hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大型環境試験装置により塩害と凍害を与えたRC床版の構造性能評価

大型環境試験装置を用いて,実物大道路橋RC床版供試体に塩害と凍害を与える促進試験方法を考案した.本試験方法により塩害,凍害,両者の複合劣化を与えた供試体を輪荷重走行試験に供し,これらの疲労耐久性を評価した.その結果,RC床版の疲労耐久性は融雪剤による塩害や複合劣化により顕著に低下すること,RC部材の静的な構造性能は下側鉄筋の腐食量に依存するのに対し,疲労耐久性は上側鉄筋の腐食量に依存することを明らかにした.大型環境試験装置を用いて,実物大道路橋RC床版供試体に塩害と凍害を与える促進試験方法を考案した.本試験方法により塩害,凍害,両者の複合劣化を与えた供試体を輪荷重走行試験に供し,これらの疲労耐久性を評価した.その結果,RC床版の疲労耐久性は融雪剤による塩害や複合劣化により顕著に低下すること,RC部材の静的な構造性能は下側鉄筋の腐食量に依存するのに対し,疲労耐久性は上側鉄筋の腐食量に依存することを明らかにした.本研究の目的は,本学所有の大型環境試験装置により実物大RC床版供試体に塩害と凍害,およびこれらの複合作用を与え,劣化した床版の疲労耐久性をはじめとする構造性能を評価することである.以上の目的に鑑み,平成20年度は先ず,大型環境試験装置を用いて実物大RC床版に対する劣化促進試験方法の考案を行った.すなわち, RC床版の実物大供試体を作製し,大型環境試験装置によりこれらの供試体に+20°Cから-20°Cまでの繰返し凍結融解作用を与え,各サイクルにおける供試体の劣化度を,レーザー変位計により測定する方法を考案した.その結果,供試体表面をレーザー変位計が移動することにより,その表面形状を精度良く測定することが可能であり,これにより凍害によるスケーリング量を定量評価可能であることを明らかにした.一方,塩害,凍害,およびこれらの複合作用により劣化したRC床版の疲労耐久性を評価するため,平成20年度は,内在塩分により劣化促進させた実物大RC床版供試体を用いて輪荷重走行試験を行い,その試験方法を確立した.そして,健全な供試体との比較により,塩害がRC床版の疲労耐久性に及ぼす影響を究明した.以上のことから,平成20年度の研究により,塩害,凍害,及びこれらの複合作用を受けたRC床版の構造性能を評価することが可能であるとの見通しを得た.平成21年度以降は本試験方法に従い,塩害,凍害,およびこれらの複合作用がRC床版の疲労耐久性をはじめとする構造性能に及ぼす影響を究明する予定である.大型環境試験装置を利用し,実物大鉄筋コンクリート製床版(以下,RC床版)供試体の塩害,凍害,および両者の複合劣化を与える促進試験を前年度に引き続き実施した.このうち,凍害についてはスケーリング量を評価するため,レーザー変位計を用いて表面の凹凸を測定する専用の計測方法を考案し,凍害のみを与えた場合と,塩害を与えた後に凍害を与えた場合とのスケーリング性状を比較検討した.また,10%NaCl水溶液による乾湿繰り返し試験により塩害を促進させた供試体に対して,輪荷重走行試験を行い,その疲労耐久性を評価した.その際,疲労損傷過程をたわみ計測,ひび割れ観察,各種非破壊試験(衝撃振動法,共鳴振動法)により評価した.その結果,塩害を受けたRC床版供試体は疲労耐久性が明らかに低下すること,またその損傷過程を非破壊試験により評価可能であることを明らかにした.また,疲労限界に達した本供試体に対し,炭素繊維シートによる補強を行った結果,顕著な延命効果が確認されたが,健全な供試体と同程度にまでは回復しないことが明らかになった.さらに,鋼材に予めひずみゲージを貼付しコンクリートを打ち込んだ健全供試体に対して輪荷重走行試験を行い,試験中の鋼材の動的ひずみ挙動を測定した結果,疲労損傷過程において,本来圧縮側にあるはずの上端鉄筋が引張挙動を示すなど複雑なひずみ挙動を示すことが明らかになり,上端鉄筋上面での水平クラックの発生やその上のかぶりコンクリートの砂利化との関連性を示唆する結果を得た.平成22年度は凍害,塩害,両者の複合劣化の程度と疲労耐久性能との関係を各種試験により明らかにする予定である.本年度は,本研究課題で前年度までに考案した試験方法および評価手法に従い,大型環境試験装置により塩害,凍害,塩害と凍害の複合劣化を与えた各実物大RC床版供試体(それぞれ塩害供試体,凍害供試体,複合劣化供試体)の材料劣化の程度を評価した.その結果,本試験条件において凍害供試体では劣化の進行が緩速であるのに対し,塩害供試体および複合劣化供試体では劣化の進行が速く,本試験方法の促進性が確認された.このうち,塩害供試体,複合劣化供試体については,輪荷重走行試験に供し,その疲労耐久性の評価を行った.これらの供試体の疲労耐久性は,屋外塩害暴露試験により得られた各供試体の疲労耐久性と比較検討し,その違いについて床版内部の鋼材腐食状況と関連付け考察を行った.一方,屋外塩害暴露試験を行ったRC供試体の曲げ試験,押抜きせん断試験の結果と輪荷重走行試験の結果との比較検討も行った.以上の検討結果より,塩害,および塩害と凍害の複台劣化を受けたRC床版の疲労耐久性は健全なものに比べ明らかに低下することが確認された.

その原因は鋼材腐食に伴う鉄筋とコンクリートの定着が失われたことが主因と考えられる.そして,曲げ試験や押抜きせん断試験の耐荷機構は引張側にある下端鉄筋の鋼材腐食量に依存するのに対し,輪荷重走行試験ではむしろ上端鉄筋の鋼材腐食量に依存することが明らかとなり,融雪剤散布下の環境下においては上端鉄筋の鋼材腐食を抑制するとともにその周囲のコンクリートを健全な状態に保つことが維持管理上重要であることを明らかにした.
神経障害性疼痛の増悪に及ぼすエクソソームの役割

エクソソームとは、生体内の細胞および培養細胞から分泌される直径40-150nmの脂質二重膜の小胞である。我々は現在までに、坐骨神経を部分結紮することで作製した神経障害性疼痛モデルマウスの血清由来のエクソソーム二重膜上に痛みを増強させる物質が存在していることを示唆する結果を得た。本研究では、1疼痛強度を増強させるエクソソーム二重膜上の因子を同定すること、2エクソソーム二重膜上の因子がどのような機構で痛みを増強させるのかの具体的なメカニズムを解明することで、最終的に新規治療標的を確立することを目的とする。
シンボリック相互行為論における質的研究法の展開に関する研究

