hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
コンクリートの破壊エネルギー試験の寸法依存性に関する検討

本研究では,コンクリートの破壊エネルギー試験における寸法依存性について検討した。断面内の不均一性を表す指標である断面骨材寸法比と破壊進行領域幅および破壊エネルギーの関係を検討した結果,同一の断面骨材寸法比であっても,破壊進行領域幅および破壊エネルギーは,骨材最大寸法によって異なることが示された。また,破壊エネルギー試験では,最大荷重までの外力仕事は断面欠損率および骨材最大寸法によらず一定の値を示すことが認められた。一方,最大荷重以降の外力仕事は,荷重が20%低下した区間以外では断面欠損率によらず一定であったが,荷重が20%低下した区間においては,断面欠損率の増大に伴い減少することが認められた。コンクリートの破壊エネルギー試験では,寸法依存性が存在し,切欠き高さが高くなるほど得られる破壊エネルギーは小さくなる.寸法依存性が存在することは多くの研究者により報告されているが,その支配要因は未だ特定されていない.また,コンクリートの破壊エネルギーは,曲げひび割れ強度を算出する際に用いられる変数であり,コンクリートの特性値として取り扱われている.このように,未解決問題を含んだまま,コンクリート部材の設計法に取り入れられている現状にある.また,破壊エネルギー試験時のひび割れ進展経路では,消費されるエネルギーが断面高さにより異なるとの報告があり,ひび割れ進展時にリガメント領域内で一様なエネルギーが消費されていないことが指摘されている.本研究では,コンクリートの破壊エネルギー試験を実施し,リガメント領域内のエネルギー分布に関する検討を実施した.供試体は,水セメントを40%として,コンクリートの構成材料である骨材の最大寸法を5,10,20mmに変化させて作製した.また,切欠き高さを20,30,40,50,60,70,80mmに設定し,それぞれの骨材寸法に対し,供試体形状を変化させた.破壊エネルギー試験時には,アコースティック・エミッション法(AE法)を適用した.その結果,リガメント領域内の微細ひび割れの形成モードは,骨材寸法に依存せず,切欠き高さのみに依存して変化し,切欠き高さが低い場合では,せん断型のAEイベント数の割合が卓越し,切欠き高さが高くなるほど引張型のAEイベント数の割合が卓越する結果を得た.また,AEイベント位置標定結果から推定される破壊エネルギー進行領域幅と破壊エネルギーに相関が認められたが,骨材最大寸法によってそれらの関係性が異なることが示唆された.コンクリートの破壊エネルギーは,切欠きはりの3点曲げ試験から得られる荷重-開口変位曲線下の面積と供試体の自重がなす仕事量の合計値をリガメント面積で除すことで得られる.ここで,リガメント面積とは,供試体幅と切欠き高さの積であり,2次元の場合,切欠き先端から載荷点を結ぶ1本の線で与えられ,破断面の凹凸性状は考慮されない.しかし,同一のリガメント面積であっても,個々の供試体で破壊形状は異なり,実際のひび割れ進展面積とリガメント面積は異なる.本研究では,断面欠損率(切欠き高さ/供試体高さ)と骨材最大寸法をパラメータとして,コンクリートの破壊エネルギー試験を実施し,破断面の凹凸性状と破壊エネルギーの関係について検討した.実験に用いた供試体は,水セメントを50%として,コンクリートの構成材料である骨材の最大寸法を5,10,20mmに変化させて作製した.また,切欠き高さを30,50,60,70mmに設定した.破壊エネルギー試験時には,アコースティック・エミッション法(AE法)を適用した.また,試験後の破断面に対し3D高さ測定を実施し,破断面の全表面積に対する±2.5mm以上の表面積を凹凸率と定義し,破壊エネルギーとの比較を行った.その結果,破壊エネルギーは,断面欠損率の増加に伴い減少傾向を示し,寸法依存性が確認された.さらに,最大荷重までに消費されたエネルギーは,断面欠損率によらず一定の値を示し,骨材最大寸法の大きさによってわずかに変動することがわかった.また,AE法により推定された破壊進行領域幅と破壊エネルギーは相関し,凹凸率も破壊エネルギーと相関することが認められた.以上のことから,初期ひび割れの形成に必要なエネルギーは,断面欠損率によらず一定であり,その後の破壊進行領域などのひび割れ進展特性ならびに最終的な破断形状が破壊エネルギーに影響することが示唆された.コンクリートの破壊エネルギーは,切欠き高さを変えた場合には,同一配合のコンクリートであっても得られる破壊エネルギーは異なり,寸法依存性を有する.本研究では,断面欠損率(切欠き高さ/供試体高さ)と骨材最大寸法をパラメータとして,コンクリートの破壊エネルギー試験を実施し,断面欠損率が破壊エネルギーに及ぼす影響を各荷重段階で把握することを目的とした.実験に用いた供試体は,水セメントを40%として,コンクリートの骨材最大寸法を5,10,20mmに変化させて作製した.また,切欠き高さを30,40,50,60,70,80mmに設定した.破壊エネルギー試験時には,アコースティック・エミッション法(AE法)を適用した.実験により得られた荷重ー変位関係において,載荷前から最大荷重まで,最大荷重後は最大荷重を20%刻みに分割し,各荷重段階での外力仕事およびAE源発生領域を算出した.その結果,載荷前から最大荷重まで,最大荷重の80-60%,60%-40%,40-20%,20-0%の各区間での外力仕事は,いずれの骨材最大寸法,断面欠損率においても同程度であった。

