hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
微細加工技術を用いた高分解能ガスハイブリッド型光・荷電粒子画像検出器の開発

電子ビーム・イオンビームを用いる最近の最近の加工技術はすでに10nm程度の像分解能に達しており、単電子デバイスや原子スケールの現象をとらえるのに十分な性能を有している。本研究では微細加工技術を用いて、ガス検出器と2次電子放出の原理を組み合わせたハイブリッド型の構造により信号増幅を行い、高位置分解能の位置検出器を開発することを目的とし、電子を加速し薄膜を通してガス検出器であるMSGCに導入する構造について実験的に評価を行ってきた。この結果、薄膜中での加速電子のエネルギーロスが3keV程度あるが、ハイブリッドフォトダイオードと同様の原理により、高い増幅度が得られることが分かった。MSGCの部分については、新たに考案した高位置分解能と高増幅度を両立させる新しいグリッド制御型のMSGCについて、設計・試作を行ない、高エネルギー加速器研究機構の放射光を用いて性能評価実験を行った。この結果、極めて均質な特性をもった検出器が実現できることが分かり、5.9keVのX線に対するエネルギー分解能は14%(FWHM)となり、10^6cps/mm^2程度までの強度で動作が可能であることが分かった。また、長時間の使用においても放電やプレートの損傷はおきず、従来のMSGCの問題点をほぼ解決する検出器が製作できることが分かり、アノードピッチ400μmの検出器を増幅度10^4以上で安定に動作させることができた。平成10年度は、以下のように研究を実施した。当初計画では製膜装置としてCVD装置を導入する予定であったが、種々の電子放出面に対応できるよう電子ビームを使用して蒸着を行うこととし、電子銃・フォトリソグラフィ装置の導入を行った。1) MSGC・2次電子放出面の電極形状の設計微細加工技術を用いて2次電子放出面と、加速電子を受け止めるMSGCの電極パターンの双方について設計を行なった。汎用の有限要素計算コードANSYSを導入し、検出器の種々の形状に対して電場を計算し、放出2次電子の軌道計算および検出器上での電荷の流れが最適になるように検討を行った。なお、MSGCの電極パターンについては、電荷収集の観点から十分な大きさの信号が得られるように工夫を行った。2) 2次電子放出面の検討本研究において重要な役割を占める2次電子放出面について、特に大きな2次電子放出率の得られる物質を用いることについて検討を行った。MgO.KCl.ZnBe.負性電子親和物質として最近注目されているダイアモンドライクカーボン(DLC)等種々の物質について製膜を行い電子放出特性試験をした結果、DLCについては水素終端処理を施すことで電子増倍度の改善がなされることが分かった。今後、水素終端処理の最適化を行うことで安定かつ大きな電子放出率が得られることを目標として研究を進めるものとする。これらの成果については日本原子力学会、1999年の国際学会HARMST等において研究発表を行う予定である。3)真空チェンバ・ガスチェンバの製作と測定系の整備試作素子を測定するための真空チェンバと比例計数管として動作させるためのガステェンバを作裂を行った。また、リファレンス用として窓なし型のフォトダイオード・アパランシェフォトダイオードを組み合わせた測定システムを構築し、HPDとして動作させ、単一電子から得られる信号の測定を行った。現在の放射線検出器においては、μm以下の位置分解能を有する位置検出器はほとんどなく、高い位置分解能が必要な場合は放射線源の方を細く絞ることが行われている。しかし、ビームを絞り込んだ場合、ビーム強度に制限を受けることや、測定時間が長くなる等の問題が生じる。本研究では微細加工技術を用いて、ガス検出器と2次電子放出を組み合わせたハイブリッド型の構造により信号増幅を行い、高位置分解能の位置検出器を開発することを目的として研究を進めている。本年度は、高位置分解能と高増幅度を両立させる新しいグリッド制御型のMSGCを考案し、設計・試作を行った。