シンボリック相互行為論における質的研究の展開を包括的に検討して,社会的行為の当事者にとっての意味を自然主義的に探究するという基本見地の意義を再確認する一方で,最近では意味の当事者性と並びメディア媒介性も視野に収めた社会理論とそれに応じた質的研究の方法とプログラムが要請されていることを指摘した。その上で,質的研究の新方向を考察するとともに,質的研究のリサーチとしての質や社会性を再確立するために必要な研究評価規準をめぐる問題を検討し課題を明確化した。今年度は,シンボリック相互行為論の質的研究方法論とそれに基づくフィールド研究について,とくに,1990年代以降の展開に注目し,その批判的評価を試みた。最近のシンボリック相互行為論に顕著なことは,「生きられる意味」に焦点を合わせる解釈主義を強める一方で,コミュニケーション・文化産業による意味の生産・媒介・流通が深化したとの認識から,「コミュニケーションと文化への批判的視点」の組み込みをはかろうとする志向である。意味の当事者性と他者性を両にらみしながら,解釈主義的で相互行為論的なフィールド研究を進めようという志向と言ってもよい。こうした志向を積極的に評価しつつフィールド研究に取り組む場合,重要なのは次のような着眼やアプローチであろうと結論した。すなわち,支配的言説・意味・表象,文化物によって,枠付けられつつも,それを乗り越えて,問題当事者たちが創り出す,経験の新しい意味づけ・解釈の可能性や条件を(困難も含めて),相互行為過程の現場-「顔のみえる」範囲での集合的・集団的な活動過程(「ジョイント・アクション」)-から探ることである。そこでは,あらかじめ条件付けられた経験の意味づけ方(語彙と論理)を用いつつ,その創造的「流用・誤用」によって意味変容・創発が生じ得るというカルチュラル・スタディーズ的発想や,従来のシンボリック相互行為論の方法論的原則(Denzin 1989など)が生かされるべきであろう。なお,以上の研究成果の一部を,2006年9月東北社会学研究会大会シンポジウムにおいて「シンボリック相互行為論における解釈主義の展開」と題する報告で発表した。今年度は,シンボリック相互行為論の代表的な質的研究法論として,マニングらによる「分析的帰納法」,ストラウスらによる「グラウンデッド・セオリー」,ロフランドらの「フィールド・スタディ/分析的エスノグラフィー論」,デンジンの「調査行為論/解釈的相互行為論」を取り上げ,次のような比較検討を行なった。シンボリック相互行為論として共通する質的方法の理論的位置づけ,つまり,「シンボリックな相互行為過程としての社会」としての社会理論およびプラグマティズムに立脚する実践主義的認識論に基づいて,主観的かつ社会的な意味の探究として質的研究が位置づけられていることを確認した。その上で,各論者による意味探究の方法・技法論が微妙に差異を示している点に着目し,その差異が,探究しようとする「意味」の位相,言語・真理観,「意味」の生産・流通に関わる社会的コミュニケーション過程のとらえ方の違い,さらには,質的研究の社会的実践的位置づけに関する見解の相違などに起因することを確認した。また,とくにデンジンについては,個人の生きられた問題的経験への解釈主義的接近を標榜して実際に彼が1980年代に行なったフィールド研究(アルコール依存からの脱却を目指す自助グループのエスノグラフィー研究)に即して,方法論と具体研究との連関を再検討した。研究の最終年度として3年間を総括する研究を行った。その要点は以下の2点である。第1に,シンボリック相互行為論における質的研究の焦点は,「行為当事者にとっての意味を自然主義的に探る」ところにある。一般に,質的研究の主要な目的は,「人間行為の意味の理解」だと見なされるが,シンボリック相互行為論では,意味の当事者性を重視しそれに応じた探究方針をもつ点が特長である。その上で,近年では意味のメディア媒介性も強調され,カルチュラル・スタディーズなどの文化論・意味論を積極的に採り入れた研究プログラムを打ち出している。相互行為論の持ち味は,意味とシンボルを介した相互行為過程に密着したフィールド研究と社会分析だが,今日その意味やシンボルの大きな供給源・流通回路であるメディア状況への留意は不可欠になっている第2に,質的研究の「リサーチ」としての質確保の点で,シンボリック相互行為論では,自然主義的探究の方法論が整備されている点が特長である。最近では特に,質的研究における従来の実証主義的規準に代わる代替規準の提案や適用が盛んになっており,その中で本研究では,従来の妥当性概念を抜本的に再構成し,コミュニケーションを通した合意や研究の社会的効果といった要素を加味した再概念化の議論に注目した。質的研究における代替的な評価規準の確立は,質的研究が盛んになった今日の日本でも極めて重要な課題になっていることを確認した。以上の研究成果については,その一部を,質的インタビュー調査に焦点を合わせて論文化し,本年度の『福井大学教育地域科学部紀要』に発表した。
確率的不動点最適化アルゴリズムとアンサンブル学習への応用

アンサンブル学習法とは、複数の学習器を訓練し、それらを組み合わせて将来を予測することができる最先端の学習法である。各学習器は、ニューラルネットワーク等の従来学習アルゴリズムを、訓練用データから得られる最適化問題に適用することで生成される。しかしながら、ノイズに対する頑強なアンサンブル構築のための疎性(sparsity)と安定したアンサンブル構築のための多様性(diversity)とを考慮したアンサンブル学習においては、従来の学習アルゴリズムでは適用できない大規模かつ複雑な確率的最適化問題を解決する必要がある。本研究の目的は、このような最適化問題を解くことが可能な新学習アルゴリズムに基づく新アンサンブル学習法を開発することである。平成30年度では、大規模かつ複雑な確率的最適化問題を解決するための分散型最適化アルゴリズムの開発に成功した。また、本提案アルゴリズムは、研究課題「大規模かつ複雑なネットワーク上の資源を高速に割り当てるための分散型不動点劣勾配法」(基盤研究(C): 15K04763)に現れるネットワーク資源割り当て問題にも適用可能である。本研究の主問題である確率的最適化問題の制約集合は複雑である。平成30年度の早い段階で、その複雑な制約集合を計算可能なある非線形写像(非拡大写像)の不動点集合として表現することができた。その結果、本研究の主問題を解くための、既存の不動点最適化アルゴリズムを発展させた「確率的不動点最適化アルゴリズム」を提案することができた。また、異なる学習率を有する本提案アルゴリズムの収束解析についても提案することができた。更に、提案学習アルゴリズムに基づくアンサンブル学習法を開発した。数値比較実験により、本提案学習法が、既存学習法と比べて高い分類精度を達成するアンサンブル学習法であることを示すことができた。これらの結果を纏めた論文は、現在、投稿中である。なお、本提案アルゴリズムは、研究課題「大規模かつ複雑なネットワーク上の資源を高速に割り当てるための分散型不動点劣勾配法」(基盤研究(C): 15K04763)に現れるネットワーク資源割り当て問題にも適用可能であり、この成果を纏めた論文は、ジャーナルIEEE Transactions on Control of Network Systemsに採録決定している。以上のことから、おおむね順調に進展していると言える。平成30年度の研究成果を発展させる。例えば、より高精度のアンサンブル学習法の開発ができるようにする。具体的には、より高速に確率的最適化問題を解くことができる確率的不動点最適化アルゴリズムの開発を目指す。当初予定していた研究会への参加が困難な状況となったため。国際会議(9月)に参加する予定であり、次年度使用額をその旅費に充てる。
医療用ナノマシンの数理科学的特性解析と設計提案

