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GNHと農村発展　- ブータン国における農村計画共同研究 -

ブータンにおける農業農村の発展が、GNH(国民総幸福量)の増大を希求する同国憲法に裏打ちされた国家五力年計画に基づいて進められ、地方(県・郡〉レベルでは、農林省が提示した四つの重点目標に対してそれぞれ重点領域と達成指標を明確な数値目標を用いて設定し、種々の農村発展施策や事業が実施されている状況を現地調査から明らかにした。また、今回の日本とブータンとの共同研究により、今後の研究協力体制を整えることができた。平成25年4月8月期は、ブータンのGNH委員会、ブータン研究センター、農林省等のWebサイトに豊富に掲載されている同国の農村開発・農村計画に関する資料を収集・整理し、ブータンの近代化以降の農村開発政策の流れを調査・整理した。ついで、平成25年9月に約10日間の日程でブータン国を訪れ、王立ブータン大学自然資源学部農村開発学センターおよび農林省農業局・森林局・畜産局・再生自然資源研究評議会等を訪問し、農村開発・農村計画の研究者、実務者と面談して2013年度から実施される同国の第11次五カ年計画の方針・方策が、国、県、郡を経て末端の村々の開発政策や実施計画にどのように盛り込まれ推進されているかについて詳細に聞き取り調査を行うことができた。さらに、王立ブータン大学及び農林省との今後の共同研究についても全面的に協力いただくことについて確約を得ることができた。平成25年10月平成26年3月には、9月の調査時に収集した資料の整理、分析を行い、平成26年度に行われる農村計画学会春期大会での学術研究発表原稿を作成し、今年度の研究成果のまとめとした。その間、年度末の3月に約10日間の日程でブータンを再訪問し、首都ティンプーから離れた東ブータンの奥地の村々を訪れ、郡レベルの農業・農村開発担当者と面談し、ブータンの末端の行政組織において具体的にどのような活動を通じてGNHを基調とする国の農業・農村開発の施策を地方の末端の村々まで展開しているかについて詳細な調査を行った。昨年度、ブータンの農村計画研究者・実務者2名と同国東部の農村地域を調査し、ブータンの農業及び農村計画の実態調査を行ったのに引き続き、本年度は、彼ら2名を日本に招へいし、鳥取県及び京都府の農業及び農村計画の比較実態調査を行った。これらの調査研究活動を踏まえて、京都大学の農村計画研究者と研究打ち合わせを行うと共に、4月に東京大学で開催された農村計画学会春期大会学術研究発表会に参加し、「ブータンの農業・農村開発」と題するポスター発表を行い、ブータンとわが国の農村計画研究者との討論を行った。これによって、今後、ブータンの農村計画に関心のある日本の若手研究者とブータンの農村計画研究者・実務者との連携の下で共同研究を行う道筋を拓くことができた。地域環境工学・計画学第1回目のブータン訪問は、観光ビザを使用しての入国となり、$250/日の旅行費用が必要となったが、訪問先の王立ブータン大学および農林省の担当者の全面的協力が得られたため、第2回目のブータン訪問時には公用ビザを発給してもらうことができた。そのため、第2回目の調査時の旅行費用は半額程度に軽減でき、余裕をもって十分な調査を行うことができ、初期の目的を達成することができた。また、2回のブータン訪問を通じて、ブータン側の農村開発・農村計画の研究者及び実務者との良好な協働体制を構築することができた。これは、今後わが国の農村開発・農村計画研究者が同国において研究活動を進める上で大いにプラスとなるものである。平成26年度農村計画学会春期大会学術研究発表会において、平成25年度の研究成果を発表する。その際、ブータン人研究者を日本に招へいし、今後ブータンの農村開発・農村計画の研究を進めたい同学会所属の若手研究者と交流し、今後の共同研究の道筋を築いていきたい。物品の購入に際し、ネット通販を通じてできるだけ廉価なものを購入したこと等により、僅かではあるが次年度使用額として1,419円が生じた。しかし、全般的には、平成25年度はほぼ予算通りに研究を実施することができた。次年度使用額は1,419円と僅かではあるが、平成26年度研究計画に沿って有効に使用したい。
非線形光学特性を利用した広帯域光増幅器の研究

非線形屈折率変化を用いて分布帰還を掛ける構造を光増幅器に応用するため理論解析及び実験を行った。理論解析からは非線形屈折率変化を生じる幾つかの原因のうち最も大きな効果が得られると考えられる吸収端を用いた場合、プラズマ効果及び電気光学効果を用いた場合を比較した結果プラズマ効果より10^2倍または電気光学効果より10^4倍程度吸収端の変化による屈折率変化の方が大きいことが分った。充分な分布帰還を得るための導波路中の進行方向から逆方向への帰還は理論計算から1%程度の変化があれば良いと言う結果が得られた。バンド端吸収効果による屈折率変化では5%程度の変化が期待されるところから充分に分布帰還効果が得られる可能性があると考えられる。ただし干渉縞発生面から能動導波路までの距離が余り大き過ぎると浸透長による制約と拡散により理論値より屈折率の変化が減少されると思われる。これ等の効果を入れた理論解析は可成り複雑になるため現在はその解析を行っていない。以上のようなマイナスの要因はあるがこれがどの程度影響するかを確認するための実験を行った。実験にはCSP型半導体レ-ザを使用し、5種類の異なった試料に対して実験を行った。まず最初に基礎吸収端に近い波長の光源として高出力半導体レ-ザ(λ=790nm)では必要なパワ-密度の1/10程度しか得られず期待されたような結果は観測されなかった。そこでさらに高出力光を用いるためArレ-ザ(λ=514.5nm)を使用し第2吸収端近傍における屈折率変化を用いて実験を行った。その結果光学実験系の精度に問題があるため定量的な測定は相当困難であったが、一応干渉縞による屈折率変化に対する帰還光と思われるスペクトルが観測された。この結果の信頼性を向上させるために、さらに精度の高い安定な光学系を組立てる必要があると考えさらに改良した実験系を組立てる計画を立てているところである。本研究に参考となる分布帰還構造を有する光増幅器の実験を行い,その結果以前のFABRYーPEROT型半導体光増幅器において観測されたバイアス電流の変化による増幅光の共振現象(Appl.PHY .LETTS.Hl,8,682(1983)参照)と類似の現象が分布帰還型光増幅器の場合にも観測された.分布帰還型光増幅器の場合はFABRYーPEROT型に比べてスペクトルの移動がはるかに小さく,安定しているのでバイアス電流変化によるスペクトル移動ははるかに小さいと考えられていたが,数個の分布帰還型光増幅器について実験したところ,いずれの場合も発振しさい値バイアスの半分位のバイアス電流で共掫現象と思われる現象が観測された.この原因について検討した結果,やはり分布帰還型光増幅器においても注入電流の変化にともなう屈折率の変化による共振現象であることが分かった.さらに分布帰還型光増幅器においても増幅光波形の波形歪が観測された.この理由については,パルス発振波形の時分割スペクトルを観測することによりパルス幅が50nsec以上では波長の移動が無くなり一定になることが確認された.從って増幅光強度はパルス幅が50nsec以上がは一定となるが, 50nsecより短い時間では増幅光が一定ではなく,パルス波形に歪が発生することが判明した.このことから波形歪を生じないパルス光の増幅には広帯域で一定の増幅が得られるように,分布帰還に変化を加えると,例えばチャープやテーパ型(研究発表文献覧第一文献参照)を用いることが考えられ,これ等の分布帰還に本研究で提案した非線形