一方,最大荷重から最大荷重の80%の区間では,全ての骨材最大寸法において,断面欠損率の増加に伴い,外力仕事が減少することが認められた。また,AE発生源分布に着目すると,最大荷重までは全ての骨材最大寸法および断面欠損率において,供試体高さ方向に同程度の領域が破壊されているのに対し,最大荷重から最大荷重の80%の区間では,断面欠損率の増加に伴い破壊進行領域高さの変化量が低下する傾向が確認された。このことから,破壊エネルギー試験では,最大荷重時において,断面欠損率に応じたエネルギーが消費されず,最大荷重直後の区間で断面欠損率に応じたひび割れの安定成長過程に変化することで,この区間において外力仕事が断面欠損率の増加に伴い減少する可能性がある.平成27年度の当初計画は,水セメントを60%に固定し,3種類の骨材最大寸法に7種類の切欠き高さをパラメータとした供試体を作製し,破壊エネルギー試験を実施するものであった.しかし,平成26年度の実験結果から,最大荷重までの外力仕事は骨材最大寸法および切欠き高さによらず一定値であるという当初では想定していなかった結果や課題が見つかった.これらを踏まえ,平成27年度はこれまでに実験した過去2カ年のデータを再度見直し,より詳細なデータ整理を行った.その結果,平成26年度に課題とした項目をある程度解決できたと考えられる.したがって,当初の計画とはやや異なるが,新しい知見が得られたことから順調に進展していると考える.コンクリートの破壊エネルギー試験方法は,切欠きを有するはりの3点曲げ試験方法が日本コンクリート工学会から示されているが,切欠き高さを変えた場合には,同一配合のコンクリートであっても得られる破壊エネルギーは異なり,寸法依存性を有する.本研究では,断面欠損率(切欠き高さ/供試体高さ)と骨材最大寸法をパラメータとして,コンクリートの破壊エネルギー試験を実施し,各断面欠損率および骨材最大寸法における引張軟化特性について考察した.実験に用いた供試体は,水セメントを40,50%の2水準とし,コンクリートの骨材最大寸法を5,10,20mmに変化させて作製した.また,切欠き高さを30,40,50,60,70,80mmに設定した.実験より,断面欠損率の増加に伴い破壊エネルギーが減少することを確認し,骨材最大寸法によって得られる破壊エネルギーが異なることも確認した.実験により得られた荷重ー開口変位(CMOD)関係において,載荷前から最大荷重まで,最大荷重後は最大荷重を20%刻みに分割し,各荷重段階での外力仕事およびAE源発生領域を算出した.その結果,破壊エネルギー試験では,最大荷重時において,断面欠損率に応じたエネルギーが消費されず,最大荷重直後の区間で断面欠損率に応じたひび割れの安定成長過程に変化することで,この区間において外力仕事が断面欠損率の増加に伴い減少する可能性があると推察された.次に,多直線近似解析を利用し,引張軟化曲線を求め,その結果とコンクリート標準示方書記載の1/4モデルとの対応関係について検討した.その結果,実験から取得したコンクリートの圧縮強度と引張強度を用いた1/4モデルと多直線近似解析結果の概形がおおよそ一致することが認められた.さらに,引張軟化曲線の初期結合応力は,断面欠損率に依存せず,最大ひび割れ幅が断面欠損率の増加に伴い減少する傾向を示した.本研究では,コンクリートの破壊エネルギー試験における寸法依存性について検討した。
陶器質有孔虫の生鉱物化過程の解明:微量元素分配との関係

本研究は、深海底より多産する陶器質有孔虫について、環境中の安定同位体、微量元素が殻形成時にどのように殻に取り込まれ、固定されるのかを追跡することを通じて、殻に残された安定同位体、微量元素が環境のプロキシーと成りうるかどうかを検証することを目的とする。研究目的を遂行するために、環境を制御した飼育実験を行い、殻形成を実験室で観察するとともに、成長した殻中の同位体、微量元素を測定した。1)精密飼育実験:IFREEが開発した精密飼育実験装置を用い、温度、塩分、pHなどを制御した飼育実験を行った。飼育実験の材料は、千葉県安房小湊、神奈川県逗子・三崎、静岡県下田に生息するCyclogyra sp.を用いた。この種類は円柱が巻いた外形をした陶器質有孔虫で、成長末端では常に殻を形成している。このため、石灰化過程の観察が行いやすく、また成長部位を特定しやすい。2)石灰化過程の観察:石灰化過程を追跡するために有孔虫細胞内の化学環境の変化をモニターする必要がある。酸素についてはポルフィリン錯塩を用いたオプトードフィルムを用いた。CaについてはFluo-3溶液を用いて蛍光観察を行うことによって視覚化した。pHの定量は、試薬HPTCを細胞に導入し、石灰化に伴って起こる細胞内小器官ごとのpHを蛍光スペクトルの色から定量した。これらの手法に基づいて行った観察の結果、石灰質有孔虫は、陶器質殻有孔虫もガラス質殻有孔虫も、いずれも石灰化を起こす部位のpHが9.5と高くなることを明らかにした。3)成果の発表と議論:研究成果は、平成19年9月の第9回国際古海洋シンポジウム(上海)で発表した。
SOI層の熱凝集現象を利用したSiアイランドの選択形成と光学素子応用

本研究では、薄いSOI(Silicon-on-Insulator)層が、真空中加熱により規則配列したSiアイランドに変形する現象を利用して、(1)SOI細線構造(Si光導波路)を局所的にアイランド化させ、導波路中に一次元周期構造を形成すること、(2)一次元Siアイランド列を波長フィルター等の光学素子へ応用すること、を目的として研究を進めてきた。成果の概要は、以下のとおりである。SOI層の初期膜厚を局所的(空間的)に変化させることにより、熱凝集Siアイランドの選択形成を実現した。また、部分的にSOI層を熱酸化膜で覆うことによっても、アイランドの選択形成が可能であることがわかった。SOI細線の幅、膜厚、細線形成の結晶方位、および加工プロセスの違い(選択酸化/選択エッチング)をパラメータとして、SOI細線のアイランド化を詳細に評価した。その結果、膜厚が約3nm、線幅が1μm以下の選択酸化プロセスによる細線を熱処理することで、Siアイランドの1次元配列が可能となった。アイランド列は、細線両端に沿って2列同時に形成され、アイランド列間には、極薄のSi層が残存する。細線形成の結晶方位に依存しないため、90度曲げやT分岐を施した部分でも、エッジに沿った配列が維持される。アイランドサイズが50nmと小さいため、残存Si層をトンネル接合とする一次元単電子トンネル接合アレイとして利用できる可能性がある。細線の幅や膜厚を大きくしたり、加工に異方性エッチングを用いた場合には、規則配列が見られなくなる。フォトニック結晶利用に適切な100nmサイズのアイランドを形成するには、初期SOI膜厚を7nm程に設定する必要があるが、この場合、アイランドは規則配列せず、細線パターン内にランダムにアイランドが形成される。フォトニック結晶利用に向けたアイランドの規則配列を実現するには、さらに検討が必要がある。本研究では、薄いSOI層が真空中加熱により規則配列したSiアイランドに変形する現象を利用して、(1)SOI細線構造(Si光導波路)を局所的にアイランド化させ、導波路中に一次元周期構造を形成すること、(2)この周期構造を波長フィルター等の光学素子へ応用すること、を目的としている。本年度は、その基礎実験として、(1)数ミクロン角にパターニングしたSOI層を用い、パターニングが熱凝集Siアイランドの形成・配列に及ぼす影響を調べる(2)10nm程度のSOI層の面内において、数nmの膜厚揺らぎを有する試料(市販SIMOXウエハ)を用い、膜厚の薄い部分でアイランドが選択形成されるかを調べるとともに、(3)SOI層のアイランド化のメカニズムを明らかにするために、計算機シミュレーションにより、従来までの実験データ(SOI層の初期膜厚とアイランドのサイズ・周期の関係等)の解釈を試みるの3点に注目して、検討した。得られた成果は、それぞれ以下のように要約できる。(1)パターニングの効果パターニングにより、(1)低温から、またパターンの端部から熱凝集が発生すること、(2)形成されるSiアイランドのサイズ分布が、パターンのないものより大きくなること、等が明らかとなった。(2)膜厚揺らぎを有するSOI層の熱凝集5nm程度の膜厚揺らぎを有するSIMOXウエハ(平均膜厚:約10nm)における熱凝集現象を調べた結果、予想通り、膜厚の薄い部分でアイランドが選択形成されることが明らかとなった。(3)シミュレーションによるメカニズムの解釈Si原子の拡散が、応力(歪み)エネルギーおよび表面エネルギーの面内分布により発生すると考えることで、アイランド形成の経時変化が説明できることが明らかとなった。