この結果、従来のMSGCの性能を飛躍的に高めることができ、アノードピッチ400μmの検出器を増幅度10^4以上で安定に動作させることができた。また、ハイブリッド型のアプローチについては、検出部から放出された2次電子を3kV程度まで加速し、0.1μm厚の窒化シリコンの薄膜を通して窓なしのフォトダイオードに入射させて、検出を行ったところ、2keV程度のエネルギーロスがあるものの、2次電子を真空中からガス増幅器へ導くことが可能であることを確かめた。以上により、2次電子放出とガス検出器を組み合わせるハイブリッド型検出器の基本的な動作が確かめられた。今後は、これを組み合わせて検出器全体の特性評価を行っていく予定であるが、同時に新たに考案したグリッド制御型のMSGCについても大変有望であると考えられるので、その分解能を更に高めて、MSGCの基板面から放出される2次電子を利用するなど新たな利用法についても併せて検討を行い、実現可能な分解能について評価検討を行っていくこととしたい。電子ビーム・イオンビームを用いる最近の最近の加工技術はすでに10nm程度の像分解能に達しており、単電子デバイスや原子スケールの現象をとらえるのに十分な性能を有している。本研究では微細加工技術を用いて、ガス検出器と2次電子放出の原理を組み合わせたハイブリッド型の構造により信号増幅を行い、高位置分解能の位置検出器を開発することを目的としている。本年度は、ガス検出器の部分について昨年度新たに考案した高位置分解能と高増幅度を両立させる新しいグリッド制御型のMSGCについて、設計・試作を行ない、高エネルギー加速器研究機構の放射光を用いて性能評価実験を行った。この結果、極めて均質な特性をもった検出器が実現できることが分かり、5.9keVのX線に対するエネルギー分解能は14%(FWHM)となり、10^6cps/mm^2程度までの強度で動作が可能であることが分かった。また、放射線医学総合研究所のHIMACにおいて10^4CPS/mm^2程度までの強度でAr,Neイオンビームの直接照射を行なったところ、ガス増幅度数千と高い増幅度で動作させたにも関わらずプレートの損傷はおきず、従来のMSGCの問題点をほぼ解決する検出器が製作できることが分かり、アノードピッチ400μmの検出器を増幅度10^4以上で安定に動作させることができた。これらの成果は、Imaging-2000およびIEEE Nuclear ScienceSymposiumの2つの国際学会において、発表した。また、位置読み出し法については、フローティングパッドを介してガラス基板の裏面から読み取る方法を考案し、基礎的な実験で位置検出が可能であることを確認した。
大気と海洋の波動エネルギーのライフサイクル解析による熱帯気候変動メカニズムの解明

まず大気場については、大気海洋波動伝播力学の解析に効果的な新しい波動エネルギーフラックス形式(Aiki et al. 2017; AGC17)を大気波動へ実際に適用するための数値計算手法の開発を行い、プログラムを完成させ観測解析データを用いて計算を試みた。海洋大陸域を伝播する熱帯波動擾乱の群速度現象の診断解析を行い、伝統的な波動活動度フラックスや非地衡風渦動エネルギーフラックスと比較して新手法の熱帯大気波動擾乱への有効性を検証した。中高緯度波動への適用の妥当性も調べた。次に海洋場については、新しい波動エネルギーフラックス形式をOGCMの結果に拡張するにあたり、OGCMを最もAGC17の設定に近い一層の浅水波モデルとして動かし再現を試みた。AGC17同様、エネルギーフラックスは低緯度を中心とした、赤道波及びロスビー波の特性曲線を考慮したパターンとなった。次に、AGC17では考慮されていない非線形性成分を上記の浅水波モデルに組み込みAGC17の適用性を調べた。非線形性により発生した中規模渦が年周期ロスビー波が入り込めない領域に偏在するようになるが、低緯度の波動が卓越する領域ではモデルの変動場やエネルギーフラックスは余り変化がなく、少なくともAGC17は低緯度域においては大きな変更なく適用できることを示唆した。今後は理想的な設定ながらも、多層にした場合のAGC17の適用性を調べる予定である。より現実的な地形・強制の下で積分したOGCM結果を用いて、赤道インド洋の季節内変動を調べ、投稿用論文を執筆した。追加解析から赤道インド洋の90日変動は鉛直第二モードでほとんど説明でき、AGC17スキームは風応力の注入域からのエネルギー輸送を捉えていた。一方、混合ロスビー重力波に伴う30日変動は複数の鉛直モードの寄与が示され、エネルギーフラックスの3次元的な拡張の重要性が示唆された。本研究チームにとって重要な点は、豊田・中野(気象研)と尾形(海洋機構)が日本を代表する大気・海洋モデルを用いた解析・予測改善業務に従事していることである。具体的には豊田・中野は気象研において、MOVE/MRI.COM-G2海洋再解析・予報システムの運用と解析を行っている。尾形は海洋機構においてSINTEX-F CGCMモデル(日欧共同開発)を用いた熱帯短期気候変動(ENSO/IOD)予測システムの運用・解析業務に従事している。そして名古屋大において福富はJRA-55/JCDAS大気再解析システムの運用と解析を行っている。本研究チームは情報交換サイトを立ち上げ、定期的にミーティングを実施している。