光学特性を用いることの可能についてさらに検討を進めることは有意義なことぶいると考える.コヒレント光を半導体レーザ活性層近くに照射して、それにより生じた屈折率グレーティングを分布帰還ミラーとして用いる中心波長が可変な半導体レーザ増幅器を理論的及び実験的に検討することを目的とした。この増幅波長の可変は増幅器に照射する入射光の角度を変え干渉縞間隔を変化させるので、その可変範囲は広くGaAsの利得域(約20nm)全体を利用することができる。従って注入電流可変型のものと比べて波長可変範囲を広くとることができる利点がある。この素子に関して理論的に実現可能なことを示した。これを実証するための実験も平行して行なっているが目下のところ成功していない。その理由として幾つかあげられるが、まず屈折率グレーティング発生用の光パワーを23倍に増加することが必要である。理論的にパワー密度として数ワット/cm^2が必要であるが、現在の光源では1W/cm^2程度なので、これを円筒型レンズを用いて活性層近傍に絞り込み、干渉縞のパワー密度を増加させること等が考えられる。理論的な解析としては光照射によるGaAsの屈折率変化をレート方程式を用いて周期的光密度変化によるキャリア分布と周期静電界を数値解析により求めた。その結果GaAs結晶に生ずる屈折率グレーティングはプラズマ効果や1次電気光学効果、またはバンド端吸収効果によるものであり、GaAsの吸収端近傍の波長で干渉縞を発生させることによってバンド端吸収効果のため振幅の大きな屈折率グレーティングが得られることが分かった。さらにこのグレーティングから得られる導波路中を互いに逆方向に伝搬する2つの波の結合係数Xを求めた。この結合係数から増幅器の回折効率を求めた。その結果1%程度の屈折率変調量があれば増幅器媒体の吸収端より10nm以上長波長側の光で干渉縞を発生させれば活性導波路中心から20nm程度まで有効な回折効率が得られる。前年度の研究実績の概要で述べたように基礎吸収端を用いた屈折率変化を利用した場合、照射用に用いたレ-ザ-(半導体レ-ザ-波長780nm)ではIW/cm^2位のパワ-密度しか得られないので円筒レンズを使用してパワ-密度の増加を図ったが、レンズの反射等による光学系損失が大きく期待した程パワ-密度の増加は得られなかった。そこでArレ-ザ(波長514.5nm)を用いて第2吸収端における屈折率変化を用いることを試みた。この場合レ-ザのパワ-密度は理論値で求めた数ワット/cm^2が得られる。光増幅器の実験を行う予備実験としてまずこの第2吸収端を用いた場合分布帰還効果が観測されるかどうかについて実験を行った。この実験には5種類の試料を準備した。屈折率グレ-テングを照射光により発生させるため、面をへき開により能動導波路から314μmまで約3μm毎に変えた試料を作製した。また伝搬方向の導波路長も350500μmまでのばらつきを有する試料を用いた。最も大きな影響を与えられると思われる照射面から能動導波路までの距離の異なる試料について実験を行った。その結果最も能動導波路に近い試料3μmでは照射の効果は殆んど認められなかった。またその反対に最も距離のある14μmの試料でも照射効果は殆んど観測されていなかった。最も大きく照射効果が観察された試料は照射端面からの距離が6μmのものであった。この場合干渉によって生じた屈折率グレ-
格差社会における所得階層別消費者物価指数の構築