本研究では、薄いSOI(Silicon-on-Insulator)層が、真空中加熱により規則配列したSiアイランドに変形する現象を利用して、(1)SOI細線構造(Si光導波路)を局所的にアイランド化させ、導波路中に一次元周期構造を形成すること、(2)この周期構造を波長フィルター等の光学素子へ応用すること、を目的としている。本年度は、Si細線構造の形成プロセスの確立と細線構造におけるアイランド化の評価を行った。まず、電子ビーム露光と選択酸化により、SOI層を細線構造(最小線幅0.3μm)に加工するプロセスを確立した。このプロセスを用いて、膜厚約3nm、線幅0.5,1,2μmの細線構造を様々な結晶方位に沿って形成した。現在、アイランド形成を評価している。評価の途中ではあるが、以下のような結果が得られている。線幅が1-2μm程度の場合は、細線加工しない場合に比べて、アイランドサイズのばらつきが大きくなる。また、アイランドは、細線を形成した方向と関係なく、<310>などSOI層の特定の結晶方位に沿って何列にも形成される。一方、線幅が0.5μmの場合は、一部例外はあるものの、サイズのよく揃ったアイランドが、細線の両端近傍(細線方向に沿って2列)に形成されており、アイランド形成を制御できる可能性がある。なお、Si光導波路に集積可能なフォトディテクタ材料として、Si基板上Geエピタキシャル層についても検討した。SiとGeの熱膨張係数差に起因した歪みがGe層に存在し、この歪みの存在により、吸収領域を拡大できる等の特性向上がはかれることを示した。本研究では、薄いSOI(Silicon-on-Insulator)層が、真空中加熱により規則配列したSiアイランドに変形する現象を利用して、(1)SOI細線構造(Si光導波路)を局所的にアイランド化させ、導波路中に一次元周期構造を形成すること、(2)一次元Siアイランド列を波長フィルター等の光学素子へ応用すること、を目的としている。前年度までに、局所的(空間選択的)なアイランド形成の実現、およびSOI層の細線加工プロセスを確立している。本年度は、SOI細線の幅、SOI層の膜厚、細線を形成した結晶方位、および細線加工プロセスの違い(選択酸化/選択エッチング)が、アイランド配列に及ぼす効果について系統的に評価した。その結果、SOI層の膜厚が約3nm、線幅が1μm以下の選択酸化プロセスによる細線構造を熱処理することで、Siアイランドが細線方向に1次元配列することが明らかとなった。この一次元アイランド列は、細線両端に沿って2列同時に形成され、2列のアイランド間には、極薄のSi層がアイランド化せずに残存する。細線を形成した結晶方位に依存しないため、細線に90度曲げやT分岐を施した部分でも、エッジに沿った配列が維持される。アイランドサイズが50nmと小さいため、残存Si層をトンネル接合とする一次元単電子トンネル接合アレイとして利用できる可能性がある。細線の幅や膜厚を大きくしたり、細線加工にウエットエッチングを用いた場合には、上記の規則配列が見られなくなる。
社会秩序形成の諸原理―秩序・自由・平等・個人はいかに捉えられてきたか

本年度は、博士論文「社会秩序形成の諸原理秩序・自由・平等・個人はいかに捉えられてきたか」の執筆に集中しました。震災と福島原発事故の影響で3月からしばらくの間落ち着いて研究することができず、当初の予定通りには進めることができなかったものの、後半から立て直して全体の6割程度までは作業を進めることができました。また、博士論文に関連するトピックの一部を投稿論文として執筆し、こちらはほぼ完成しているので来月に投稿する予定です。博士論文の具体的な進行状況としては、論文の主要な部分である、トマス・ホッブズ、ジャン=ジャック・ルソー、アダム・スミス、エミール・デュルケムについて、それぞれの個人概念、自由概念、平等概念、そして秩序形成の捉え方を明らかにし、歴史的背景と関連付けながら比較する作業がほぼ完成しました。特に重要な点は、ルソーの自由と平等を相互規定的に捉える自由概念と、スミスの自律的な秩序のなかでの対等なやり取りを媒介して諸個人が相互に自由な主体となるという自由概念の相違および両者のかじ取りをどうするかという問題が、現在においても重要な意味を持っていることを明確にした点にあります。双方とも人間にとって本質的に重要な価値である平等と自由が、互いに両立しえなくなった19世紀末から20世紀初頭のフランスの状況、つまり所有が一部に集中し経済的格差が高まり人々の不平等観が高まった状況は、ネオリベラリズムが台頭する今日の状況と類似しています。そうした中で、デュルケムは従来とは異なり、ルソーの自由概念とスミスの自由概念の総合を模索したものとして再解釈されるべきであり、本年度はこの作業を完了しました。本年度、予定通りに研究を進め博士論文の提出までに至らなかった原因としては、3月の震災以降、福島原発事故についての不安も多くありましたが、それ以上に直接的に困ったのは、余震が続き、本を読んだり執筆したりすると船酔いのような状態になってしまい、余震が収まるまで研究が実質ストップしてしまったこと、そのブランクを回復するのに思った以上に手間取ってしまったことがありました。もうひとつは、科研費が3割削減されるかもしれないということで、10月までその金額が使えるのかどうかわからない中途半端な状態に置かれ、必要な文献が必要な時期に購入できなかったことです。また、学会報告しようかと思った時期があったのですが、震災以降、学会でも「震災についてとにかく何か考えねば、言わねば」というような雰囲気が非常に強く、本研究のような息の長い地道な研究は関心を持たれにくい状況になってしまったので、もう少し落ち着いたら発表しようと思いました。今後の予定としては、本年度に執筆した投稿論文を来月投稿し、秋には博士論文を提出する方向で現在作業を進めています。当該年度は、まず2010年11月6日の第83回日本社会学会で「社会学における基礎的諸概念、秩序・個人・平箏・自由についての考察-G.タルド、E.デュルケム、ル・ボンの比軟から」という題で、口頭で資料と報告原稿を使っての報告を行った。この報告では、19世紀半ばから末のフランスにかけての個人と秩序の概念が、従来考えられているような、伝統的個人観から近代的な自由で自立した個人観へといった単純な変化では捉えきれない多様性をもっていたことを示した,また、従来は着目されてこなかったが、概念の内容に加えて、当時どのような用語によって個人や社全が指し示されていたかということも、今後は目配せする必要があると述べた。現在、日本も変化の時期に来ており、フランス革命以降の変動期の個人、社会観を明らかにすることは、アクチュアルな重要性を持っている。どうすれば秩序は、より幅広く個人の自由な行動を認めながら無秩序に陥らず維持できるのかという問いのもとで、今後も学説史の再解釈を深めていきたい。また、当該年度は、「人間と人間の共同性はどのように捉えられてきたのか-フランス社会学史の再検討」という題で博士論文の資格審査を受け、通過した。前年度は文献収集などに予想以上に手間取り、研究を投稿論文の形では発表出来なかったことが悔やまれるが、今年度は博士論文の執筆を奨めると同時に、投槁論文としても研究を発表したい。