この情報交換サイトでは、エネルギーフラックスの解析ツールを、実現性・正確性に応じて3バージョン構成で開発・配布していく予定である。最も実現性の高い水平2次元版と空間3次元版の解析ツールは既に完成し、豊田・尾形がそれぞれ気象研と海洋機構のモデル計算出力の解析に使用中である。尾形・相木はインド洋の実際の波動のライフサイクル解析をした最初の論文を執筆中である。最も正確な(4次元空間におけるErtel渦位の逆計算を含む)完全版の解析ツールは、プロトプタイププログラムが完成し、大気・海洋/季節・経年スケールで分担して動作検証を行っている。季節内スケールについては、(i)MJOのようなケルビン波的構造を持つ大気中の東西循環型擾乱とロスビー波である中高緯度偏西風波動間のエネルギー伝達と、(ii)熱帯域内部での異なる種類の波動間の相互作用の両方を加味して考察する。まずこれらを(本研究で適用するエネルギー循環論的アプローチにより)地理的・物理的制約を受けずに定量的に可視化する。次にインド洋域でMJOの初期発達にとって重要な外部波動強制力は中高緯度起源なのか熱帯内起源なのかイベントごとにメカニズムを分類する。この分類結果と背景環境場の因果関係を説明することが、気候変動メカニズムの新しい理解となる。抽出したMJO(BSISO)イベントに伴うエネルギーの集積と放射の定量的評価と伝達経路の特定を波動エネルギーフラックス解析により行う。こうしてMJO(BSISO)初期発達に先立つ熱帯インド洋域外からの擾乱エネルギーの流れを連続追跡することにより、重要な外部波動強制力の起源と種類ごとの相対的重要性を明らかにする。経年変動スケールについては、海洋においてMJOとしばしば結合系を形成し、ENSO/IODイベント発生に重要な海洋長周期波動の東西伝播サイクルのメカニズムを、波動エネルギー伝達経路のトレース解析により明らかにする。ENSO/IODイベントの発達/終息時の海洋長周期波動(赤道ケルビン波、赤道ロスビー波)の東西伝播が成す振動系について、海岸線による海洋波動の反射・回折(その後の中緯度波の励起)を考慮して追跡・定量化するのが本研究の特色である。基本的な作業手順はMJOの診断と類似しているので、チーム内で連携し効率よく作業を進める。波動エネルギーの水平伝達経路の時空間構造を発達・消散時のエネルギー収支への貢献度を定量化することにより、過去に提示されたENSO/IOD発達メカニズム群のどれが最も適合するのかを示し、それが業界における新しい指標になるようにする。海洋大陸域を伝播する熱帯波動擾乱の群速度現象の診断解析を行い、伝統的な波動活動度フラックスや非地衡風

渦動エネルギーフラックスと比較して新手法の熱帯大気波動擾乱への有効性を検証した。中高緯度波動への適用の妥当性も調べた。次に海洋場については、新しい波動エネルギーフラックス形式をOGCMの結果に拡張するにあたり、OGCMを最もAGC17の設定に近い一層の浅水波モデルとして動かし再現を試みた。AGC17同様、エネルギーフラックスは低緯度を中心とした、赤道波及びロスビー波の特性曲線を考慮したパターンとなった。次に、AGC17では考慮されていない非線形性成分を上記の浅水波モデルに組み込みAGC17の適用性を調べた。非線形性により発生した中規模渦が年周期ロスビー波が入り込めない領域に偏在するようになるが、低緯度の波動が卓越する領域ではモデルの変動場やエネルギーフラックスは余り変化がなく、少なくともAGC17は低緯度域においては大きな変更なく適用できることを示唆した。今後は理想的な設定ながらも、多層にした場合のAGC17の適用性を調べる予定である。より現実的な地形・強制の下で積分したOGCM結果を用いて、赤道インド洋の季節内変動を調べ、投稿用論文を執筆した。追加解析から赤道インド洋の90日変動は鉛直第二モードでほとんど説明でき、AGC17スキームは風応力の注入域からのエネルギー輸送を捉えていた。一方、混合ロスビー重力波に伴う30日変動は複数の鉛直モードの寄与が示され、エネルギーフラックスの3次元的な拡張の重要性が示唆された。本研究チームにとって重要な点は、豊田・中野(気象研)と尾形(海洋機構)が日本を代表する大気・海洋モデルを用いた解析・予測改善業務に従事していることである。具体的には豊田・中野は気象研において、MOVE/MRI.COM-G2海洋再解析・予報システムの運用と解析を行っている。尾形は海洋機構においてSINTEX-F CGCMモデル(日欧共同開発)を用いた熱帯短期気候変動(ENSO/IOD)予測システムの運用・解析業務に従事している。そして名古屋大において福富はJRA-55/JCDAS大気再解析システムの運用と解析を行っている。