これまでの研究においては、家計が直面する物価水準が、世帯主の年齢や、所得階層、世帯主の所属するコーホートの違いにより、その消費構造が異なる事が明らかとなった。もちろん、通常用いられるラスパイレス型の消費指数を基準年を変更せずに使い続けるならば、ある程度の整合性の取れた指数であることは、その作成過程より明らかではあるが、この指数をもって物価をはかっているということは困難であろう。これまでの研究が明らかにしてきたことは、指数の基準年の改訂、あるいはパーシェ型の指数の作成においても、家計全体の指数を作成することは出来ても、世帯主の年齢や所得階層、更にはコーホートの違いによって直面する物価が、異なることが明らかとなった。特に、平成30年度においては、研究の第3段階として家族構成や所得階層の違いによる直面する物価の計測の方法について、研究を進めてきたが、特に食料品の需要において、年齢階層別の消費行動と、コーホート別の消費行動について、前者よりも後者の方が変動が大きいことを予想する分析結果を得た。このことは、研究計画当初より考慮してきたし世帯主年齢階層や所得階層に加え、コーホート別の物価水準の違いが生じている可能性を示唆するものであった。年齢階層別及び所得階層別の物価水準について、家族構成を考慮した物価計測の方法については、これまでの研究である程度の目途がついている。しかしながら、年齢階層とコーホートの組み合わせは、集計されたデータにおいては観測値が一つしかないという問題があり、この問題に対する解決方法は、次年度以降の課題である。全体で5年間の研究期間のうち、第4年目までに想定していた、消費者物価指数作成における問題点の整理等、具体的な作業において考慮すべき問題点について整理が終わっており、第5年目の具体的な指数の作成の前段階まで到達した。予定通りの進捗状況であり、概ね順調と判断した。平成31年度においては、研究の第4段階として、研究当初よりの目標である家族構成や所得階層の違いによる直面する物価の計測に加え、これまでの研究で明らかとなった、コーホートの違いによる物価の計測における問題も考慮しながら、少なくとも1973年のオイル・ショック以降の家計の所得階層別の消費者物価指数の作成を行う。1973年以降の家計調査においては、所得の5分位や10分位の所得階層別データに加え、より詳細な所得階層別データがあり、入手可能な所得階層別のデータを基に消費者物価の計測を行う予定である。これまでの研究の中から明らかとなった、コーホートの違いによる直面する物価指数の歪みは、年齢とコーホートの組み合わせに関して観測値が一つしかない問題を抱えており、本年度解決しなければならない大きな課題であるが、この点についても何らかの解決策を提案したいと考えている。以上の計測結果を基に、1973年以降の、家族構成の変化や所得階層の違いによる、直面する消費者物価が、どのように異なるのか、更には、家族構成を変化を考慮すれば、従来計測されてきた消費者物価と、どのような違いをもって、特に変化率(直面するインフレーションあるいはデフレーション)が、どのように計測されるのかについて、実証的に明らかにしたい。出来ればコーホートの違いによる直面する物価の一部修正についても、研究を進めたい。以上の研究をまとめて、研究成果とする予定である。研究成果については、適宜、学会報告や海外の査読付き学術雑誌への投稿という形で発表をしてゆく予定ではあるが、最終年度である平成31年度中には、研究全体をまとめ、出来れば書籍として出版できる方向に全体の研究成果をまとめたい。平成27年度は、これまでの研究の中で提案されて来た効用関数の中から、家族属性を考慮した効用関数に注目し、所得階層別の世帯構成の違いを考慮した物価指数の作成方法についてサーベイ及び拡張可能性についての検討を行った。この過程において、これまでの多費目の需要関数は、Stone=Geary (Bernoulli=Laplace型)の効用関数に基づく線形支出関数を除けば、これまでに提案された多費目の需要関数は、明示的に効用関数を仮定して需要関数を導出したものはほとんどなく、効用関数レベルに戻って家族属性の変化を考慮した多費目の需要関数を導出するためにはStone=Geary型の効用関数を拡張するものに限定されることを確認した。現時点では、少なくとも実際のデータによる最もあてはまりの良い多費目の需要関数で、家族属性を考慮した特定化を探索し、特に世帯主年齢とコーホートの効果を考慮した効用関数の特定化から導出される多費目の需要関数が、実際のデータに対して当てはまりが良いことを確認している。この過程において、Stone=Geary型の効用関数の効用関数よりもさらに一般的なフレキシブル型の効用関数、たとえばトランス・ログ型効用関数にこの拡張が適応可能か、さらにはPIGLOG型の支出関数やAI需要体系といった近年の多費目の需要関数に、家族属性や所得水準の違いを導入することした場合についても実際のデータの当てはまりの良さについて検討したが、Stone=Geary型の効用関数を拡張するものが、最も当てはまりが良いことを確認した。本研究の目的である、多費目の需要関数を導出することにより家族属性の変化に対応した物価指数の計測方法を提案しようとする本研究の目的に照らして、研究の第1段階として、家族の属性を考慮した多費目の需要関数について、実際のデータに基づいて、当面の結果ではあるが、最も当てはまりの良い需要関数について確認したことは、本年度の計画が順調に進んでおり、研究計画にあった次年度の研究に進むことが可能となっている。

第2段階では、家族属性が変化しない場合における多費目消費関数に基づいた所得階層別の消費者物価の計測方法の開発を行った。この段階では、家族の属性の変化ではなく、世帯主の加齢及びコーホートの違いによる多費目消費関数の変化を取り込む必要があった。具体的には、多費目消費関数を線形支出体系にした場合とAI需要体系にした場合について、世帯主年齢の違いと世帯主のコーホートの違いをどのように消費体系の推計に取り込むのかについて実際のデータを基に検討を行った。公表されている家計調査の世帯主年齢階級別の消費のデータを基に、世帯主年齢とコーホートの違いを考慮した多費目消費関数を推計するには、世帯主年齢階級を5歳刻みとした場合、コーホートと世帯主年齢階級の組み合わせに対してデータが充分多くなく、単純なダミー変数を定数項部分と価格、支出総額の係数に対して導入するには充分な自由度がない、そこで世帯主年齢階級の変化とコホートの違いによる変化を多項式による近似が実際のデータを充分近似している特定化であることを明にした。ここまでの改良により、次年度以降の、家計の属性の変化も考慮した多費目消費関数の特定化への道が開かれたことになった。この研究の過程において、観測される年度中にライフ・サイクルにおける特定のイベントがある場合の消費の大幅な変化についていくつか注意すべき問題があることが明らかとなった。結婚や住宅の購入は、公表されている家計調査において世帯主年齢階級別データにおいて年齢階級の効果に吸収され推計上の問題とはならないが、年度途中に世帯主が死亡する場合には、家計調査による観測されたデータから積み上げられた地域ごとのデータと、国民経済計算や県民経済計算から得られる地域ごとの消費データに乖離が生じていることが明らかとなった。特に医療費に問題がありそうである。この点は次年度以降に継続して検討したい。平成29年度には、世帯主の年齢の変化と生年の違いによるコーホートの効果を取り込んだ多費目消費関数の特定化が可能であることを明らかにしており、当初の研究計画通り、世帯の属性の変化を取り込んだ多費目消費関数の推計に入ることが可能である。また新たな問題として浮上してきた、家計調査によって観測されてはいないが、国民経済計算や県民経済計算の対象となっている年度途中に世帯主が死亡するケースについて、実際の統計における重要度を今後検討する必要があるが、この問題も、次年度以降の理論的実証的研究によって解決可能であると予想される。平成29年度には、世帯の構成の変化を取り込んだ多費目消費関数のうち最も重要と思われる食費関連の推計を行った。前年度までに検討した世帯主の年齢の変化と生年の違いによるコーホートの効果を取り込みながら、世帯構成員の数の変化を伴う関数形とした。具体的に公表されている家計のデータにおいて、これらの効果も取り込んで多費目消費関数を推計するには、特にコーホートの違いを考慮するためには、5歳刻みで5年ごとのデータを基にコーホート効果を取り込んだ多費目消費関数を特定化する必要があった。
分子性架橋のナノ構造およびナノ物性発現機構に関する理論的研究