双方とも人間にとって本質的に重要な価値である平等と自由が、互いに両立しえなくなった19世紀末から20世紀初頭のフランスの状況、つまり所有が一部に集中し経済的格差が高まり人々の不平等観が高まった状況は、ネオリベラリズムが台頭する今日の状況と類似しています。そうした中で、デュルケムは従来とは異なり、ルソーの自由概念とスミスの自由概念の総合を模索したものとして再解釈されるべきであり、本年度はこの作業を完了しました。本年度、予定通りに研究を進め博士論文の提出までに至らなかった原因としては、3月の震災以降、福島原発事故についての不安も多くありましたが、それ以上に直接的に困ったのは、余震が続き、本を読んだり執筆したりすると船酔いのような状態になってしまい、余震が収まるまで研究が実質ストップしてしまったこと、そのブランクを回復するのに思った以上に手間取ってしまったことがありました。もうひとつは、科研費が3割削減されるかもしれないということで、10月までその金額が使えるのかどうかわからない中途半端な状態に置かれ、必要な文献が必要な時期に購入できなかったことです。また、学会報告しようかと思った時期があったのですが、震災以降、学会でも「震災についてとにかく何か考えねば、言わねば」というような雰囲気が非常に強く、本研究のような息の長い地道な研究は関心を持たれにくい状況になってしまったので、もう少し落ち着いたら発表しようと思いました。今後の予定としては、本年度に執筆した投稿論文を来月投稿し、秋には博士論文を提出する方向で現在作業を進めています。
中性子星コアにおけるハイペロン超流動

中性子星コアにハイペロンが混在し,且,超流体になっていれば,観測から要請される中性子星の速い冷却シナリオとして,「ハイペロン冷却」が有力となる。本研究の目的は,このハイペロン超流動の可否を検討することである。前年度までの研究では,(1)中性子星コアではハイペロンが混在していることを定量的に示し,現実的なハイペロン混在中性子星モデルを提案,また,(2)このモデルに基づき,n, P,Λ,Σ^-といった中性子星構成バリオンの超流動存在密度域を決定した。今年度(平成15年度)の成果は次の通りである。1.中性子星冷却に関する各種ν放出過程、(修正URCA, Cooper-pair,核子直接URCA,ハイペロン直接URCA)を対象に,(1)(2)の結果を用いて,ν放出率の実際的計算を行い,密度ρに応じてどのν放出過程が最も効いているのかを明らかにした。これにより,中性子星冷却計算に対し核物理サイドから定量的・現実的な基礎材料を提供するとともに,しばしば強調される核子直接URCA過程による速い冷却は実際には起こらないこと,Cooper-pair coolingはnの^3P_2型超流動のもたらすものが効くこと,等を指摘した。2.ダブルラムダ核^6_<ΛΛ>He ("NAGARA event")はΛΛ間の引力が従来考えられていたものより相当弱いことを示唆しているが,これが本当ならΛ超流動は期待できないこと,従ってハイペロン冷却シナリオは成り立たないことを示した。また,これを打開する道筋の1つとして,ΛΛpairingではなく,ΛΣ^- pairingによるΛ超流動の可能性を検討する新たな課題にとり組んだ。異なる2つのFermi球をもつ場合にBCS理論を拡張し,ギャップ方程式系を定式化することを終え,目下,数値計算を進めている。中性子星は中性子(n)を主成分とし陽子(P)や電子(e^-)が数%混在した「中性子星物質」から構成されるシステムであるというのが通常の描像である。しかし,中心に向かって密度(ρ)が増大するため,中性子星中心部ではnの化学ポテンシャルが充分に大きくなり,ついにはフェルミ面上のnをストレンジネス非保存の弱相互作用を通じて新たなバリオン(具体的にはΛやΣ^-のハイペロン)で置きかえる方がエネルギ的に有利となる。従って中性子星コアではハイペロン(Y)がnやpの核子(N)と対等に混じった新物質相の発現可能性がある。我々はハイパー核データから引き出されるYN,YY相互作用の性質に注意を払いつつ実際的な計算を遂行し,この新物質相(ハイペロン混在中性子星物質)の理論的存在を確かめその特質を議論してきた。本研究課題はそれらの研究の蓄積を基に,ハイペロンが超流体になり得るか否かを調べることである。これは新しい課題であると同時に中性子星の冷却現象と強く係わり中性子星の表面温度の観測とリンクする点で大変興味深い。この1年間の主な研究成果としては次の諸点が挙げられる:(1)ΛやΣ^-はそれぞれ臨界温度Tc(Λ)10^<8-9>K,Tc(Σ^-)10^<9-10>Kをもち,これらは中性子星内部温度10^8Kより大きいから,充分に超流体として存在できる,(2)Σ^-