本研究チームは情報交換サイトを立ち上げ、定期的にミーティングを実施している。この情報交換サイトでは、エネルギーフラックスの解析ツールを、実現性・正確性に応じて3バージョン構成で開発・配布していく予定である。最も実現性の高い水平2次元版と空間3次元版の解析ツールは既に完成し、豊田・尾形がそれぞれ気象研と海洋機構のモデル計算出力の解析に使用中である。尾形・相木はインド洋の実際の波動のライフサイクル解析をした最初の論文を執筆中である。最も正確な(4次元空間におけるErtel渦位の逆計算を含む)完全版の解析ツールは、プロトプタイププログラムが完成し、大気・海洋/季節・経年スケールで分担して動作検証を行っている。季節内スケールについては、(i)MJOのようなケルビン波的構造を持つ大気中の東西循環型擾乱とロスビー波である中高緯度偏西風波動間のエネルギー伝達と、(ii)熱帯域内部での異なる種類の波動間の相互作用の両方を加味して考察する。
β-炭素脱離を経由する新規付加環化反応の開発

本年度は2つのβ炭素脱離を経由する反応、1.ロジウム触媒によるアルコールおよびアミン類のシクロブタノンへの分子間付加反応、2.白金触媒によるアレンインの水和を伴う環化反応を開発した。1.ヒドロキソ(1,5-シクロオクタジエン)ロジウム(I)ダイマー(5mol%)、(R)-H8-BINAP(20mol%)から調製した触媒存在下、3-フェニルシクロブタノンと3当量の4-tert-ブチルフェノールをp-キシレン中130°Cで加熱したところ、3-フェニル酪酸4-tert-ブチルフェニルが66%収率で生成した。本反応は、(i)ロジウムアルコキシドの生成、(ii)シクロブタノンのカルボニル結合への付加によるロジウムシクロブタノラートの生成、(iii)β炭素脱離によるアルキルロジウムの生成、(iv)β水素脱離/再付加によるロジウムエノラートの生成、(v)プロトン化分解を経由して進行していることが、重水素化実験などにより明らかになった。本反応はフェノールだけでなく、ベンジルアルコールや3-フェニルプロパノールなどでも進行し、対応するエステルを良好な収率で与えた。さらに、ベンジルアミンやモルホリンなどのアミンも3-アリールシクロブタノンと反応し、3-アリールブタナミドを与えた。2.N-(4-メチル-2,3-ペンタジエニル)-N-(3-フェニル-2-プロピニル)トシルアミンを塩化白金(II)触媒存在下、メタノール中70°Cで加熱したところ、3-ベンゾイル-4-イソブテニル-1-トシルピロリジンが78%収率で生成した。生成物はカラムクロマトグラフィーにより分離可能なcis体とtrans体の52:48混合物であった。トルエン中で反応を行った場合に生成した双環性シクロブテン誘導体の生成は全く観測されなかった。本反応の機構は、(i)白金(II)により活性化されたアレンインのアルキン部位とアレン部位とのendo環化による7員環中間体の生成、(ii)非古典的カルボカチオンの1つの共鳴構造であるシクロブチルカチオンによるメタノールの捕捉、(iii)3-メチレンシクロブチル白金からのβ炭素脱離によるアルケニル白金ヒドリドの生成、(iv)還元的脱離、(v)生成したエノールエーテルの加水分解からなっていると思われる。本年度はロジウムシクロブタノラートからの不斉β炭素脱離を利用する天然物合成、ニッケルシクロブタノラートからのβ炭素脱離を利用する8員環ケトン合成を行なった。ロジウムシクロブタノラートからの不斉β炭素脱離を利用する(-)-α-ヘルベルテノール合成:ロジウム(I)-光学活性ホスフィン錯体触媒を用いて2-ボリルフェニル基を3位に有するシクロブタノンの不斉付加/開環反応を行なったところ、ベンジル位不斉四級炭素を有する1-インダノン誘導体を最高95%eeで得ることに成功した。本反応により得られる3-(3-ベンジルオキシプロピル)-3,5-ジメチル-1-インダノンを用いて蘚苔類から単離されたセスキテルペンの一種(-)-α-ヘルベルテノールの合成を達成した。ニッケル触媒によるシクロブタノンとジインを用いる[4+2+2]型環化反応による8員環ケトン合成:ビス(1,5-シクロオクタジエン)ニッケル(0)とトリシクロヘキシルホスフィンから調製したニッケル触媒存在下、シクロブタノンと1,6-ジインを100°Cで加熱したところ、ビシクロ[6.3.0]ウンデカ-1,7-ジエン-3-オン骨格を有する生成物を高収率で与えた。また、配位子としてホスフィンの代わりに含窒素ヘテロ環カルベン(IPr)を用いると反応は室温で進行した。本反応は、まず0価ニッケル上でのシクロブタノンのカルボニル基とジインの二つのアルキン部位からの酸化的環化によってオキサニッケラシクロヘプタジエンが生成し、これからのβ炭素脱離によって9員環メタラサイクルを与え、最後に還元的脱離によって8員環不飽和ケトンを与えている。また、1,7-ジインも同様に反応し、対応する8員環ケトンを与えた。非対称シクロブタノンまたは非対称ジインを用いた反応からは、反応機構に関する様々な知見を得ることができた。