分子性架橋として、ポリテープポルフィリンを取り上げ、そのナノ物性を第一原理計算を援用して調査した。特にNO、CO、O2といったガス分子の吸着特性、および吸着によるテープポルフィリンの電気伝導特性の変化におけるポルフィリンの中心金属M依存性M(=Mn,Fe,Co,Ni、Cu、Zn)を系統的に調べ、その物性発現機構を電子論的に明らかにした。得られた知見は、分子性架橋の機能性デザインに有用である。分子性架橋のガスセンサーとしての機能性を探るため、Feテープポルフィリンについて、CO、NO、O_2吸着特性を第一原理計算を援用して調べた。その結果、FeテープポルフィリンのFe原子には、CO、NO、O_2分子とも安定に吸着することが見出された。吸着構造は、COのみポルフィリン分子面に対し垂直(90°)で、NO、O_2では傾いて(それぞれ58°、32°)吸着することが分かった。COの場合、CO分子のσ結合軌道とFeのd軌道が、吸着における結合軌道となるため、ポルフィリン分子面に対しCO分子軸を垂直にして吸着したが、NO、O_2の場合は、NOおよび、O_2のσ結合軌道の関与が少なく、π*反結合軌道の寄与が大きいため、分子軸を傾けて吸着していた。なお、これらの吸着構造は、それぞれの分子が吸着したFeポルフィリン分子に対するX線構造解析の実験結果と良く符合した。さらに、それぞれの吸着によるテープポルフィリンの電気伝導性について調べたところ、CO、NO吸着では金属から半導体へ、O_2吸着ではハーフメタリックへ変わることがわかった。これらの結果は、ガス分子センサーとしての機能性をテープポルフィリンが有していることを示している。昨年度は、鉄(Fe)テープポルフィリンについて、一酸化炭素、一酸化窒素、酸素分子の吸着特性を調べた。今年度は、テープポルフィリンの中心遷移金属元素の依存性を調査するため、新たに、マンガン(Mn)およびコバルト(Co)テープポルフィリンへの一酸化窒素分子(NO)の吸着について、密度汎関数理論にもとづく第一原理計算を援用して調査した。以下にその結果の概要を示す。吸着エネルギーは、Co、Fe、Mnテープポルフィリンの順に大きくなり、それぞれ1.718eV、1.719eV、1.736eVであった。その吸着構造は、いずれもNO分子のN原子側をテープポルフィリンの中心遷移金属原子Mへ向け吸着する構造であった。安定吸着構造時のM-N-O角(中心金属M、一酸化窒素分子の窒素原子N、同酸素原子Oのなす角)の大きさは、Co-N-O(123°)<Fe-N-O(148°)<Mn-N-O(180°)の順であった。これらは、NO分子のπ*軌道と結合するポルフィリン中心遷移金属のd軌道の違いに起因することがわかった。関与するd軌道は、ポルフィリン分子面をXY、垂直方向をZ方向として、Mnの場合は、d x zおよびd y z軌道、Coの場合はd z z軌道であった。電気伝導性に関しては、Feの場合、NO吸着により金属から絶縁体へ変化したが、Mnでは、伝導性の減少にとどまり、絶縁体へは変化しなかった。なお、Coの場合は吸着前から絶縁体であり変化は生じない。分子性架橋の機能性調査として、昨年度、Co、Fe、Mnテープポルフィリンの電子物性および、それぞれのNO吸着特性を、第一原理計算を援用して調査してきた。これら分子性架橋の構造、電気伝導性、磁性に関する調査を系統的に補完するため、本年度はNi、Cu, Znテープポルフィリンについて調査を行った。以下にその結果の概要を記す。NO吸着前のNi、Cu, Znテープポルフィリンは、半導体でこの順でバンドギャップは小さくなりZnでOになる。各金属原子の3d状態は、フェルミレベルよりかなり低い(5eV)ため、NO吸着への寄与は小さく、吸着エネルギーは数百meVと物理吸着程度、吸着構造は、Nを金属原子に向け、金属の3d軌道とNO分子のπ*軌道の混成に由来する異方性は現れず、分子軸はテープ面に垂直であった。電気伝導性および磁性へのNO吸着の影響は、Ni、Cuでは大きく、吸着によりNiでは電気伝導体へ、Cuではハーフメタルへ変化した。Znではわずかに(0.04eV)バンドギャップが開いたのみである。昨年度からのデータと併せて金属テープポルフィリンを用いた分子性架橋の機能性デザインの知見として金属元素依存性によるガス分子吸着特性を把握できた。また、伝導電子系の中の複数磁性金属原子の局在電子スピンが引き起こす多体効果についても、別途調査済みで、第一原理計算の研究成果を補完して分子性架橋のデザイン指針に関する知見を得ることができた。さらに、デザインバリエーションを増やす為、カーボンナノチューブ系、グラフェン系へのガス分子の吸着特性も調査した。これらは、分子性架橋の機能性と同時に架橋分子と電極との接合部のデザインに活用できる。
中世文芸における花と自己変容-世阿弥能楽論を中心として-

18年度は、10月に研究の場を九州大学から静岡県立大学に移した。移動後は、博士号取得論文「花と自己変容-世阿弥能楽論研究-」(平成18年3月博士号取得)の書籍化を目指し大幅な加筆修正を行っている。特別研究員奨励費の申請時には18年度中に書籍化をする計画であったが、それを19年度以降に延ばした理由には二つある。一つ目は、県立大学での授業を通して、世阿弥の能楽論を理解するには、世阿弥作の謡曲における「花」の位置づけを探求することが不可欠であると考えるようになったためであり、二つ目は、能楽論と、修士論文で取り上げた俳論との文芸史的つながりを盛り込む方針を採ったためである。そこで、提出時には能楽論だけであった論文に、別章として謡曲論と俳論を附載する形で論文執筆を進めている。謡曲論では、世阿弥が花について言及している「桜川」「忠度」「班女」「頼政」「鶴」などを取り上げている。これらの作品の分析を通して、世阿弥作謡曲における「花」がシテの変容を象徴するものであること、その「花」は「古今和歌集」を範とする中古以来の雅文芸の伝統があって始めて成り立つものであることを論じている。また、俳論では、終始論文を書籍化した『俳諧の心』(ぺりかん社)の内容、すなわち支考俳論を採用するとともに、『去来抄』『三冊子』などの論にも言及している。この方針を取り入れた研究計画を作成、平成19年度科学研究費補助金(若手研究B)に申請し平成19・20年度の研究予算を確保した。当面は、博士論文の書籍化と静岡県立大学紀要第6巻第1号掲載論文の執筆とを中心に研究を続ける予定である。
SiH-典型金属の相互作用の解明およびこれに基づく分子認識