超流体とは異なってΛ超流体には存在密度の上限があり,このことから中性子星質量への情報が得られる,(3)Y混在相ではnやpは常流体である,(4)Λ,Σ^-超流体の存在により,いわゆる"ハイペロン冷却機構"は中性子星の速い冷却シナリオの有力な候補となる,(5)最近発見された2重Λ核("NAGARA event")からのΛΛ相互作用情報はΛ超流体の発現を否定するものであり,更なる検討が必要。以上の成果は昨秋の湯川国際セミナー(YKIS01)の招待講演として報告されている。中性子星表面温度の観測結果は,通常の冷却機構で説明されるものの他に,もっと早い冷却機構が働いている中性子星の存在を示唆している。ハイペロン混在コアをもつ中性子星は,ハイペロンを含むベータ崩壊プロセスによるニュートリノ放出が可能となるため,速い冷却機構をもつ中性子星の有力な候補となる。ただし,このままだと"冷えすぎ"という問題が生じてしまうが,ハイペロンが超流体になっていると,これによる冷却効果の適度な抑制が作用して観測とつじつまが合う。本研究課題はこの「ハイペロン超流動」を検討するものであり,これに関して得られた本年度の研究実績は次の通りである。1.ハイパー核情報とも整合する現実的なYN, YY相互作用を用いたG行列計算結果に基づく有効相互作用アプローチにより,ハイペロン混在の自由度を加えた状態方程式を求め,中性子星の質量観測情報とも矛盾しない「ハイペロン混在コアをもつ中性子星のモデル」を得た。また,ハイペロンの混在度や有効質量の密度依存性など,超流動計算に必要な基礎的物理量を導いた。2.上記ハイペロン混在中性子星のモデルに基づき,また,現実的な^1S_D型対相互作用を採用して,ΛやΣ^-の超流動が中性子星中心部で可能なことを示した。また,ΛやΣ^-超流動の臨界温度や存在密度域を決定するとともに,他の成分(中性子や陽子)の超流動についても併せて検討し,中性子星冷却計算に必要な基礎材料を準備した。3.通常採用される零温度でのギャップ方程式を有限温度の場合に拡張し,中性子星内部温度への依存性も含めたハイペロン超流動の扱いを実行することにより,有限温度の効果が超流動計算結果に及ぼす影響の吟味を行った。中性子星コアにハイペロンが混在し,且,超流体になっていれば,観測から要請される中性子星の速い冷却シナリオとして,「ハイペロン冷却」が有力となる。本研究の目的は,このハイペロン超流動の可否を検討することである。前年度までの研究では,(1)中性子星コアではハイペロンが混在していることを定量的に示し,現実的なハイペロン混在中性子星モデルを提案,また,(2)このモデルに基づき,n,p,Λ,Σ^-といった中性子星構成バリオンの超流動存在密度域を決定した。今年度(平成15年度)の成果は次の通りである。1.中性子星冷却に関する各種ν放出過程(修正URCA, Cooper-pair,核子直接URCA,ハイペロン直接URCA)を対象に,(1)(2)の結果を用いて,ν放出率の実際的計算を行い,密度ρに応じてどのν放出過程が最も効いているのかを明らかにした。これにより,中性子星冷却計算に対し核物理サイドから定量的・現実的な基礎材料を提供するとともに,しばしば強調される核子直接URCA過程による速い冷却は実際には起こらないこと,Cooper-pair coolingはnの^3P_2型超流動のもたらすものが効くこと,等を指摘した。2.ダブルラムダ^6_<ΛΛ>He("NAGARA event")はΛΛ間の引力が従来考えられていたものより相当弱いことを示唆しているが,これが本当ならΛ超流動は期待できないこと,従ってハイペロン冷却シナリオは成り立たないことを示した。
格子気体の流体力学極限の研究

格子気体の流体力学極限の研究を行った。その中でも特に流体力学極限の証明の中で鍵になる次の二つのことを調べた。(1)ある一般的な条件の下で極限の方程式を決定する拡散係数についてその性質を研究し、滑らかな関数であることが証明できた。(2)スペクトルギャップの評価を行い流体力学極限の証明には十分な結果が得られた。流体力学極限の研究は,(巨視的な)流体の運動を,流体を構成している(微視的な)粒子系の運動法則から理解しようとする試みです.気体の運動を考えると粒子系の運動法則はNewtonの運動方程式に従う気体分子の超多体系で1つ1つの気体分子を見れば各々は他の気体粒子との相互作用により,ランダムに動いているように見えるでしょう.しかしながら,時間-空間に対して「良い」スケール変換をしてみれば決定論的なダイナミクス(流体の方程式)に従って時間発展しているように見えます.このように超多体系から時間-空間に対して「良い」スケール変換をすることにより決定論的な方程式を導出することを総称して「流体力学極限」と呼びます.この「流体力学極限」の問題は物理的には流体の方程式が導出されていますが,数学的に厳密に導出されているとは言いがたい状態です.考える超多体系としてNewtonの運動方程式を考えるのが自然でありますが,残念ながら現段階では困難でありますので,本研究では流体の方程式が導出されるメカニズムを保持しつつ,かつ数学的には厳密に「流体力学極限」をとることのできるモデルの一つである「格子気体モデル」を考えます.特に本年度は「格子気体の流体力学極限」で大きな問題である「拡散係数の滑らかさ」について「(generalized)dual process」を使った方法を用いて研究し以下の結果を得ました.2.「Gibbs measureに対称な格子気体」に対しての結果を論文として投稿した.流体力学極限の研究は,(巨視的な)流体の運動を,流体を構成している(微視的な)粒子系の運動法則から理解しようとする試みです.気体の運動を考えると粒子系の運動法則はNewtonの運動方程式に従う気体分子の超多体系で1つ1つの気体分子を見れば各々は他の気体粒子との相互作用により,ランダムに動いているように見えるでしょう.しかしながら,時間-空間に対して「良い」スケール変換をしてみれば決定論的なダイナミクス(流体の方程式)に従って時間発展しているように見えます.このように超多体系から時間-空間に対して「良い」スケール変換をすることにより決定論的な方程式を導出することを総称して「流体力学極限」と呼びます.この「流体力学極限」の問題は物理的には流体の方程式が導出されていますが,数学的に厳密に導出されているとは言いがたい状態です.考える超多体系としてNewtonの運動方程式を考えるのが自然でありますが,残念ながら現段階では困難でありますので,本研究では流体の方程式が導出されるメカニズムを保持しつつ,かつ数学的には厳密に「流体力学極限」をとることのできるモデルの一つである「格子気体モデル」を考えます.特に本年度は「格子気体の流体力学極限」で大きな問題である「拡散係数の滑らかさ」について「(generalized)dualprocess」を使った方法を用いた研究と,「スペクトルギャップ」の研究をして以下の結果を得ました.1.「Gibbs measureに対称な格子気体に対しての拡散係数の滑らかさ」の結果を論文として発表した.2.「スペクトルギャップ」の研究をし,結果を得た(来年度に論文を作成,投稿,発表の予定)流体力学極限の研究は, (巨視的な)流体の運動を,流体を構成している(微視的な)粒子系の運動法則から理解しようとする試みです.気体の運動を考えると粒子系の運動法則はNewtonの運動方程式に従う気体分子の超多体系で1つ1つの気体分子を見れば各々は他の気体粒子との相互作用により,ランダムに動いているように見えるでしょう.しかしながら,時間-空間に対して「良い」スケール変換をしてみれば決定論的なダイナミクス(流体の方程式)に従って時間発展しているように見えます.このように超多体系から時間-空間に対して「良い」スケール変換をすることにより決定論的な方程式を導出することを総称して「流体力学極限」と呼びます.この「流体力学極限」の問題は物理的には流体の方程式が導出されていますが,数学的に厳密に導出されているとは言いがたい状態です.考える超多体系としてNewtonの運動方程式を考えるのが自然でありますが,残念ながら現段階では困難でありますので,本研究では流体の方程式が導出されるメカニズムを保持しつつ;かつ数学的には厳密に「流体力学極限」をとることのできるモデルの一つである「格子気体モデル」を考えます.特に本年度は「格子気体の流体力学極限」で大きな問題である「スペクトルギャップ」の研究また関連すると思われる「linear system」に関して研究をして以下の結果を得ました。1.スペクトルギャップについて、Landim, Sethuraman, Varadhan達の条件を多少改良した.2.スペクトルギャップの評価が悪くなる反例を発見,構成した.
SLEの自己抗体の中で最も早期に出現する抗ヌクレオリン抗体の意義