血管を模した穴のある円筒内において,ナノマシンおよびナノマシンを排除する機能を有する血液成分を表現する二種の物体が血流に従って運動する数値実験を行った。ナノマシンの表面修飾は埋め込み境界法による固体表面のぼやけにより表現しており,固体表面の記述に用いる関数およびパラメータ,さらにはナノマシンと血管壁に存在するの穴の比などに注目し,血管壁の穴を抜けて標的細胞へと到達する可能性の高いナノマシンの設定を評価しようと試みた。血管壁の穴とナノマシンのサイズが同程度であるときにナノマシンが穴を通過する確率が高い可能性が示唆されたが,パラメータ設定などに意図的な決定があったため,よりニュートラルなパラメータ設定において再度データを生成中である。より基本的な,複素解析を用いた数理モデルの作成と数値実験も試みた。一か所に穴の開いた無限壁で作られる半無限平面内に2次元せん断流を仮定し,その中におけるパッシブな物体の2次元運動の記述を行い,得られた方程式を用いて数値実験を行った。半無限平面内外での圧力差および穴と物体の直径比に依存して,物体が穴を通過する場合が見られたが,実際のナノマシン設計に適用できるほどの強い結果は得ることができなかった。ナノマシン作成のために実験においては以下の成果が得られた。チオール誘導体とシステイン間Lys結合脂質を含むリポソームの形成が確認された。この手法は残基数の少ないAβだけでなく残基数の多いLysにおいても適用可能であった。次に,作成したAβやLys提示リポソームにはそれぞれAβアミロイドやLysアミロイドへの標的性があることが示唆された。最後に,本来の目的であるAβアミロイドの可溶化を検討した。その結果,提示リポソームに可溶化試薬を封入することにより,効果的な可溶化に成功した。この結果は現在,論文投稿の準備を進めているところである。1.血管を摸した領域内において複数個のナノマシンがStokes流体を流れる数値シミュレーションを行うため、埋め込み境界法を用いた数値計算プログラムを作成した。H28年度の段階では、血管は直方体であり、球状同一ナノマシンが複数個考慮されている。(小布施・坂上が担当)2.ナノマシンの作成、および流体内基本特性の数理的評価に必要な基礎実験データを主に取得した。具体的には,生体材料であるリン脂質やタンパク質の自己組織化現象を利用して、粒径50200 nmのナノマシンを作成できた。概ね想定通りの構造であった。次に、本ナノマシンの誘電率や弾性特性などの表面物性の測定を行うことができた。神経変性疾患の一つであるアルツハイマー病を模したアミロイド散布系(外部刺激)に対して本ナノマシンを滴下した結果、アミロイドへの選択的な結合が観察された。(島内が担当)本研究課題では、埋め込み境界法を用いた数値シミュレーションによりナノマシンの血管内自走特性および遊走特性の数理解析を行い、さらにと数値実験と実験室実験の連携により優れたドラッグデリバリーを実現するためのナノマシンの設計提案を目指す。H28年度は、埋め込み境界法による数値シミュレーションのためのプログラム作成(小布施・坂上が担当)と、数値実験でのパラメータ値として用いるためのナノマシンの流体内基礎特性の測定(島内が担当)が課題であった。数値シミュレーションンのためのプログラムは基盤となる部分の作成が完了し、ナノマシンの作成や基礎物性データなどの収集も概ね順調に進み、ほぼ当初の予定通りに進んでいる。1.アミロイドβの凝集による伸長過程および成長場所の固定化おいて,脂質誘導体Aβ1-17-SS-C17が作用しており,標的性の観点から優れていることを実験において確認した。(島内が担当)2.上記の実験(2)で得られた結果に対応する数値実験のため,アミロイドがN個凝集した棒状の集合体へのアミロイド単体の凝集過程をモデル化し,数値計算プログラムを作成した。相互作用にはLennard-Jonesポテンシャルを用いてみたが,このポテンシャルでは1の実験結果と整合的な結果は得られなかった。ポテンシャルの形状の操作により, 1の実験結果と整合的な数値実験結果を得ることはおそらく可能であるが,その中において物理的に意味を持つポテンシャルを見出し設定するための作業を進めているところである。(小布施・坂上が担当)3.血管を摸した領域内において複数個のナノマシンがStokes流体を流れる数値シミュレーションを行うため,埋め込み境界法を用いた数値計算プログラムを作成した。H28年度の段階では,血管は直方体であり球状同一ナノマシンが複数個考慮されていたが,H29年度には微小な孔のあいた非直方体の血管に拡張した。現在,この数値計算プログラムを用いて,数値シミュレーションを進めている。(小布施・坂上が担当)本研究課題では,埋め込み境界法を用いた数値シミュレーションによりナノマシンの血管内自走特性および遊走特性の数理解析を行い,さらに数値実験と実験室実験の連携により,高機能な送達担体の探索および優れたドラッグデリバリーを実現するためのナノマシンの設計提案を目指す。送達担体に関する実験室での実験はおおむね順調であるが,それに対応する数値実験の際に用いる適当かつ物理的に意味のある相互作用や境界条件などの設定を見出すことが難しく,数値実験はやや遅れ気味である。また,数値実験で得た一部のデータを誤って削除してしまい,データ再構築が必要となったのも遅れの原因である。

