成長の採用)、2段階成長法の開発により、表面粗さが0.3nmと原子レベルの平坦性が得られ、またPL特性の大幅な改善も見られた。この上での高品質CdSe量子ドットの自己組織化形成に成功した。本年度の主要な研究成果は(1)異種基盤上でのZnO薄膜の分子層制御によるZnMgO/ZnO/ZnMgOヘテロ構造形成、(2)ZnOエピタキシ膜中での励起子分子の形成、(3)ZnSe表面上のCdSe量子ドット自己形成機構の解明である。(1)格子不整合が18%のAl_2O_3基板上でも、MgO低温バッファー層を用いることによって、ZnOは層状成長をすることを見出した。また、格子不整3%のGaNエピ膜上では、Zn表面処理とZnO低温バッファー層を用いることで層状成長が可能になった。RHEED振動をモニターしてZnMgO/ZnO/ZnMgO量子井戸構造を形成した。光励起によって、この量子井戸構造からの誘導放出に成功した。(2)ZnOのMBE成長においてステップフロー成長を実現させ、深い準位からの発光が全く観測されない超高品質ZnO膜の成長が可能になった。このような超高品質ZnOエピ膜を光励起すると、150w/cm^2程度で励起子分子による発光が現われ、5kw/cm^2で励起子-励起子散乱発光に推移した。(3)前年度に実現した超平坦ZnSe表面上にCdSe量子ドットが自己形成される過程をRHEEDその場観察した。RHEEDパターンRHEEDの鏡面により反射点強度(1,0)回折点強度、平面格子定数を測定した。解析の結果、CdSe量子ドットの形成に至る表面エネルギー変化を明かにし、自己形成量子ドットのサイズ制御の指針を得ることができた。650nm-310nmまでの波長範囲をカバーできるZnO系、ZnSe/ZnS系、CdSe/ZnSe系、CdTe/ZnTe系の4つの物質系を対象として分子線エピタキシならびに原子層エピタキシ法による自己形成プロセスによるナノ量子ドットを構築した。(1)ZnO系量子ドットの構築プラズマ援用分子線エピタキシ法を開発し、高品質ZnO系酸化物半導体作製技術を確立した。ヘテロ界面を制御することでRHEED振動観察と2次元成長を初めて実現した。さらにRHEED振動制御による原子層制御のZnMgO/ZnOヘテロ量子構造を形成し励起子機構による誘導放出を実現した。さらに、ヘテロ界面制御の研究を進め、エピタキシ成長における結晶極性の制御と極性反転を実現した。GaP基板を用いてほぼ格子整合した高品質ZnSバッファー層上にSKモードによりZnSe量子ドットを形成した。