本研究の目的は、全身性エリテマトーデスにおいてトレランスを破壊し、その後のepitope-spreadingを引き起こすきっかけとなる自己抗原、すなわち最も早期に出現する自己抗体のターゲット分子を同定することにある。言うまでもなく全身性エリテマトーデスの患者は発病してから初めて病院を訪れるので、この時期の血清中には多くの自己抗体がすでに存在しており、最も早期に出現する自己抗体をヒトにおいて突き止めることは不可能である。そこで全身性エリテマトーデス自然発症モデルマウスを用い、生後の間もない時期より定期的に採血を繰り返し、最も早期に出現する自己抗体とその後の自己抗体産生の拡大(展開)を調べることとした。昨年の報告書にも記載したように、ほとんどのマウスが早いマウスでは生後4週頃から150kD,110kD,75kD,55kDの蛋白に対する自己抗体を産生した。全身性エリテマトーデスを特徴づけるとされる抗DNA抗体は上記4つの自己抗体より遅れて産生されることが判明した。自己抗体の反応する自己抗原の数は病気の進展とともに増加していった。ヒストンに対する自己抗体の出現は8週以降と比較的後期であった。我々はまず110kD蛋白に注目してその同定を試みた。抗体による吸収実験や免疫沈降法などを駆使して110kD蛋白が核小体抗原であるヌクレオリンであることを証明した。ヌクレオリンはGranzyme Aのターゲット分子であり、抗ヌクレオリン抗体はウイルス感染で高率に出現することが知られている。何らかのウイルス感染により細胞が破壊され、ヌクレオリンのepitopeが曝露される可能性がある。また。抗ヌクレオリン抗体は成人より小児の全身性エリテマトーデスに高率に出現する。これもより早期に出現する自己抗体であることを示唆する事実とも考えられる。また。本研究の目的は、SLEにおいてトレランスを破壊しその後のepitope-spreadingを引き起こすきっかけとなる自己抗原、すなわち最も早期に出現する自己抗体のターゲット分子を同定することである。SLE患者が病院を訪れる時期にはepitope-spreadingは非常に大きなものとなっている(自己抗体の種類が非常に増加している)ために、自己免疫現象を開始させる分子を同定することをヒトにおいて研究することは困難である。ループスモデルマウスであるMRL/lprマウスとNZB/W F1マウスを用いて、まだ自己抗体が産生されていない生後まもなくから個々のマウスを経時的に繰り返し採血することにより重要分子を同定する。生後まもなくから採血を上記の同一マウスで繰り返し、産生される自己抗体を検出すると、ほとんどのマウスが分子量150kD,110kD,75kD,55kDの自己抗原に対して早いものでは生後約4週後から産生していた。SLEを特徴づける抗DNA抗体の出現は、上記4種類の抗原に対する自己抗体の出現と大体時を同じくするかあるいはそれ以後であった。自己抗体の反応する自己抗原の数は病気の進行とともに増加していった。ヒストンに対する抗体の出現は8週以後と比較的後期に出現した。抗体による吸収試験や免疫沈降法などの方法を用いて現在110kD蛋白の同定を試みているが、核小体抗原であるヌクレオリンである可能性が高い。ヌクレオリンはGranzymeAのターゲットであったり、自己抗体がウイルス感染症で出現するので病因を検討する上で興味深い。

言うまでもなく全身性エリテマトーデスの患者は発病してから初めて病院を訪れるので、この時期の血清中には多くの自己抗体がすでに存在しており、最も早期に出現する自己抗体をヒトにおいて突き止めることは不可能である。そこで全身性エリテマトーデス自然発症モデルマウスを用い、生後の間もない時期より定期的に採血を繰り返し、最も早期に出現する自己抗体とその後の自己抗体産生の拡大(展開)を調べることとした。昨年の報告書にも記載したように、ほとんどのマウスが早いマウスでは生後4週頃から150kD,110kD,75kD,55kDの蛋白に対する自己抗体を産生した。全身性エリテマトーデスを特徴づけるとされる抗DNA抗体は上記4つの自己抗体より遅れて産生されることが判明した。自己抗体の反応する自己抗原の数は病気の進展とともに増加していった。ヒストンに対する自己抗体の出現は8週以降と比較的後期であった。我々はまず110kD蛋白に注目してその同定を試みた。抗体による吸収実験や免疫沈降法などを駆使して110kD蛋白が核小体抗原であるヌクレオリンであることを証明した。ヌクレオリンはGranzyme Aのターゲット分子であり、抗ヌクレオリン抗体はウイルス感染で高率に出現することが知られている。何らかのウイルス感染により細胞が破壊され、ヌクレオリンのepitopeが曝露される可能性がある。また。抗ヌクレオリン抗体は成人より小児の全身性エリテマトーデスに高率に出現する。これもより早期に出現する自己抗体であることを示唆する事実とも考えられる。
遺伝性網膜疾患のビジュアルサイクル関連遺伝子解析及びビタミンAの効果に関する研究