本反応はフェノールだけでなく、ベンジルアルコールや3-フェニルプロパノールなどでも進行し、対応するエステルを良好な収率で与えた。さらに、ベンジルアミンやモルホリンなどのアミンも3-アリールシクロブタノンと反応し、3-アリールブタナミドを与えた。2.N-(4-メチル-2,3-ペンタジエニル)-N-(3-フェニル-2-プロピニル)トシルアミンを塩化白金(II)触媒存在下、メタノール中70°Cで加熱したところ、3-ベンゾイル-4-イソブテニル-1-トシルピロリジンが78%収率で生成した。生成物はカラムクロマトグラフィーにより分離可能なcis体とtrans体の52:48混合物であった。トルエン中で反応を行った場合に生成した双環性シクロブテン誘導体の生成は全く観測されなかった。本反応の機構は、(i)白金(II)により活性化されたアレンインのアルキン部位とアレン部位とのendo環化による7員環中間体の生成、(ii)非古典的カルボカチオンの1つの共鳴構造であるシクロブチルカチオンによるメタノールの捕捉、(iii)3-メチレンシクロブチル白金からのβ炭素脱離によるアルケニル白金ヒドリドの生成、(iv)還元的脱離、(v)生成したエノールエーテルの加水分解からなっていると思われる。
注意欠如・多動性症への静脈内鎮静法の安全性の検証と新たな全身管理法の開発

歯科治療はストレスを引き起こすストレッサーとなる事が少なくない.このため,歯科麻酔科臨床では,歯科治療中の全身管理法として静脈内鎮静法が,現在行われている.しかしながら高次脳機能に障害・変調をきたしているとされる神経発達障害患者に,同じく高次脳機能に作用機転をもつ静脈内鎮静薬を用いた静脈内鎮静法の応用が適切なのか否か,その検討はほとんど行われていない.本研究は,神経発達障害なかでも注意欠如・多動性障害への静脈内鎮静法の応用の安全性と妥当性について高次脳機能の面から検討する.さらに,静脈内鎮静法に替わる神経発達障害患者により安全性の高い新たな全身管理法の可能性についても検討する.歯科治療はストレスを引き起こすストレッサーとなる事が少なくない.このため,歯科麻酔科臨床では,歯科治療中の全身管理法として静脈内鎮静法が,現在行われている.しかしながら高次脳機能に障害・変調をきたしているとされる神経発達障害患者に,同じく高次脳機能に作用機転をもつ静脈内鎮静薬を用いた静脈内鎮静法の応用が適切なのか否か,その検討はほとんど行われていない.本研究は,神経発達障害なかでも注意欠如・多動性障害への静脈内鎮静法の応用の安全性と妥当性について高次脳機能の面から検討する.さらに,静脈内鎮静法に替わる神経発達障害患者により安全性の高い新たな全身管理法の可能性についても検討する.
ホログラフィー技術を用いたコンタクトレンズ型ディスプレイの実現方法の提案

(1)コンタクトレンズ型の実現性の検討:コンタクトレンズ内への液晶素子の組み込みについて検討した。液晶材料を曲面状に形成し画像表示する技術は既に実現されているので、これを参考にして、液晶素子にホログラムを表示して目から離れた位置に画像情報を表示するために必要な解像度と画素ピッチについて検討した。網膜の中心窩(大きさ1 mm)の範囲に画像表示する場合には、画素ピッチ10.2ミクロンで解像度が350×350程度が必要であるが、透過型の構成により現状の技術で実現できる。網膜上の画像表示範囲を3 mmまで広げると、解像度が約1,000×1,000程度で画角が約10度の表示が可能になるが、画素ピッチを3.4ミクロンまで縮小する必要があるため、開口率が低くなる課題があることが判明した。実際に、市販されている画素ピッチが36ミクロンで解像度が1,024×768の透過型液晶空間光変調器を用いてホログラム表示の実現を確認した。(2)レーザーバックライトの実現:液晶を用いた空間光変調器は、外部レーザー光で照明する必要がある。そのため、薄型のレーザーバックライトをホログラフィック光学素子(HOE)を用いて実現した。HOEの材料にフォトポリマーを用いて、薄膜表面にHOEを形成し、光ファイバーから出射されたレーザー光をプラスチック基板内部を全反射させて空間光変調器を照明するプレーナー光学系を実現した。HOEは紫外線処理により透明化を行い、光の利用効率は約60 %であった。