血管を模した穴のある円筒内において,ナノマシンおよびナノマシンを排除する機能を有する血液成分を表現する二種の物体が血流に従って運動する数値実験を行った。ナノマシンの表面修飾は埋め込み境界法による固体表面のぼやけにより表現しており,固体表面の記述に用いる関数およびパラメータ,さらにはナノマシンと血管壁に存在するの穴の比などに注目し,血管壁の穴を抜けて標的細胞へと到達する可能性の高いナノマシンの設定を評価しようと試みた。血管壁の穴とナノマシンのサイズが同程度であるときにナノマシンが穴を通過する確率が高い可能性が示唆されたが,パラメータ設定などに意図的な決定があったため,よりニュートラルなパラメータ設定において再度データを生成中である。より基本的な,複素解析を用いた数理モデルの作成と数値実験も試みた。一か所に穴の開いた無限壁で作られる半無限平面内に2次元せん断流を仮定し,その中におけるパッシブな物体の2次元運動の記述を行い,得られた方程式を用いて数値実験を行った。半無限平面内外での圧力差および穴と物体の直径比に依存して,物体が穴を通過する場合が見られたが,実際のナノマシン設計に適用できるほどの強い結果は得ることができなかった。ナノマシン作成のために実験においては以下の成果が得られた。チオール誘導体とシステイン間Lys結合脂質を含むリポソームの形成が確認された。この手法は残基数の少ないAβだけでなく残基数の多いLysにおいても適用可能であった。次に,作成したAβやLys提示リポソームにはそれぞれAβアミロイドやLysアミロイドへの標的性があることが示唆された。最後に,本来の目的であるAβアミロイドの可溶化を検討した。その結果,提示リポソームに可溶化試薬を封入することにより,効果的な可溶化に成功した。この結果は現在,論文投稿の準備を進めているところである。1.数値シミュレーションにおける設定は、H28年度の段階では、血管は直方体であり、球状同一ナノマシンが複数個考慮されているのみであった。H29年度は、血管形状・血液の流れを実際のものにより近い状況へと修正し、さらにH28年度に実験室実験により得られたナノマシン基礎特性を基に、ナノマシンや血液構成物の挙動設定を数値シミュレーションのプログラムに組み込む。(小布施・坂上が担当)2.孔のあいた2次元並行流路と1つの円形ナノマシンを考え、流れにシアが存在する場合について、ナノマシンの挙動を記述する数理モデルの作成を試みる。ここでの設定は2次元であり、現実の系や行っている数値シミュレーションの設定とは異なるが、解析的な問題の扱いであることにより、血管内ナノ粒子自走特性に対するより明確かつシンプルな示唆を得る可能性がある。(小布施が担当)3.来年度も継続してナノマシンの粒径を30100 nmに制御することを目指す。また,ナノマシンの表面物性をより広範囲の温度条件や脂質組成の条件で測定を継続する(島内が担当)。次に、小布施らの数値計算で得られた指針に基づいて、血管内の流動特性の実験的検証のための基礎実験を進める。(島内が担当)1.血管形状・
超高温変成作用の酸素・炭素同位体システマティクス

同位体累帯構造の新発見によって、他に類を見ない精密な変成流体の挙動を探求するのに有効であることを同位体地球化学の成果として残すことができた.特に、申請者が共著者であるGraham et.al.(1998)で示される様に,2次イオン質量分析計(SIMS)による世界で初めての酸素同位体累帯構造の結果は報告したが,本年もこの研究によって,広島県久代において新たなプロファイルを明らかにし,国際会議で発表した(Wada,2000)。更に本年度は、石灰岩中の石墨と方解石の炭素同位体地質温度計の超高温変成相への適用限界を確かめることも大きな目標であった。超高温変成で知られる南インドの石灰岩中の石墨-方解石の炭素同位体比は、それらの累帯構造を吟味して同位体平衡領域を詳細に検討をすることにより、1,000°Cを超える最高平衡温度を示していることが示された(Satish et al.,2001)。この事により炭素同位体地質温度計が適用できる限りの高温においては最も信頼できることが証明された。微量珪酸塩酸素同位体比分析用の5フッ化臭素レーザー分解装置を導入し、微量で酸素同位体比を測定できるように処理装置を完成させ試料調整法を様々な角度から行っており、現在も進行中である。しかし、従来の炭酸塩や石墨のような0.1‰以下の精度で測定することには成功していない。勿論、大きな変化のある場合は十分であるが、更に厳密な議論を展開するためには解決しなければならない問題である。この原因は、珪酸塩の分解によって発生する酸素の収率やそれから炭酸ガスに変換するときの収率によって同位体分別が起こり、より精度を上げることが困難なためである。珪酵塩の酸素同位体を扱う上での現段階での限界と思われる。本年度は、珪酸塩微小領域の酸素同位体比を測定するための、炭酸ガスレーザーを使った微量試料調整用真空ラインをくみたてを行った。本研究を遂行する上で重要なことは、この装置でいかにバックグラウンドを下げ、微量で精度よい測定をするかにかかっている。ここ10年来色々な実験が行われて分析方法が改良されてきたが、使用するレーザーは、炭酸ガスが珪酸塩には有効であることが分かり、また、25ワット以上の強力なレーザー光で、かなり短時間で分解する方法が同位体の分別を小さくすることができ再現性がよいことが知られていた。それ故、我々は40ワットの炭酸ガスレーザーを購入した。試薬と反応させる反応室は、表面積を小さくするために小さなヴォリュームのチャンバーを考えていたが、試料を大気とふれさせたり、反応室を大気に曝すことによるバックグランドの増加が大きな問題であることを考えて、試料反応室の前に前室をもうけ、そこで一度排気し、十分に試料の吸着水を除き、反応室に挿入できるようにした。これによって、反応室は、大気と一度も接触することなく試料の入れ替えをすることができ、大気中の水蒸気の反応室壁面への吸着を最小限とすることができる。この吸着水と試薬との反応がバックグラウンドになるため、バックグラウンドの減少が期待されるる。さらに、同位体比の累帯構造などを明らかにするための試料の分割装置は重要な技術である。幸い、1998年フランスで開かれたゴールドシュミット国際学会において、スイスの研究者の自作によるマイクロカッティングマシンが大変機能的に結晶の分割作業ができることが分かったので、この装置を購入することにした。