研究代表者は神戸大学医学部附属病院に於いて、遺伝性網膜疾患を有する280名の患者を診療し、自覚的検査として視力、ゴールドマン視野検査、他覚的検査として多局所網膜電位図などの電気生理学的検査を用いて視機能を評価した。同患者の一部である11名から、十分に研究の概要および目的を患者・血縁者その他関係者に説明し、患者から同意書を得た上で、採血による遺伝子診断を行った。遺伝子解析結果が個人情報の侵害を引き起こさないように、個人を特定できるような氏名等を用いずに連結可能匿名化し、個人情報管理者を配置して検査結果を保存するなど細心の注意を払った。抽出した遺伝子は濃度を確認した上で保存した。ビジュアルサイクル関連遺伝子である11-cis retinol dehydrogenase (RDH5)、retinal pigmentepithelium-specific 65kD protein (RPE65)、cellular retinaldehyde-binding protein (RLBP1)について、採取した遺伝子をPCR法にて増幅し、オートシークエンサーを用いて直接的に塩基配列を決定し、その変異の有無を確認した。その結果、黄斑変性を伴う眼底白点症の患者2名に、RDH5遺伝子の新しい変異G490T(Vall64Phe)及び1085delC/insGAAGを各々に認めた。眼底白点症患者が加齢に伴って白点は消退して、以前はなかった黄斑変性が出現しうることを明らかにした。RPE65及びRLBP1については変異を認める患者はなかった。研究代表者は遺伝性網膜疾患患者のうち、24名の妊娠可能性のない成人に対し、ビタミンA投与の治療効果及びその副作用について、十分に説明し同意を得た上で、ビタミンA内服(1万単位/日)を開始した。その結果、明らかな副作用や視機能低下を呈した患者はなかった。研究代表者(医師)は神戸大学医学部附属病院に於いて、遺伝性網膜疾患を有する193名の患者を診療し、自覚的検査として視力、ゴールドマン視野検査、他覚的検査として多局所網膜電位図などの電気生理学的検査を用いて視機能を評価した。同患者の一部である10名から、十分に研究の概要および目的を患者・血縁者その他関係者に説明し、患者から同意書を得た上で、採血による遺伝子診断を行った。研究代表者(医師)は遺伝性網膜疾患患者193名のうち、20名の妊娠の可能性のない成人に対し、ビタミンA投与の治療効果及びその副作用について、十分に説明し同意を得た上で、ビタミンA内服(1万単位/日)を開始した。ビタミンA内服2万5千単位/日以下についての安全性は報告されているが、肝機能及び腎機能などを一定間隔で測定し、副作用発症時には直ちに内服を中止するなど細心の注意を払って行った。研究代表者は遺伝性網膜疾患患者をビタミンA投与群と非投与群に分類し、初年度の検査として視力、ゴールドマン視野検査、電気生理学的検査などを用いて視機能を評価した。研究代表者は神戸大学医学部附属病院に於いて、遺伝性網膜疾患を有する260名の患者を診療し、自覚的検査として視力、ゴールドマン視野検査、他覚的検査として多局所網膜電位図などの電気生理学的検査を用いて視機能を評価した。ビジュアルサイクル関連遺伝子の1つである11-cis retinol dehydrogenase (RDH5)について、採取した遺伝子をPCR (polymerase chain reaction)法を用いて増幅し、オートシークエンサーを用いて直接的に塩基配列を決定し、その変異の有無を確認した。その結果、黄斑変性を伴う眼底白点症の患者1名に、RDH5遺伝子の新しい変異G490T(Val164Phe)を発見し、その詳細についてAm J Ophthalmol誌に報告した。研究代表者は遺伝性網膜疾患患者260名のうち、20名の妊娠の可能性のない成人に対し、ビタミンA投与の治療効果及びその副作用について、十分に説明し同意を得た上で、ビタミンA内服(1万単位/日)を開始した。

遺伝子解析結果が個人情報の侵害を引き起こさないように、個人を特定できるような氏名等を用いずに連結可能匿名化し、個人情報管理者を配置して検査結果を保存するなど細心の注意を払った。抽出した遺伝子は濃度を確認した上で保存した。ビジュアルサイクル関連遺伝子である11-cis retinol dehydrogenase (RDH5)、retinal pigmentepithelium-specific 65kD protein (RPE65)、cellular retinaldehyde-binding protein (RLBP1)について、採取した遺伝子をPCR法にて増幅し、オートシークエンサーを用いて直接的に塩基配列を決定し、その変異の有無を確認した。その結果、黄斑変性を伴う眼底白点症の患者2名に、RDH5遺伝子の新しい変異G490T(Vall64Phe)及び1085delC/insGAAGを各々に認めた。眼底白点症患者が加齢に伴って白点は消退して、以前はなかった黄斑変性が出現しうることを明らかにした。RPE65及びRLBP1については変異を認める患者はなかった。研究代表者は遺伝性網膜疾患患者のうち、24名の妊娠可能性のない成人に対し、ビタミンA投与の治療効果及びその副作用について、十分に説明し同意を得た上で、ビタミンA内服(1万単位/日)を開始した。その結果、明らかな副作用や視機能低下を呈した患者はなかった。
数学科教育課程実現に必須の代数・解析領域ソフトウエアの開発・実用化研究〜中・高一貫ゆとりある探究活動による数学活用力育成のための教材・指導法開発〜

中学校、高等学校数学科、現行指導要領そして今期改訂に有意な、代数、解析領域で一貫して使えるグラフィングツールCalculus Unlimitedを、ア)日本語化し、イ)教材・教師用指導事例集・生徒用探究課題集を用意し、ウ)その探究ソフトウエアの活用によっていかなる指導の改善が可能かを示し、学校の先生方、生徒が利用できるようにすることが研究の目的である。。この目的は次のような貢献も含んでいる。1)数学教育・数学教育学への直接的貢献2)技術開発への間接的貢献このような立場から,本研究では1年目の研究分担者である垣花京子の尽力を得てCalculus Unlimitedを日本語化し,その事例開発,ならびに,マニュアルを開発した。また,グラフィングツールにおけるその特性も明らかにした。2年目は,公開講座なとを通してその普及に務めた。以上の成果は,実践に活用できる段階にある。そこで,その成果を,清水克彦の協力を得て,ソフトウエア,マニュアル,利用事例,その思想的特質などをあわせて,出版準備中である。。中学校、高等学校数学科、現行指導要領そして今期改訂に有意な、代数、解析領域で一貫して使えるグラフィングツールCalculus Unlimitedを、ア)日本語化し、イ)教材・教師用指導事例集・生徒用探究課題集を用意し、ウ)その探究ソフトウエアの活用によっていかなる指導の改善が可能かを示し、学校の先生方、生徒が利用できるように研究を進めた。数学探究用グラフィングツールCalculus Unlimitedは、全世界で展開するテクノロジーによる数学教育課程改革で10年前に注目されたグラフ表示ソフトウエアFunction Supposerの改訂最新版であり、関数のグラフを、視覚化し、直接いじくる機能、微分・積分などでの高次概念を視覚表示する機能を備えている。従来、これら高次概念は、高次の関連知識なく教えようがないとみなされてきたが、このソフトウエアは、それを視覚化し具体的にとらえられるようにした。その視覚的具体化で、従来の指導をいかに改善するかを示すことが、本研究の学術的価値である。今回日本語化されるソフトウエアCalculus Unlimitedは、米国など英語圏とイスラエル(ヘブル語)では標準的ソフトウエアとして広く利用されている。国内には、旧版Function Supposerを模範に開発された日本語ソフトウエアは多いが、新版のような微積分の視覚化機能は備えていない。すなわち、Calculus Unlimitedのように、中高一貫して使えるグラフィングツールはない。同一ソフトウエアが電卓とコンピュータ両方で内装できる現在、中学校・高等学校のいずれでも教室でも自宅でも、世界のどこでも、数学を学ぶ際に一貫して使える本ソフトウエアを、日本語化し、課題とされた教材と指導法を提供することが、できるように研究を進めた。。1)数学教育・数学教育学への直接的貢献2)技術開発への間接的貢献このような立場から、本研究では1年目の研究分担者である垣花京子の尽力を得てCalculus Unlimitedを日本語化し,その事例開発,ならびに,マニュアルを開発した。以上の成果は、実践に活用できる段階にある。そこで、その成果を,清水克彦の協力を得て、ソフトウエア,マニュアル,利用事例,その思想的特質などをあわせて,出版準備中である。
超微細シリコンLSIに用いられる高誘電率薄膜中の欠陥の構造と生成機構の解明