遷移金属とヒドロシリル基との相互作用については触媒反応等との関連から多くの研究例があり、その結合様式に関しては金属中心に対してSi-H結合がη^2-配位した三中心型錯体として良く知られている。これに対し、d軌道が結合に関与しない典型金属とヒドロシリル基との相互作用についてはこれまでほとんど知られていなかった。最近、テトラキス(ジメチルシリル)エチレン-ジリチウム錯体のX線結晶構造解析から典型金属であるリチウムと分子内のヒドロシリル基が結晶中で相互作用し、NMR、IR等の分光学的観測から溶液中においてもSiH-Li間に相互作用が発現していることを明らかにした。また、ナトリウム以降のジアルカリ金属錯体の合成にも成功し、分光学的観測からいずれの錯体においてもSiH-M (M=Na, K, Rb, Cs)間に相互作用が存在し、アルカリ金属カチオンのイオンサイズの増大に伴ってその相互作用が減少することも分かった。非経験的分子軌道計算の結果、テトラキス(ジメチルシリル)エチレン-ジアルカリ金属錯体で観測されるSiHアルカリ金属間の相互作用はヒドリド性の大きいケイ素上の水素とアルカリ金属カチオン間の静電的な相互作用によるものと考えられる。そのため、相互作用の大きさは金属カチオンの表面電荷密度に依存しており、イオンサイズが小さく、表面電荷密度が大きくなるジリチウム錯体で最大の相互作用を示していると理解することができる。一方、アルカリ金属イオンとヒドロシリル基間の相互作用をより一般的な化学種に拡張して発現させるため、1, 4, 7, 10, 13-ペンタシラシクロペンタデカン、1, 4, 7, 10, 13, 16-ヘキサシラシクロオクタデカン等のクラウンエーテル様の化合物を設計、合成した。これらの化合物においてアルカリ金属カチオン取り込み能について検討した結果、固体状態でアルカリ金属イオンと錯化することにも成功した。
メカノケミカル砥粒砥石を用いた次世代研磨による高硬度基板材料の高能率超平滑加工

ガラスやサファイアなど硬脆基板材料の超平滑加工に対して,新たに開発したメカノケミカル(MC)砥粒用ビトリファイド結合剤を用いて,硬質砥粒砥石並みの結合力をもつMC砥粒砥石,およびMC砥粒に硬質超微細砥粒を複合した複合砥粒砥石(MC複合砥粒砥石)による超仕上げを適用した.その結果,ガラスに対しては,従来の研磨加工に比べ1/5に加工時間を短縮できた.また,超硬であるサファイアに対しては,ダイヤモンド砥石による多段工程から成る超上げにより,従来ラッピングの1/4程度の加工時間で2.0 nmRaの超平滑面が得られた.1.サファイアに対するMC/MC複合砥粒砥石の超仕上では,加工が進むにつれて砥石の目つぶれが起こるとともに,サファイア表面の山部が平坦化されることで真実接触圧力が減少することにより,加工時間を延ばしても表面谷部が除去されず,表面粗さの改善が見込めないことが明らかになっていた.そこで,本研究では,MC/MC複合砥粒砥石工程の前にダイヤモンド(SD)超砥粒砥石による超仕上を挿入することで,粗さの山谷がほぼ均等に存在する表面を形成し,それをMC/MC複合砥粒砥石で超仕上することにより,より効果的に平滑面を得ることを考えた.そこで,できるだけ小さな山谷がほぼ均等に存在する表面粗さを得るため,#2000, #4000, #6000, #20000のSD超砥粒砥石を用いた多段超仕上工程を求めた.その結果,10分未満の超仕上げで粗さ2nmRa以下の平滑面を達成することができた.2.シリコン基板の超平滑化のためのMC砥粒として硫酸バリウム(BaSO4)よりもシリコンの酸化作用の高い酸化銅II(CuO)を新たなMC砥粒として砥石を開発し,その加工特性を調べた結果,CuO砥粒が柔らかく変形し易いため,シリコンとの接触時に化学反応を起こすに十分な接触温度が上がらず,BaSO4ほどの効果は得られないことが明らかになっていた.そこで,本研究では,CuO砥石の結合度,組織などを変更することでシリコンの超仕上げ性能の向上化を図った.その結果,BaSO4砥粒砥石とほぼ同程度の性能を得ることができた.3.MC/MC複合砥粒砥石によるガラスの超仕上げ時に発生するSubsurface damageについて,その深さを測定するため,超仕上げ量を測る方法を確立した.1.前年度までの研究により,サファイアの超平滑化加工において,#2000,#4000, #6000, #20000のダイヤモンド(SD)超砥粒砥石を用いた多段超仕上げ工程を行った結果,8分の超仕上げで粗さ2nmRa以下の超平滑面を達成することができた.しかし,詳細に加工面を観察すると,前工程で除去しきれていないスクラッチ痕が残留していることが明らかとなった.そこで,本年度は,各工程での超仕上げ条件と仕上げ量との関係を明らかにすることを目的とした.すなわち,仕上げ量に密接に関係してくるサファイアと砥石の真実接触圧力に注目し,この真実接触圧力を評価するため,まず弾性変形を考慮した砥石の作業面積率評価方法を開発した.その結果,(1)弾性変形を考慮した砥石の作業面積率評価方法を用いることで,砥石の表面形状から加工中の作業面を推定する,(2)砥粒切り込み量を測定することで,サファイアの接触面積と限界到達粗さを推定する,ことが可能となった.2.前年度,ビッカース硬さ試験機を用いて付けたビッカース圧痕を除去量評価用のマークとする方法を見出しはしたものの,各種光学ガラス材に対するクラックの生じない圧痕マークを付けるための圧子の負荷ー除荷速度等の条件は特定していなかった.本年度は,石英ガラス,BK7,SK16,SF6の光学ガラスに対し,亀裂が生じず仕上げ時の仕上げ量を測定するための圧痕を付ける最適条件を明らかにした.3.前年度までに得られた硫酸バリウム(BaSO4)砥粒砥石の超仕上げ性能の確認実験を行った際,前回と同様の仕上げ性能が得られなかった.そこで,その原因を色々と調べた結果,わずかなドレッシング条件の違いが超仕上げ性能の再現性に影響を与えることがわかり,MC砥粒砥石による超仕上げは,ドレッシングに対し鋭敏であることがわかった.1.砥石の構造は複雑なため,実際の加工性能と酷似したシミュレーション結果を導き出せるような砥石構造に関するシミュレーションモデルは,今までほとんどなかったと言ってよい.しかし,今回,微少な仕上げ量という条件は付くものの,実際のサファイアの前加工面と砥石表面の形状データを求めるだけで,ほぼ正確に仕上げ量を推定できるモデルの雛型を開発することができた.このモデルを基に開発を進めれば,計算機上にて超仕上げの多段工程の性能評価を実現することも考えられることから,予想以上の成果が得られたと考える.2.前年度においては,ビッカース圧痕という除去量評価用マークを追加して行くというシンプルな方法を確立することで,ほぼ正確に除去量を測る方法を見出しはしたものの,各光学ガラス材に対する,クラックの生じない圧痕マークを付けるための圧子の負荷ー除荷速度等の条件は特定しておらず,本年度の地味な実験によるデータ集積で,ほぼどのガラス材においても,圧痕マークにクラックが発生することなしにSubsurface damageの深さを求めることができるようになった,という点で当初の目標をほぼ達成することができたと考える