(3)コンタクトレンズへの組み込み実験:現状ではコンタクトレンズに組み込める空間光変調器は存在しないので、通常のホログラムフィルムを用いて実験を行なった。ホログラムを記録したホログラムフィルムを漂白して透明化し、レーザーバックライトを取り付けてコンタクトレンズに密着した。人間の目を模倣した模型眼を用いて画像表示の実現を確認した。(1)スケールアップ光学系の作製:表示原理の確認のために、スケールアップ光学系を作製した。空間光変調器には、市販の透過型の液晶素子を用いた。偏光板とレーザーバックライトの代わりに、偏光ビームスプリッタと1/4波長板を用いた。本研究で用いる空間光変調器としては位相変調型が適しているが、透過型ではツイストネマティック液晶を用いたものしか存在しないため、入射光を円偏光とすることで擬似的に位相変調を実現した。1/4波長板により円偏光を作り出した。外界からの光には回転方向が逆の円偏光を与えることで、空間光変調器で変調されないようにした。目を模したレンズとイメージセンサを用いて、網膜像を評価した。(2)位相型ホログラムの計算法:本研究では、位相型ホログラムを用いることで光の吸収をなくし、外界からの光をシースルーして見ることを可能にする。通常の振幅型ホログラムでは共役像やゼロ次光などの不要光が発生するのに対して、位相型ホログラムは光の波面を直接制御するため不要光が生じない。しかし、物体からの波面の振幅を単純に1にして位相化を行うと、再生像の画質が低下する。そこで、本研究では、フーリエ反復アルゴリズムを用いて、再生像の画質向上を実現した。これは、ホログラムと再生像の間にフーリエ変換の関係があることから、フーリエ変換と逆フーリエ変換を繰り返し行い、ホログラム側では振幅を一定とする拘束条件を与え、再生像側では強度分布を目的画像とする拘束条件を与える方法である。(3)光学特性の評価:ホログラムの再生像に対して、画質と回折効率について評価を行なった。同時に、シースルー画像に対して、画質と透過率について評価を行なった。特に、偏光状態が与える影響について評価した。当初の計画通り、研究を遂行することができた。具体的には、以下の3点について研究を行なった。(1)スケールアップ光学系の作成:空間光変調器として市販の透過型の位相変調素子を用いて、スケールアップ光学系を作製して、表示原理の有効性を確かめた。(2)位相型ホログラムの計算法:本研究では、外界からの光をシースルーして見ることを可能にするため、位相型ホログラムを用いるが、その計算法としてフーリエ反復アルゴリズムを適用して、実際に再生像を得ることができることを示した。(3)光学特性の評価:ホログラムの再生像の画質と、シースルー画像の画質と透過率について評価した。

そのため、薄型のレーザーバックライトをホログラフィック光学素子(HOE)を用いて実現した。HOEの材料にフォトポリマーを用いて、薄膜表面にHOEを形成し、光ファイバーから出射されたレーザー光をプラスチック基板内部を全反射させて空間光変調器を照明するプレーナー光学系を実現した。HOEは紫外線処理により透明化を行い、光の利用効率は約60 %であった。(3)コンタクトレンズへの組み込み実験:現状ではコンタクトレンズに組み込める空間光変調器は存在しないので、通常のホログラムフィルムを用いて実験を行なった。ホログラムを記録したホログラムフィルムを漂白して透明化し、レーザーバックライトを取り付けてコンタクトレンズに密着した。人間の目を模倣した模型眼を用いて画像表示の実現を確認した。平成29年度は当初の研究計画通りに研究を実施することができたので、平成30年度についても当初の計画通り研究を進める予定でいる。
新交通システム用リニアモータの最適設計に関する研究

新都市交通システム車両用の推進装置を対象に設計し、昭和60年度設備備品で購入した片側式リニアインダクションモータ(三相、4極、100KVA)試験装置を昭和61年度設備備品として購入した正弦波入出力パルス幅変調(PWM)インバータ装置(三相、150KVA、150Hz、40440V)で駆動して運転特性を実測し、理論値との比較検討を行った結果、以下の点が明らかになった。1.このような用途を目的とするリニアインダクションモータ(LIM)は定格運転速度が4050Km/h程度の低速であり、またメカニカルクリアランスは安全性の面から10mm余りの大きな値を採らざるを得ないため、定電圧駆動時の推力はすべりが小さくなるに従って減少するほぼ垂下特性になる。2.供給電圧と周波数の比一定の速度制御法において、一次インピーダンスによる電圧降下が大きいため、定推力で加速を行うためには通常のかご刑誘導電動機と比べて低周波数でかなり大きな電圧を供給する必要がある。3.