近年の半導体デバイスの更なる高集積化に伴い、次世代CMOSのゲート絶縁膜として高誘電率材料の利用が検討されている。本研究では、候補材料であるハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、ハフニア、ジルコニア等をプラズマ化学気相堆積法、上記の一部をスピンコート法より成膜した。薄膜試料は、分析機器による系統的な研究を行うのが難しいため、比較試料として、単結晶バルク試料であるイットリア安定化ジルコニア、ランタンアルミネート及びアルミナも用いた。フォトルミネセンス法(PL)、電子スピン共鳴法(ESR)、光電子スペクトル法により電子状態を調べた。1.PL法による膜内欠陥および不純物の解析:シンクロトロン放射光を用いたPLスペクトル解析、PL寿命測定ならびに真空紫外域の光吸収測定より、ハフニア、ジルコニア、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケートに共通するPL発光の原因は、バンド裾準位が関与した励起電子の緩和過程において生じることを明らかにした。2.ランタンアルミネート及びアルミナ単結晶の光電子スペクトルにおける化学シフトの考察:光電子スペクトル測定からアルファアルミナの酸素1s電子の束縛エネルギーはランタンアルミネートより1.4eV大きいことが分かった。この化学シフトの原因の一つと考えられる緩和エネルギーの寄与を、理論式より見積もり、化学シフト+1.4eVのうち、+1.2eVであることを明らかとした。3.イットリア安定化ジルコニアの紫外光誘起欠陥:上記試料に紫外光を照射すると、2種類の常磁性欠陥が生成され、3.3eV付近の吸収が増加することを見出した。さらに、これらの変化は光子エネルギー依存性を持ち、4.0eVより大きいエネルギーでのみ生じることから、伝導帯の裾に励起された電子により、これらの変化が生じていることを明らかにした。本研究以前の研究も合わせ、シリカ、シリコンオキシナイトライド、シリコンナイトライド、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、ハフニア、ジルコニア、ランタンアルミネート及びアルミナよりなる一連の無機絶縁性薄膜の禁制帯中局在準位および電子状態を系統的に明らかに出来たことになる。これは、所望の性質を具備した膜の堆積につながる優れた知見であると考えている。本年度は、有力候補材料であるハフニウムシリケート(HfxSi(1-x)Oy)、ジルコニウムシリケート(ZrxSi(1-x)Oy)、ハフニア(HfOy)、ジルコニア(ZrOy)をプラズマ化学気相堆積法により成膜し、フォトルミネセンス法を用いて膜中欠陥および不純物が形成するエネルギー準位を調べた。また、成膜後熱処理が電気特性に与える影響を調べた。1.フォトルミネセンス法による膜内欠陥および不純物の解析:シンクロトロン放射(SR)光を用いた真空紫外域の光吸収測定より、HfxSi(1-x)Oy(ZrxSi(1-x)Oy)の光学的禁制帯幅Eoptは組成比xの減少と共にHfOy(ZrOy)の5.9eV(5.5eV)からSiOyの8.8eVまで増加することを明らかにした。

SR光励起によりHfxSi(1-x)Oy、ZrxSi(1-x)Oy、HfOy、ZrOyにおいて2.8eVにピークを持つ発光帯が観測された。この発光は基板材料によらず観測されるので、膜中からの発光であることが示された。また、この発光は原料ガス、成膜法に拘らず観測されることから、発光に寄与する禁制帯内部の局在準位の原因が不純物ではなく、試料自身に起因する内因的なものであることが示唆された。2.成膜後熱処理による電気特性改善:HfxSi(1-x)Oy、ZrxSi(1-x)OyにNO、O2、N2雰囲気中において成膜後熱処理を加え、処理前後のリーク電流値を比較した。両物質においてリーク電流は、NO中熱処理により最も低減される一方、N2中では増加した。ESR測定による処理前後での電子スピン数の変化がリーク電流値の変化と良く似ていることから、ESR観測可能なラジカル性欠陥がリーク電流の原因となると推定した。近年の半導体デバイスの更なる高集積化に伴い、次世代CMOSのゲート絶縁膜として高誘電率材料の利用が検討されている。本年度は、昨年度に引き続き、有力候補材料であるハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、ハフニア、ジルコニアをプラズマ化学気相堆積法により成膜し、フォトルミネセンス法(PL)を用いて膜中欠陥および不純物が形成する禁制帯中のエネルギー準位を調べ、さらに電子スピン共鳴法(ESR)によりラジカル性欠陥を調べた。さらに、比較試料として、単結晶かつバルク試料であるイットリア安定化ジルコニアについても同様にPL法とESR法により禁制帯内のエネルギー準位とラジカル性欠陥について調べた。1.PL法による膜内欠陥および不純物の解析:シンクロトロン放射光を用いたPLスペクトル解析、PL寿命測定ならびに真空紫外域の光吸収測定より、ハフニア、ジルコニア、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケートに共通するPLが見られること、PL発光の原因は、禁制帯内部の局在準位や不純物ではなく、試料自身に起因する内因的なものであることを示した。2.イットリア安定化ジルコニアの紫外光誘起欠陥:上記試料に紫外光を照射すると、2種類の常磁性欠陥が生成され、3.3eV付近の吸収が増加することを見出した。さらに、これらの変化は光子エネルギー依存性を持ち、4.0eVより大きいエネルギーでのみ生じることから、伝導帯の裾に励起された電子により、これらの変化が生じていることを明らかにした。本研究以前の研究も合わせ、シリカ、シリコンオキシナイトライド、シリコンナイトライド、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、ハフニア、ジルコニアよりなる一連の無機絶縁性薄膜の禁制帯中に生じる局在準位を系統的に明らかに出来たことになる。これは、所望の性質を具備した膜の堆積を可能にする優れた知見であると考えている。本年度は、候補材料であるハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、ハフニア、ジルコニアをプラズマ化学気相堆積法、上記の一部をスピンコート法より成膜した。薄膜試料は、分析機器による系統的な研究を行うのが難しいため、比較試料として、単結晶バルク試料であるイットリア安定化ジルコニア、ランタンアルミネート及びアルミナも用いた。フォトルミネセンス法(PL)、電子スピン共鳴法(ESR)、光電子スペクトル法により電子状態を調べた。