3.シリコンに対するMC砥粒砥石の超仕上げにおいて,MC砥粒砥石が従来の硬質砥粒砥石に比べ,ドレッシングに対し鋭敏であることが再現性を確認する実験から明らかになった.この点に関しては,当初は軽視していたところであったが,実際の加工技術を確立する上では無視できない特性であるため,当初の予定を大きく変更した.1.ダイヤモンド(SD)超砥粒砥石を用いた多段工程によるサファイアの超平滑化加工において,前年度までの研究により,弾性変形を考慮した砥石の作業面積率評価方法と砥粒切り込み量を測定することで,砥石の表面形状からサファイアの接触面積と限界到達粗さを推定することができる超仕上げ特性シミュレーションモデルの構築を行った.本年度は,本モデルを基本とした多段工程超仕上げ特性シミュレーションモデルの構築を図り,計算機内にて,過去に実際に行った多段超仕上げによって得られたサファイアの加工面粗さ,および超仕上げ量とほぼ等しい結果を得ることができた.また,今まで用いていた#2000, #4000, #6000, #20000のSD砥粒砥石に,新たに#8000のSD砥粒砥石の導入を加え,さらなる工程時間の短縮を図った.2.メカノケミカル砥粒砥石を用いた各種ガラスの超仕上げにおいて,前年度までの研究により,ビッカース圧痕による除去量の測定方法は確立できた.これにより,表面化損傷(SSD: Sub-Surface Damage)の発生深さもサブミクロンオーダで特定できるようになったが,個々のSSDの形状や全体としての存在領域をイメージ化することが難しいという課題が出てきた.そこで,本年度は,加工実験で得られるSSDの2次元形状データを深さ方向に繋げることでSSDの3(or 2.5)次元データの取得システムの開発に取り組み,基本システムの開発を行った.3.シリコンに対するメカノケミカル砥粒砥石の超仕上げにおいては,本年度において,ドレッシングの影響を調べる方向に研究方針を転換し,2種類のドレッシングと5つの超仕上げ条件との関係を明らかにする実験計画を立てた.ガラスやサファイアなど硬脆基板材料の超平滑加工に対して,新たに開発したメカノケミカル(MC)砥粒用ビトリファイド結合剤を用いて,硬質砥粒砥石並みの結合力をもつMC砥粒砥石,およびMC砥粒に硬質超微細砥粒を複合した複合砥粒砥石(MC複合砥粒砥石)による超仕上げを適用した.その結果,ガラスに対しては,従来の研磨加工に比べ1/5に加工時間を短縮できた.また,超硬であるサファイアに対しては,ダイヤモンド砥石による多段工程から成る超上げにより,従来ラッピングの1/4程度の加工時間で2.0 nmRaの超平滑面が得られた.1.サファイアに対するMC/MC複合砥粒砥石の超仕上げでは,ポリシングの前加工として粗さ2nmRa以下の平滑面を目的としていたが,今回のSD超砥粒砥石を用いた多段超仕上げだけでその目標値を達成した.すなわち,この加工面からMC砥粒砥石の超仕上げを行えば,短時間でポリシング並みの平滑面を実現することも考えられることから,予想以上の成果が得られたと考える.2.シリコンに対するCuO砥石の超仕上げにおいて,BaSO4砥粒砥石とほぼ同程度の超仕上げ性能を得ることはできたものの,砥石の作製上の困難から,砥石の5因子のうち結合度と組織を変えた1種類の砥石しか作ることができなかったことが,当初の進行予定から遅れた点である.
細胞内寄生性細菌による宿主免疫応答活性化の分子機構の解析

1.リステリア菌は樹状細胞や腸管上皮細胞へ侵入する性質を持つことから、細胞外寄生性細菌の感染による宿主応答とは異なる局面を持つと考えられる。細胞外感染性細菌の感染病態に重要なTLR群は、細胞内寄生性細菌の感染に伴う感染初期遺伝子の発現には密接に関わるものの、宿主免疫系の偏倚、特にTh1/Th2細胞サブセットの偏倚には影響を及ぼさない。さらに、リステリア菌の感染初期に作動する細胞内侵入に関わる遺伝子(In1A/B, hly, mp1, actA, plcB, etc)の欠損変異株を用いたin vitor感染系で、これらの遺伝子群がT細胞を中心とする宿主免疫系の活性化には影響しないことが明らかになった。2.さらに、5000株の遺伝子変異リステリア菌株パネルを用いて、異なる宿主免疫応答を惹起する2種類の変異菌株を得た。この結果、Th1免疫応答を引き起こし感染抵抗性を宿主に誘導する病原体遺伝子と、Th2免疫応答を抑制し抗アレルギー状態を誘導する病原体遺伝子が異なることが明らかになった。さらに、これらの遺伝子は病原性に関わる遺伝子とは独立したものであり、そのいくつかは糖代謝や遺伝子転写に関わる遺伝子であることも明らかになった。この細菌遺伝子の機能および宿主側の対応遺伝子の同定とその機能を解析することにより、免疫応答制御への応用が期待される。3.ウイルスと同じく細胞内に侵入する性質を持ち、上皮細胞やマクロファージ、樹状細胞に特異的に感染するリステリア菌を用いた遺伝子導入法の基礎開発を行ってきた。リステリア菌を特異的に分解するファージ由来の酵素をビルレンス遺伝子のプロモーターに結合し、リステリア菌をベクターとして用いた細胞種特異的遺伝子導入法を開発した。この新しい遺伝子導入法を用いたこれまでの解析で宿主免疫応答を変化させることができることが明らかになった。さらに、極めてわずかのリステリア菌ベクターの腹腔内投与により、脾臓に接種したメラノーマ細胞の増殖がほぼ抑制されることを見いだした。細胞内寄生性の細菌・ウイルスが感染すると宿主はこれを排除するために感染抵抗性を示す免疫細胞群を誘導し、これは同時にアレルギーに関与する細胞群の誘導を抑制する。したがって、宿主の本来持っているこの機能・機序を明らかにすることが、感染症やアレルギーに対する治療法を考えるうえで極めて重要であると考える。病原体感染における宿主免疫応答の解析は、病原体ゲノムからの解析と宿主ゲノムからの解析とを会わせて遂行する必要がある。我々は、主に細菌ゲノムからの解析を重点的に行い、以下の知見を得た。(1)細胞内寄生性細菌(主にリステリア菌)の感染初期に作動する病原性遺伝子、特に、細胞内侵入に関わる遺伝子群がT細胞を中心とする宿主免疫系の活性化には影響しないことを明らかにし、さらに、(2)単一遺伝子変異リステリア菌株パネルを用いて、異なる宿主免疫応答を惹起する2種類の変異菌株を得た。この結果、(3)Th1免疫応答を引き起こし感染抵抗性を宿主に誘導する病原体遺伝子と、Th2免疫応答を抑制する病原体遺伝子が異なること、これらの遺伝子は病原性に関わる遺伝子とは独立したものであることを明らかにした。これらの単一遺伝子変異菌は、病原体に対する宿主免疫応答を解析する上で、きわめて強力なプローブになると考える。さらに、(4)リステリア感染による感染初期遺伝子の発現にはTLR2が必要であるが、感染により誘導されるT細胞サブセットのシフトには、TLR2からのシグナルは必須ではないことを示した。
歩行中のつまずきからの姿勢回復メカニズムの解明