エアギャップ磁束密度分布は低速LIMにもかかわらず低すべり域において端効果のためにかなり偏った分布となり、それに応じモータ後部において非常に大きな垂直力(吸引力)が発生する。また、平均垂直力は推力と同程度の大きさであり、これは実際の場合等価車両重量の増加をもたらすためその軽減策が重要である。4.以上の研究成果を基にして最高速度70km/h程度の新都市交通用片側式LIMの最適設計について検討した結果、次のような結論を得た。一次鉄心はできるだけ長く、細く、薄くすべきであり、定格走行速度が40km/hに対してはモータ長として2.5m程度が適当である。ポールピッチはもっとも重要なバラメータの一つであるが、300mm程度が適切であると考えられる。エアギャップの平均磁束密度は励磁電流や垂直力を抑えるために0.4Tから0.5Tの比較的小さな値に設定すべきである。新都市交通システム車両用の推進装置を対象に設計し、昭和60年度設備備品として購入した片側式リニアインダクションモータ(三相,4極,100KVA)試験装置を用いて基本的な定常運転試験を行い、理論値との比較検討を行った結果、以下の点が明らかになった。1.このような用途を目的とするリニアインダクションモータ(LIM)は定格運転速度が4050km/h程度の低速であり、またメカニカルクリアランスは安全性の面から大きく(試験機では12mm)取らざるを得ないため、推力はすべりが小さくなるに従って減少するほぼ垂下特性になる。したがって必要推力を得るためには定格すべりは30%程度となり、通常の回転形誘導機と比べてかなり大きな定格すべりとなる。2.上述のすべり対推力特性は、一次インピーダンスが等価二次インピーダンスと比べてあまり小さくないことを意味し、高速LIMに比べて一次抵抗や一次漏れリアクタンスの値が特性に大きな影響を及ぼすため、これらの値を正確に算定する必要がある。3.実際の場合、地上に設置されるリアクションレール(二次導体)の幅は資材節減のためできるだけ狭くするのが得策である。二次導体はアルミ導体板と裏張り鉄板で構成され、裏張り鉄板の幅は一次鉄心積み厚と同程度で十分である。一方、アルミ幅は特性に非常に大きな影響を及ぼすため、アルミのオーバハングの影響を正確に考慮できる設計計算式の導出が必要である。4.理論的研究においては、片側式LIMの特性を容易に算定するための簡易解析式を開発した。

本解析法は先に研究代表者らが開発した空間高調波解析の長所、すなわち端効果や表皮効果を正確に把握できるのみならず、実際の巻線の結線法や配置を考慮できる点をそのまま生かした精度の高い近似算定法である。これによりLIMの定常特性の算定が大幅に簡略化されたため、今後の動特性の把握に有効である。
下肢の動態変化が剣道の踏み切り動作へ与える影響

これまでに進めてきた研究で、測定した足底圧データからは足裏に発揮された力の分布から、爪先部から踵部までの力変化や足底圧中心の軌跡を経時的に観察することができた.しかし、これらのデータは垂直方向のみの力データであって、三次元的なものではない.踏み切り動作中の足裏に発揮される三次元の力学的情報や、力を発揮させる主要な筋の動態を検討することは非常に重要なことであると考えられる.また、筋が発揮する力や、体重を移動させるため外力として発揮された力学的情報を得ることは、下肢に発生する傷害の原因やその予防に役立っ有効な手段となると考えられる.そこで本研究では、これまでおこなってきた足底圧計測に床反力計や筋電図を同期させることによって、剣道の踏み切り動作中に発揮される力学的情報を明確にすることを目的とした.平成17年度は大学生および一般の剣道愛好者を主な被検者とし、前へ出る技として正面打撃動作、後方への退き技としての引き面動作における踏み切り動作に焦点を絞り、足底から得られた力学的情報と筋電図から得られた情報を同期させ、剣道の踏み切り動作の特徴について検討をおこなった.足底圧計測システム(footscan、Rsscan社製)とフォースプレートを用いて踏み切り動作時の左右の足底圧を三次元的に計測した.その際、フォースプレートと足底圧計測システムとを同期させるために新しくソフトウエア(床反力同期プログラム)を準備した.また、主要な筋の力発揮の動態を調べるために腓腹筋、前頚骨筋、大腿四頭筋から筋電図を用いて計測をおこなった.実験試技はデジタルビデオカメラを用いてVTR撮影をおこない、キネマティックデータを求め、それらを複合させ検討をおこなった.これまでに進めてきた研究で、測定した足底圧データからは足裏に発揮された力の分布から、爪先部から踵部までの力変化や足底圧中心の軌跡を経時的に観察することができた.しかし、これらのデータは垂直方向のみの力データであって、三次元的なものではない.