本年度は、珪酸塩微小領域の酸素同位体比を測定するための、反応低バックグラウンドの試料反応装置と炭酸ガスレーザーを使った微量試料調整用真空ライン完成とそのテストを計画した。レーザーは40ワット定格の炭酸ガスレーザーを導入し、試料反応室の前室をもうけバックグラウンドを小さくした反応室を設計し真空装置を制作した。これによって、反応室は、大気と一度も接触することなく試料の入れ替えをすることができ、大気中の水蒸気の反応室壁面への吸着を最小限とすることができる予定である。さらに、同位体比の累帯構造などを明らかにするための試料の分割装置は昨年購入した、マイクロカッティングマシン装置のほか、高温変成帯の累帯構造の研究において、酸素の同位体と並び本研究の推進項目である炭酸塩と石墨の微細領域の試料採集のできる装置の購入とそれによる分解能のテストを行った。一方、南部インド地域と東ゴンドワナ地下深部の流体を含む変成過程についての大きな発展があった。南インド、マドレイ岩体の温度が、晶質石灰岩の方解石-石墨炭素同位体地質温度計の適用によりおよそ1,000度近くの超高温平衡温度が推定された。この結果から、この温度計が超高温度の変成作用に適していることが明瞭となった。また、同地域の詳細な石墨の同位体累帯構造から、一旦グラニュライト相相当の変成条件で平衡関係にあった炭素同位体比は、その後弊入した花崗岩岩体の近くにおいてのみ、同位体平衡が著しく乱され、弊入岩体に起源を持つ流体の多い変成環境が存在したことが明らかになった。これらは、特別奨励研究員との連携の研究の一部である。ゴンドワナ断片の一部である南極リュッツホルム湾の大理石試料でも、850度を示す高温変成作用が知られ、同時に微細試料の酸素同位体比の累帯組織から、変成最終期に地表起源の流体が深部近くに流入した証拠を示していることが明らかになった。同位体累帯構造の新発見によって、他に類を見ない精密な変成流体の挙動を探求するのに有効であることを同位体地球化学の成果として残すことができた.特に、申請者が共著者であるGraham et.al.(1998)で示される様に,2次イオン質量分析計(SIMS)による世界で初めての酸素同位体累帯構造の結果は報告したが,本年もこの研究によって,広島県久代において新たなプロファイルを明らかにし,国際会議で発表した(Wada,2000)。更に本年度は、石灰岩中の石墨と方解石の炭素同位体地質温度計の超高温変成相への適用限界を確かめることも大きな目標であった。超高温変成で知られる南インドの石灰岩中の石墨-方解石の炭素同位体比は、それらの累帯構造を吟味して同位体平衡領域を詳細に検討をすることにより、1,000°Cを超える最高平衡温度を示していることが示された(Satish et al.,2001)。この事により炭素同位体地質温度計が適用できる限りの高温においては最も信頼できることが証朋された。微量珪酸塩酸素同位体比分析用の5フッ化臭素レーザー分解装置を導入し、微量で酸素同位体比を測定できるように処理装置を完成させ試料調整法を様々な角度から行っており、現在も進行中である。しかし、従来の炭酸塩や石墨のような0.1‰以下の精度で測定することには成功していない。勿論、大きな変化のある場合は十分であるが、更に厳密な議論を展開するためには解決しなければならない問題である。この原因は、珪酸塩の分解によって発生する酸素の収率やそれから炭酸ガスに変換するときの収率によって同位体分別が起こり、より精度を上げることが困難なためである。珪酸塩の酸素同位体を扱う上での現段階での限界と思われる。
金属材料の高温非弾性挙動に関連する各種データベースの構築とそれを用いた解析の検証

熱処理,溶接,鋳造など相変態を伴う各種の工学過程の温度,変態による組織変化,応力・ひずみ・変形の解析をおこなうためには,対象とする材料に関する多くの材料パラメータを必要とする.すなわち,温度解析については,熱伝導率,比熱,変態解析についてはCCT,TTT線図,変態による体積変化,また応力解析では応力-ひずみ線図,ヤング率,ポアソン比などであって,これらはすべて温度依存性を示すため,各温度における数値データが必須となる.本研究は,日本材料学会・塑性工学部門委員会・材料データベース研究分科会の作業と共同して,これらの材料についてのデータベースを構築し,その妥当性を検証するため,各種のシミュレーションを行ったものである.ここでは,とくに熱処理に用いられる50種以上の鋼種をとりあげ,その機械的性質と各種の熱物質値を総合的に整理することとし,具体的には5%のひずみ以下の応力-ひずみ線図,熱伝導率,比熱,弾性定数,温度-伸び線図,CCT線図,TTT線図のデータを文献,実験から収集した.Excelを用いて収集したデータの階層構造とツールの設計を行い,データが容易に蓄積・利用できるようなデータベースツールを開発し,これに,データを移植してデータベースMATEQを構築した.このデータベースには,応力-ひずみ線図については1000本以上,その他の材料特性については50100のデータが含まれており,今後材料の種類やより詳細なデータを導入する契機となっている.またこれらのデータベースの有効性,応用性を検討するために,各種の過程の数値解析に導入して,その検証を行った.熱処理,溶接,鋳造など相変態を伴う各種の工学過程の温度,変態による組織変化,応力・ひずみ・変形の解析をおこなうためには,対象とする材料に関する多くの材料パラメータを必要とする.すなわち,温度解析については,熱伝導率,比熱,変態解析についてはCCT,TTT線図,変態による体積変化,また応力解析では応力-ひずみ線図,ヤング率,ポアソン比などであって,これらはすべて温度依存性を示すため,各温度における数値データが必須となる.本研究は,日本材料学会・塑性工学部門委員会・材料データベース研究分科会の作業と共同して,これらの材料についてのデータベースを構築し,その妥当性を検証するため,各種のシミュレーションを行ったものである.ここでは,とくに熱処理に用いられる50種以上の鋼種をとりあげ,その機械的性質と各種の熱物質値を総合的に整理することとし,具体的には5%のひずみ以下の応力-ひずみ線図,熱伝導率,比熱,弾性定数,温度-伸び線図,CCT線図,TTT線図のデータを文献,実験から収集した.Excelを用いて収集したデータの階層構造とツールの設計を行い,データが容易に蓄積・利用できるようなデータベースツールを開発し,これに,データを移植してデータベースMATEQを構築した.このデータベースには,応力-ひずみ線図については1000本以上,その他の材料特性については50100のデータが含まれており,今後材料の種類やより詳細なデータを導入する契機となっている.またこれらのデータベースの有効性,応用性を検討するために,各種の過程の数値解析に導入して,その検証を行った.1.応力-ひずみの線図の予備調査(井上,大野,今谷,猪狩,小川,上原);日本材料学会データベース研究分科会の作業と協同して,文献,資料および各機関が所有するデータなどの調査を行い,ひずみが5%以下までの応力-ひずみ線図を,とくに温度とひずみ速度依存性に注目して収集する準備を行った。2.熱物性および弾性定数の調査(巨,岡村,生田):応力-ひずみ線図のデータのある材料について,文献から比重,比熱,熱伝導率,また,弾性定数,線膨張率を調査,収集する準備を行った。3.相変態に関するデータの調査(吉田,岡村,生田):恒温変態線図(TTT),連続冷却変態線図(CCT)などデータの調査,収集を行いつつある。4.データベース構築システムの整備と設計(井上,酒井,青砥,水野,上原):MSC社のデータベース構築システムMVISION(EWS用)のDATA-BUILDERおよびMicrosoft社のExcel(パソコン用)を用いて,収集しつつあるデータの階層構造とツールの設計を行い,データが容易に蓄積・利用できるよう整備を行った。5.データのデータベースツールへの移植(井上,上原,巨):パソコン用ツールExcelを中心に,収集したデータの移植,蓄積作業を開始した。1.応力-ひずみ線図の実験および文献による採取(井上,大野,今谷,猪狩,小川,上原);日本材料学会データベース研究分科会の作業と協同して,文献,資料および各機関が所有する実験データなどの調査を行い,ひずみが5%以下までの応力-ひずみ線図を,とくに温度とひずみ速度依存性に注目して収集した.2.熱物性および弾性定数の調査(巨,岡村,生田):主として,応力-ひずみ線図のデータのある材料について,文献から比重,比熱,熱伝導率,また,弾性定数,線膨張率を調査,収集した.3.相変態に関するデータの調査(吉田,岡村,生田):恒温変態線図(TTT),連続冷却変態線図(CCT)などデータの調査,収集を行った.4.データベース構築システムの整備(井上,酒井,青砥,水野,上原):主として、Microsoft社のExcel(パソコン用)、およびサブとしてMSC社のデータベース構築システムMVISION(EWS用)を用いて,収集したデータの階層構造とツールの設計を行い,データが容易に蓄積・利用できるよう整備を行った.5.データのデータベースツールへの移植とデータースの構築(井上,上原,巨):パソコン用ツールExcelを中心に,収集したデータの移植,蓄積作業を行い、データベースMATEQを構築した.
安全で効率のよい手術遂行のための手術手技の定量化と術中支援システムの開発