要介護状態になる主な原因の一つが転倒であるため、転倒を予防し、生活の質や日常生活動作能力を維持・向上させることは重要な課題である。本研究は、ヒト歩行中のつまずきからの姿勢回復メカニズムの解明を目的とした。歩行中につまずくと、身体が持つ回転と並進の勢いが変化する。転倒せずに姿勢回復するには、これらの変化に対応する必要がある。本研究では、つまずきから姿勢回復するまでを2つの局面(接地前局面・接地後局面)に分け、身体が持つ回転と並進の勢い調節と下肢の力発揮について分析することで、つまずきからの姿勢回復について基礎的な力学的メカニズムを明らかにする。当該年度は、つまずき瞬間からつまずいた足が前方へ接地するまでの局面(接地前局面)についての研究を実施した。接地前局面における回転と並進の勢い調節について、若齢者が歩行中につまずいた際の姿勢回復動作に関するキネマティクス・キネティクスデータをモーションキャプチャシステムにより取得し、分析を行った。その結果、つまずきによって増加した身体が持つ前回りの回転の勢いを減らした際、支持脚の股関節伸展に関する力発揮が相対的に大きく、このような力発揮が素早く遂行される必要があることを示した。また、接地前局面での回転と並進の勢い調節量・接地タイミング・接地位置の違いが接地瞬間の身体の状態にどの程度影響を与えるか検討するため、矢状面上の身体重心の挙動を倒立振子とフライホイールでモデル化し、シミュレーションを行った。その結果、接地前の回転と並進の勢いの変化にはトレードオフ関係がみられたが、早いタイミングで接地することで両者の急峻な増加を抑制できる可能性が示された。ただし、接地タイミングが早過ぎると、姿勢回復(i.e.一歩で立ち止まる)のために、接地後短時間での大きな力発揮が下肢に要求されることが明らかになった。当該年度の研究結果については、国内学会(日本バイオメカニクス学会第25回大会)にて発表し、本研究のさらなる発展性や改善点について有識者とディスカッションを行った。また、国際誌(Gait & Posture)へ投稿し、査読にて指摘された点を改善するため、追加実験を行っている。当初の計画では当該年度に実験を完了させる予定であったが、前回実験からの実験環境の改良と整備・倫理審査申請手続き・予備実験に時間を要したため、実験データ取得完了には今少し時間を要する。しかしながら、次年度に予定していたシミュレーション研究で使用する解析プログラムを並行して準備してきたため、全体としてはおおむね順調に進展していると考えられる。今後は、これまで対象としていたつまずき後の接地前局面の分析に加え、接地後局面について分析することで、ヒト歩行中のつまずきからの姿勢回復について包括的に検討する。具体的には、逆動力学に基づいたシミュレーションによりつまずき後の接地状況の違いがその後の姿勢回復に与える影響を系統的に調べることで、姿勢回復に下肢の力発揮がどの程度必要になるのかについて説明を試みる。

今後は、これまで対象としていたつまずき後の接地前局面の分析に加え、接地後局面について分析することで、ヒト歩行中のつまずきからの姿勢回復について包括的に検討する。具体的には、逆動力学に基づいたシミュレーションによりつまずき後の接地状況の違いがその後の姿勢回復に与える影響を系統的に調べることで、姿勢回復に下肢の力発揮がどの程度必要になるのかについて説明を試みる。
Aza-dCによるMDS患者の貧血改善における翻訳調節機構の関与

本研究は、骨髄異形成症候群(MDS)で汎用されるDNAメチル化阻害薬、アザシチジン(Aza)がMDSの貧血を改善するメカニズムを明らかにすることを目的に、検討を進めた。K562細胞株にAza-dCを処理し赤血球に分化させるシンプルな実験系を用いたこれまでの検討から、Aza-dCがいくつかの翻訳関連因子の発現を調節し、赤血球への分化を誘導することが推測されている。特に、蛋白合成を促進する翻訳伸長因子のひとつであるeEF1A2のプロモーター領域がほぼ完全に脱メチル化されて発現が優位に増加することから、今年度はeEF1A2の赤血球分化における役割を明らかにするため、eEF1A2遺伝子改変マウスを用いたin vivoの系での検討を進めた。eEF1A2欠損マウスは神経変性と筋肉萎縮により生後4週以内に死亡するため、eEF1A2欠損マウス由来の骨髄細胞を放射線照射したレシピエントマウスに骨髄移植し、貧血の有無について継時的に調べたところ、移植5ヶ月後でも末梢血のヘモグロビン値と赤血球数は正常で、造血能の低下は認められなかった。加えて、新規標的遺伝子を探索する目的でAza-dC処理したK562細胞のATAC (Assay for Transposase-Accesible Chromatin)-seqを行い、変動するオープンクロマチン領域の抽出を試みた。これまでに行った、Aza-dC処理したK562細胞のRNA-seq発現データの解析結果とを組み合わせ、特に翻訳関連因子を中心にAza-dCで重要な役割を果たす因子の同定を進め、いくつかの候補遺伝子の抽出に成功した。今年度に予定していた実験が細胞株を使用するシンプルな実験系であることと、大学構内で次世代シークエンスのサンプル処理と解析できる設備環境と人材が整っていたことによる。eEF1A2はAzaの直接標的因子である可能性が高いと推測していたが、改変マウス由来のeEF1A2欠失造血細胞の赤血球分化能には違いは認められなかった。マウスの骨髄細胞におけるeEF1A2の発現量は、ホモログであるeEF1A1が優位であることが報告されているため、マウスとヒトの造血細胞におけるeEF1A1/A2の発現比の詳細な解析を行う。また、造血細胞特異的な後天的eEF1A1欠損マウスを作製し、eEF1A2遺伝子欠損マウスとの掛け合わせ実験を行い、マウス生体内での赤血球分化における翻訳開始因子eEF1A1/A2の生理的な役割を検証する。加えて今年度行った、Aza-dC処理したK562細胞のATAC-seqにより抽出した候補遺伝子の解析を進める。RNA-seq発現データとDNAメチル化解析の結果と照らし合わせ、また細胞株への過剰発現実験などを行い、候補遺伝子を絞り込む。