大動脈瘤の人工血管置換術に対応する手術ナビゲーションシステムを開発した.開発要件は以下の2点とした.1)瘤を切開しても大動脈内壁からは肉眼で見ることのできない,血管壁の裏側に広がる肋間動脈の走行状態を,手術中に立体的に把握可能とする表示を行うこと,2)温存すべき肋間動脈の起始部を頭足方向に最大でも5.0mmの範囲で特定可能にすることである.患者体内の解剖学的情報の表示には,術前診断用に撮影したマルチスライスCTの画像を用いた.画像中のCT値に応じて,大動脈,肋間動脈,骨といったそれぞれの領域を自動抽出した.このうち,CT値が重複して自動処理できない部位については手作業で抽出した.そして,各領域の輪郭を抽出し,3次元再構築することで,部位ごとのサーフェスデータへ変換した.サーフェスデータの表示には,3次元形状の描画に優れたライブラリであるOpenGLを用いて自作したソフトウェアを利用した.色や透明度を変更可能とし,拡大縮小しながら自由な視点から表示することで,全体における各部位の位置関係を観察可能とした.直感的な立体構造の表示法に加え,より詳細な解剖学的位置関係を把握可能とするため,ボリュームデータを上下,前後,左右の3軸方向の断層画像で表示し,同時に確認可能とした.開発したナビゲーションシステムが,東京女子医科大学の倫理委員会を通過したことを受け,2006年7月に臨床応用を開始し,2007年2月末までに16例の症例に利用した.臨床での精度は,レジストレーション試行時に,人と機械が情報をやり取りする上で生じる誤差をもとにシステムの信頼性を評価した.以上より症例に応じて,システムの信頼性は3段階のレベルに分類されると結論づけられた.また,臨床的な側面からは,全症例において,温存すべき肋間動脈の起始部を頭足方向について最大でも5.0mmの範囲で特定可能であった.大動脈瘤の人工血管置換術に対応する手術ナビゲーションシステムを開発した.開発要件は以下の2点とした.1)瘤を切開しても大動脈内壁からは肉眼で見ることのできない,血管壁の裏側に広がる肋間動脈の走行状態を,手術中に立体的に把握可能とする表示を行うこと,2)温存すべき肋間動脈の起始部を頭足方向に最大でも5.0mmの範囲で特定可能にすることである.患者体内の解剖学的情報の表示には,術前診断用に撮影したマルチスライスCTの画像を用いた.画像中のCT値に応じて,大動脈,肋間動脈,骨といったそれぞれの領域を自動抽出した.このうち,CT値が重複して自動処理できない部位については手作業で抽出した.そして,各領域の輪郭を抽出し,3次元再構築することで,部位ごとのサーフェスデータへ変換した.サーフェスデータの表示には,3次元形状の描画に優れたライブラリであるOpenGLを用いて自作したソフトウェアを利用した.色や透明度を変更可能とし,拡大縮小しながら自由な視点から表示することで,全体における各部位の位置関係を観察可能とした.直感的な立体構造の表示法に加え,より詳細な解剖学的位置関係を把握可能とするため,ボリュームデータを上下,前後,左右の3軸方向の断層画像で表示し,同時に確認可能とした.開発したナビゲーションシステムが,東京女子医科大学の倫理委員会を通過したことを受け,2006年7月に臨床応用を開始し,2007年2月末までに16例の症例に利用した.臨床での精度は,レジストレーション試行時に,人と機械が情報をやり取りする上で生じる誤差をもとにシステムの信頼性を評価した.以上より症例に応じて,システムの信頼性は3段階のレベルに分類されると結論づけられた.また,臨床的な側面からは,全症例において,温存すべき肋間動脈の起始部を頭足方向について最大でも5.0mmの範囲で特定可能であった.
医療における焦電体と紫外レーザを用いたＸ線源に関する研究

本研究は、焦電体と紫外レーザを用いた小型X線源の試作機を作成し,その諸特性を調査することで医療での利用を検討することが目的である。最終年度である2018年度は、最終版のX線源の試作機とX線源から発生するX線について測定・評価した。X線源の試作機は、3×3×5 cmの直方体形状まで小型化が進んだ。X線源の外壁はアルミニウム素材で構成されており、焦電体は直径1 cm、長さ0.6 cmのLiNbO3を用いた。X線源容器の側方には直径2 cm程度の円形のプラスチック窓を設け、焦電体の劣化状態を観察できるようにした。金属ターゲットは銅を用い、X線源内は真空ポンプを用いて0.3 Paとした。紫外パルスレーザは、波長:266 nm、繰返し率:10 HzのNd:YAGレーザを用いた。X線スペクトルアナライザーによって測定したX線スペクトルは、8.0 keVと8.9 keVにそれぞれ銅からのKα、Kβの特性X線のピークが観測できた。熱電対によって測定した焦電体の温度は、室温(約22 °C)から次第に上昇し、紫外パルスレーザの照射5分後に37°Cまで上昇した。その後、焦電体の温度は緩やかな上昇となり、紫外パルスレーザの照射30分後には39 °Cとなった。X線量の測定では、紫外パルスレーザのエネルギーを変化させてGM計数管で観測した。今回の実験では、紫外パルスレーザのエネルギーが最大(40 mJ/pulse)のときのX線量が最も高くなった。しかし、35 mJ/pulse以上のレーザエネルギーを用いると焦電体への損傷も大きくなり、結晶を利用できる期間が短くなった。本研究を通して、焦電体と紫外パルスレーザを組み合わせたX線源は小型化が可能であった。今後は、更なる小型化とX線量の増加を達成することで医療における空内照射等にも利用できるのではないかと考えている。我々が研究をしている焦電体を用いたX線源は、焦電体から電子を放出させるためにヒーター等の加熱装置を用いて焦電体を加熱するのではなく、紫外レーザを焦電体に照射することで電子を発生させていることが特徴である。ただし、紫外レーザによって焦電体が高温になることで電子が発生している場合は加熱装置を用いていることと同じになり、本研究の特徴である紫外レーザ利用の有用性が低下する。平成28年度は、焦電体型のX線源の試作機を作成し、紫外レーザの照射によってX線源よりX線発生中に、焦電体の温度変化を測定することを目的とした。焦電体の温度変化は、サーモグラフィ(フルーク製Ti27:温度測定範囲-20+600°C)と熱電対を用いて行った。焦電体型X線源の本体は、サーモグラフィによってX線源内部の焦電体の温度測定が行えるようにフッ化カルシウム窓を取り付けて作成した。熱電対は焦電体に取り付け、X線源の外部で測定できるように設計した。X線源に取り付けた焦電体は、直径1cm、長さ0.6cmのLiNbO3の結晶を用いた。実験では、紫外パルスレーザ(波長266nm)を試作機の焦電体型X線源に照射することで、X線の発生をGM計数管で観測した。その時のサーモグラフィによる焦電体の温度変化は、紫外パルスレーザの照射前は室温(約22°C)であったものの、レーザ照射により徐々に上昇し、約30分後には40 °C程度となった。熱電対による焦電体の温度変化もサーモグラフィとほぼ同様の結果となった。この結果より、紫外パルスレーザの照射により焦電体の温度上昇が生じるが、焦電体の電子放出にヒーターほどの高熱が必要でないことが実証できた。平成28年度は、概ね予定通りの進捗状況であった。焦電体型X線源の試作機の作成では、X線源内部の焦電体をサーモグラフィにて温度が測定できるように、観測用の窓材質の検討を慎重に進めた。年度当初は、使用を予定していた紫外レーザ装置の出力低下により急遽修理が必要となったものの、焦電体型X線源の試作機を11月頃までに作成し、12月1月にかけて焦電体の温度測定を実施することができた。平成29年度の焦電体を用いたX線源の研究では、本研究の特徴である紫外レーザの有用性と焦電体の局所的な温度変化を調査するための取り組みを行った。X線源の焦電体は、直径1cm、長さ0.6 cmのLiTaO3を用い、紫外レーザは波長266 nm、パルス数10 Hzの紫外パルスレーザ装置を用いた。金属ターゲットには、銅を用いた。X線の測定にはGM計数管を用い、焦電体の温度測定には微小スポット測定用放射温度計を用いた。前回のサーモグラフィを用いた焦電体の温度測定では、画素の大きさによって平均化された温度変化のため、局所的な温度変化を観測することができなかった。そこで、今回は直径1 mmのスポット測定が可能な放射温度計を用いて焦電体の温度測定を行った。焦電体の温度測定用のX線源は、平成28年度に作成したフッ化カルシウム窓が取り付けられたX線源を用いた。

実験では、紫外パルスレーザ(波長266 nm)を焦電体型X線源に照射することで、X線の発生をGM計数管で観測した。X線は紫外パルスレーザを照射開始後、数分してから発生した。X線発生時の焦電体の局所的な温度変化を測定した結果、室温(約25°C)より次第に上昇し、前回と同じように約30分後には40°C程度となった。スポット測定による焦電体の温度変化については、サーモグラフィによる温度測定と比較して、顕著な差はなかった。この結果より、紫外パルスレーザの照射により焦電体の温度変化が局所的に急激な変化をしていないことが実証できた。平成29年度は、概ね予定通りの進捗状況であった。焦電体の温度測定用X線源の試作機は平成28年度に作成しているため測定を順調に進めることができた。ただし、今回焦電体の温度測定で用いた微小スポット測定用放射温度計を用いるにあたり、直径1 mmのスポット測定が実際に可能かどうかについて検証し、問題ないことも実証できた。放射温度計の性能評価も含めて焦電体の温度測定は、611月頃までの期間行った。12月以降は、紫外パルスレーザ装置を用いて焦電体型X線源のX線量増加に向けた検討を行った。本研究は、焦電体と紫外レーザを用いた小型X線源の試作機を作成し,その諸特性を調査することで医療での利用を検討することが目的である。最終年度である2018年度は、最終版のX線源の試作機とX線源から発生するX線について測定・評価した。X線源の試作機は、3×3×5 cmの直方体形状まで小型化が進んだ。X線源の外壁はアルミニウム素材で構成されており、焦電体は直径1 cm、長さ0.6 cmのLiNbO3を用いた。X線源容器の側方には直径2 cm程度の円形のプラスチック窓を設け、焦電体の劣化状態を観察できるようにした。金属ターゲットは銅を用い、X線源内は真空ポンプを用いて0.3 Paとした。紫外パルスレーザは、波長:266 nm、繰返し率:10 HzのNd:YAGレーザを用いた。X線スペクトルアナライザーによって測定したX線スペクトルは、8.0 keVと8.9 keVにそれぞれ銅からのKα、Kβの特性X線のピークが観測できた。熱電対によって測定した焦電体の温度は、室温(約22 °C)から次第に上昇し、紫外パルスレーザの照射5分後に37°Cまで上昇した。その後、焦電体の温度は緩やかな上昇となり、紫外パルスレーザの照射30分後には39 °Cとなった。X線量の測定では、紫外パルスレーザのエネルギーを変化させてGM計数管で観測した。今回の実験では、紫外パルスレーザのエネルギーが最大(40 mJ/pulse)のときのX線量が最も高くなった。しかし、35 mJ/pulse以上のレーザエネルギーを用いると焦電体への損傷も大きくなり、結晶を利用できる期間が短くなった。本研究を通して、焦電体と紫外パルスレーザを組み合わせたX線源は小型化が可能であった。今後は、更なる小型化とX線量の増加を達成することで医療における空内照射等にも利用できるのではないかと考えている。平成29年度以降は、焦電体型X線源に用いる紫外レーザ装置の出力の変化、あるいはX線源から放出されるX線量を増加させたときにおける焦電体の温度測定を実施する方針である。平成30年度は、紫外レーザを用いた焦電体型X線源のX線量の増加に向けた取り組みとこれまでのデータを取りまとめる方針である。焦電体結晶の追加購入を予定していたが、注文時の在庫状況により少量の結晶注文の場合、購入金額が大きく変動することがあるため、翌年度にまとめて購入することとした。理由:紫外レーザ装置のリースを予定していたが、リース会社との借用期間の折り合いがつかなかったため、残金が生じた。残金については、次年度に予定している追加実験のための紫外レーザ装置のリース費とする。
ハイブリッド海洋観測：黒潮続流域の循環変動とその大気・生物地球化学への影響

日本の南南東を流れる黒潮・黒潮続流の周辺海域では、冬季に深い鉛直対流が起こり、春以降大量の水が、水温・塩分などの気候変動シグナルや二酸化炭素などの物質とともに、海洋の表面から内部へと沈み込む。この沈み込んだ水「亜熱帯モード水」がその後どのように移動・変質し、さらにはどのように海面に再出現し、そこでの大気や化学生物環境にどのような影響を与えるのかを、自働観測ロボットや船舶を使った物理・化学観測により解明する。
新規な強磁性体制御高移動度MOSトランジスタの開発