RNA-seq発現データとDNAメチル化解析の結果と照らし合わせ、また細胞株への過剰発現実験などを行い、候補遺伝子を絞り込む。予定していた国際学会への参加を見合わせたことによる。繰り越した助成金はマウス作製実験に使用する。
量子結合制御を基礎とした高効率非線形光学応答の理論

ナノメートル程度の微小金属片を用いたアンテナや、半導体微細構造により作製された共振器を補助系と見立て、有機分子・量子ドットと光子との間の非線形応答の効率を向上させる研究を行った。その結果、空間的に離れた半導体共振器中の量子ドット間に、量子もつれ状態を形成する手法を開発した。また、金属アンテナと分子・量子ドットからなる量子結合系について、その非線形光応答を向上する手法を提示した。これらは全て、系全体を構成する複数の準位間の干渉を考慮し、その連成振動を考えることで合理的に説明できる。また離散双極子近似法と量子マスター方程式を連立させ、具体的な系を想定して非線形応答を計算をする手法を開発した。平成25年度における研究において、ナノメートル程度の大きさの金属片を用いた金属アンテナや、半導体微細構造により作製された微小共振器を補助系と見立て、有機分子や量子ドットと光の非線形応答の効率を向上させる研究を行った。まず補助系と分子・量子ドットからなる量子結合系を、比較的単純なモデルで近似を行い、その非線形光応答をいかにして大きくするかという研究を行った。その結果、通常はレーザー等の非常に高密度の光でのみ可能であると考えられてきた非線形励起を、単一光子レベルの非常に微弱な光で引き起こす手法を理論的に開発した。具体的には、補助系と分子の連成振動を系のパラメーターにより制御することで、補助系が光を効率系に捕集しつつも、そのエネルギーをほぼ全て分子に移行し、非線形励起を高効率に引き起こす状況を用意できることを明らかにした。また結合量子ドット等の系では、その一部を金属アンテナにより励起することで、本来は光励起できない暗状態の励起が可能となり、これもまた非線形励起を引き起こす新しい手法となることを確認した。一方、高強度の光により補助系を励起することで、分子におけるエネルギー上方変換と反転分布が両立する新しい発光機構を確認した。また、より具体的なシステムを想定するための数値計算手法の開発を行なった。これまでシステムを微小領域に分割して、系全体の分極を計算する離散双極子法は多くの分野で成功を収めてきたが、その非線形励起への応用は非常に困難であった。そこで我々は離散双極子法と量子マスター方程式を連立させることにより、分子おける非線形励起を計算する手法を新たに開発した。この手法により、ナノメートル程度の金属球や三角錐の近くに配置した分子の非線形励起を計算することに成功した。平成24年度においては、金属アンテナや共振器構造のような補助系と、量子ドット・分子などのナノスケール物質から成る量子複合系に注目し、その高効率非線形応答の可能性と条件について明らかにした。まず一辺数十ナノメートル程度の微小金属構造を光に対するアンテナに見立て、その近傍に配置した分子の非線形光学応答に注目した。この系に2光子を入力した際の非線形過程(上方変換過程)の効率を計算する式を導出した。その結果、結合系に高効率に非線形応答を引き起こすためには、アンテナ系と分子の結合エネルギーをある最適値に調整する必要があることが分かった。この結合エネルギーは分子の位置により調節可能であり、得られた結果は実際実験する際の大きな指針となる。またこの最適値はアンテナと分子の量子干渉効果により、よく説明できることも明らかにした。また半導体2重量子ドットに金属アンテナを接続した系に注目した研究も遂行した。2重量子ドットは、半導体で作った2原子分子(量子ドットが1原子)のようなものであり、ドット間に励起子の移動が可能である。本研究ではこの系に微弱連続光を入射した際の、非線形励起の効率を計算した。その結果、前述の量子干渉効果に加え、2重量子ドット内の別の量子干渉により非線形光学応答をコントロールできることを示した。これは外部電極により2重量子ドットの様々なパラメーターが調節可能であるという特徴を利用したもので、これにより非線形応答の効率化だけでなく、応答のオンオフが簡便にできるようになる可能性がある。このように、これらの結果は光子数個の微弱光による非線形光学において、今後の実験系や応用の指針について新たな方向性を示唆するものである。本研究の目的は、金属からなるアンテナを量子ドット・分子に接続した量子結合系を舞台に、光子数個の微弱光レベルで引き起こされる非線形光学応答の高効率化を探索することであった。上記のように、これまで2光子による非線形応答の効率化と、2重量子ドット(2原子分子)の微弱鋼非線形応答の操作可能性について明らかにしてきた。これらの結果は、結合系の様々なパラメーターを調節することにより量子力学的結合を積極的に利用した高効率かの可能性を示したものであり、当初の目的におおむね叶ったものであると考える。

また2重量子ドットと金属アンテナ結合系の研究は当初予定になかったが、想定していたものとはまた異なった量子干渉効果の利用可能性を示すものである。現在のところ論文の形で出版できてはいないが、近いうちに投稿し発表を行ないたい。一方で、具体的なシステム形状を提案するための、入射光子・アンテナ・量子ドットという複数の自由度を自己無撞着に記述するファーマリズムの構築は完成に至っておらず、次年度に引き継ぐ。25年度は上記の研究をさらに進め、量子複合系の非線形光学応答が光子の担うエネルギーや量子情報に新奇なフローを提供する可能性について研究する。特に量子情報技術においては、光子間の相関(エンタングルメント)や量子ドット間の結合が、情報技術の重要なファクターとなっている。これらのことを鑑みて、金属アンテナと分子を結合した系について、入力光子に光子間相関を取り入れ、その効果により非線形応答(上方変換)の効率がどのような影響を受けるか明らかにする。その際、光子間の相関については2光子間の位置や周波数に相関がある光子対を想定する。このような光子対の発生効率は近年ますます上がってきており、今後の実験に対して指針を提供できるようにする。また金属アンテナと分子・量子ドットの結合系では、両者の結合エネルギーは非常に大きくなりうることが知られている。このことは非線形応答の高効率化に有利である一方で、金属アンテナ内での散逸が全体の効率のボトルネックになる危険性も孕む。本年度はこの点を考慮に入れ、非常に大きな結合エネルギー領域(ultrastrong coupling regime)まで理論を拡張し、散逸の影響とその回避可能性について調べる。最後に前年度達成できなかった、具体的なシステムの形状も含め提案するための、入射光子・アンテナ・量子ドットという複数の自由度を自己無撞着に記述するファーマリズムの構築を試みる。