電界効果型Siトランジスタのゲート直上に形成した酸化物強磁性体薄膜の残留磁化を利用して,Siトランジスタのキャリア移動度を向上する可能性を見出し,この原理を利用して,磁性体薄膜の効果により,電界効果トランジスタの特性を向上することを検証し,全く新規な高速動作型トランジスタの原理的な可能性を探った.本年度は,前年度に続いて,強磁性体をMOS FET上に再現性よく作成するプロセスの確立と,強磁性体薄膜の残留磁化がトランジスタ特性に与える影響の検討をおこない,前年度の結果を受けて,デバイス化の可能性の基礎的な検討を行った.Si-MOSFET基板のゲート部に,RFマグネトロンスパッタ法により、バリウムフェライトを室温で成膜した.リフトオフ法により、磁性薄膜をゲート上だけに残すべく微細加工し,800°C,10minのポストアニールにより磁気特性を引き出した.チャネル中を流れる電子が,ゲート界面に垂直な方向のSi側に力を受けるような向きに着磁し、その前後でトランジスタI_D-V_D測定を行った。ドレイン電流の増加から移動度の上昇を算出した。作製した薄膜の磁気特性はVSMを用いて評価し、pAメーターでMOSFETのI_D-V_D測定を行った。その結果,電磁石のon/offによる外部磁場中でのトランジスタI_D-V_D測定をもとに、一定ドレイン電圧4Vでのドレイン電流の変化量のゲート長依存性を検討した.その結果,磁束密度が大きくゲート長が短いほど、ドレイン電流の変化量が大きいことがわかった.得られたバリウムフェライト薄膜は,残留磁化が250mT、保磁力は4.4kOeであった.着磁前後のMOSFETのI_D-V_D測定の結果から,着磁後,ドレイン電流が増加した.この変化を移動度の上昇として算出すると、着磁前の450cm^2/Vsに対して,着磁後は540cm^2/Vsとなり,約20%上昇している.また,外部磁場10kOe中で10分間着磁した後リテンション測定を行ったところ,バリウムフェライトの残留磁化は10日持続することがわかった.電界効果型Siトランジスタのゲート直上に形成した酸化物強磁性体薄膜の残留磁化を利用して,Siトランジスタのキャリア移動度を向上することを見いだし,この原理を利用して磁性体薄膜の効果により,電界効果トランジスタの特性を向上することを検証し,全く新規な高速動作型トランジスタの原理的な可能性を検討した.本年度は強磁性体薄膜をMOS FET上に再現性よく作成するプロセスの確立と,強磁性体薄膜の残留磁化がトランジスタ特性に与える影響を詳細に検討した.すなわち,高い残留磁化と高い保磁力をもつ強磁性体薄膜の探索,成膜条件の最適化,強磁性体薄膜の微細加工技術の検討を行った.MOS FETテストチップ上に,マグネトロンスパッタ装置を用いて,SiO_2を絶縁膜として強磁性金属薄膜の成膜および、絶縁性の酸化物強磁性体薄膜の形成を試みた.本来は酸化物薄膜を用いる予定であるが,金属薄膜を用いた理由は,より残留磁化が大きな強磁性金属を用いて移動度向上の上限を知ることを目的としたためである.しかしながら,アルニコ磁石を検討したが,チャンバー内の残留酸素の影響と考えられる酸化のために,十分な磁性が得られなかった.一方,酸化物強磁性体としては,バリウムフェライトを検討した.MOS FETのゲート上に微細加工をすることから,室温で成膜して,加工した後に,結晶化するプロセスで最適条件を検討した.最適なスパッタ条件は,室温,RFパワー50W, Arスパッタ,チャンバー圧10mmTorrで2時間であった.成膜後,800°C,10分間結晶化処理をした.得られた薄膜の磁気特性は,Mr=390mT, Hc=4.4kOeで良好であった.[酸化物磁性薄膜の微細加工技術の開発]用いたMOS FETは異なるゲート長,巾をもっており,形成した強磁性体薄膜を最適なサイズ,形状に微細加工する技術を検討した.実験は湿式エッチングとフォトリソグラフィー技術の一種のリフトオフ法を用いて作成し,良好なエッチング条件を得た.[酸化物磁性薄膜を形成したMOS FETの電気特性の測定]MOS FETのゲート上に強磁性体薄膜を形成した試料の電気特性を測定した.その結果,磁性体の残留磁化によって,ドレイン電流が増大する現象が観測され,計算により得られた見かけの移動殿変化は約20%程度であった.

電界効果型Siトランジスタのゲート直上に形成した酸化物強磁性体薄膜の残留磁化を利用して,Siトランジスタのキャリア移動度を向上する可能性を見出し,この原理を利用して,磁性体薄膜の効果により,電界効果トランジスタの特性を向上することを検証し,全く新規な高速動作型トランジスタの原理的な可能性を探った.本年度は,前年度に続いて,強磁性体をMOS FET上に再現性よく作成するプロセスの確立と,強磁性体薄膜の残留磁化がトランジスタ特性に与える影響の検討をおこない,前年度の結果を受けて,デバイス化の可能性の基礎的な検討を行った.Si-MOSFET基板のゲート部に,RFマグネトロンスパッタ法により、バリウムフェライトを室温で成膜した.リフトオフ法により、磁性薄膜をゲート上だけに残すべく微細加工し,800°C,10minのポストアニールにより磁気特性を引き出した.チャネル中を流れる電子が,ゲート界面に垂直な方向のSi側に力を受けるような向きに着磁し、その前後でトランジスタI_D-V_D測定を行った。ドレイン電流の増加から移動度の上昇を算出した。作製した薄膜の磁気特性はVSMを用いて評価し、pAメーターでMOSFETのI_D-V_D測定を行った。その結果,電磁石のon/offによる外部磁場中でのトランジスタI_D-V_D測定をもとに、一定ドレイン電圧4Vでのドレイン電流の変化量のゲート長依存性を検討した.その結果,磁束密度が大きくゲート長が短いほど、ドレイン電流の変化量が大きいことがわかった.得られたバリウムフェライト薄膜は,残留磁化が250mT、保磁力は4.4kOeであった.着磁前後のMOSFETのI_D-V_D測定の結果から,着磁後,ドレイン電流が増加した.この変化を移動度の上昇として算出すると、着磁前の450cm^2/Vsに対して,着磁後は540cm^2/Vsとなり,約20%上昇している.また,外部磁場10kOe中で10分間着磁した後リテンション測定を行ったところ,バリウムフェライトの残留磁化は10日持続することがわかった.