踏み切り動作中の足裏に発揮される三次元の力学的情報や、力を発揮させる主要な筋の動態を検討することは非常に重要なことであると考えられる.また、筋が発揮する力や、体重を移動させるため外力として発揮された力学的情報を得ることは、下肢に発生する傷害の原因やその予防に役立っ有効な手段となると考えられる.そこで本研究では、これまでおこなってきた足底圧計測に床反力計や筋電図を同期させることによって、剣道の踏み切り動作中に発揮される力学的情報を明確にすることを目的とした.平成17年度は大学生および一般の剣道愛好者を主な被検者とし、前へ出る技として正面打撃動作、後方への退き技としての引き面動作における踏み切り動作に焦点を絞り、足底から得られた力学的情報と筋電図から得られた情報を同期させ、剣道の踏み切り動作の特徴について検討をおこなった.足底圧計測システム(footscan、Rsscan社製)とフォースプレートを用いて踏み切り動作時の左右の足底圧を三次元的に計測した.その際、フォースプレートと足底圧計測システムとを同期させるために新しくソフトウエア(床反力同期プログラム)を準備した.また、主要な筋の力発揮の動態を調べるために腓腹筋、前頚骨筋、大腿四頭筋から筋電図を用いて計測をおこなった.実験試技はデジタルビデオカメラを用いてVTR撮影をおこない、キネマティックデータを求め、それらを複合させ検討をおこなった.
局在型ビラジカルの高密度配列化による低電圧駆動有機半導体の創製

リン複素環一重項ビラジカル:1,3-ジホスファシクロブタン-2,4-ジイルの高い電子供与性を活かし、低電圧で駆動する有機半導体の創製を目指した。まず、リン上にアリールメチル基を導入した幾つかの大気安定な誘導体がp型FETとして機能することを見出した。続いて、芳香族求核置換反応およびアラインを用いる合成プロセスによってリン上に直接アリール基が導入されたビラジカルを合成し、それらもp型半導体として機能した。半導体特性を示す大きな要因となっているラジカル電子が局在化している様子を実験的に証明することに成功した。一方、視認性の高いフッ化水素の検知物質として有用であることも併せて見出された。本研究では、リン原子の電子摂動効果とかさ高い置換基の立体保護効果を受けた高安定性局在型一重項ビラジカルの高い電子供与性がユニークな電子機能性の発現に有効であると考え、適切なパイ共役平面構造を導入してビラジカルユニットを高度に集積化させ、独特な低電圧駆動性半導体を創製することを目指している。本年度の成果を示す。1)固体状態で極めて高い安定性を示す、リン原子上にアリールメチル基を導入したビラジカルの創製と物性について検討を行った。これまでの検討から、ベンジル(フェニルメチル)基を導入した誘導体がFET特性を示すことを見出している。このことを踏まえ、まず、ナフチルメチル基を導入した誘導体について検討したところ、ベンジル基と類似した結晶構造をとることがわかったものの、分子配列が不均一である等の理由から、シンプルなドロップキャスト法で作成したデバイスはFET特性を示さなかった。一方、2-アントリルメチル基を導入した誘導体を合成して構造改正すると、ベンジル基の場合と同じ結晶構造となり、若干性能は低くなったものの、FET特性が現れることがわかった。また、一分子としての物性を検討したところ、アントラセン構造の分子軌道レベルがビラジカルユニットと非常に近くなることに由来する現象が示唆された。2)リン原子上に直接アリール基を連結したビラジカルの合成と物性について検討したところ、ナフタレン構造を直結させた誘導体がFET特性を発現することを見出した。この誘導体の結晶構造は明確な分子間相互作用を示していないことや、前項に示した、ナフチルメチル基を導入した誘導体とは対照的な結果となったことから、機能性を示すビラジカルの新たな設計指針の策定に有用な知見と言える。1)1,3-ジホスファシクロブタン-2,4-ジイル骨格のリン上に直接アリール基を導入する方法として、これまでの芳香族求核置換反応に加えてアラインを用いるプロセスを確立した。この新たなプロセスによって、これまで導入が困難であった電子豊富アリール基を直接導入が可能となったことから、リン複素環開殻構造の高い電子供与性をさらに高めてより高性能の低電圧駆動有機半導体の創製につながるものと期待される。その一方、直接アリール基を導入したリン複素環開殻構造が、原子価拡張を伴いながら系中で発生させたフッ化水素を効率良く取り込む特性を新たに見出した。特に、電子豊富なアリール基を導入した場合にはフッ化水素の取り込みによって顕著な光吸収特性の変化が見られ、フッ化水素の捕捉過程を視覚的に捉えやすいことがわかった。さらに、取り込まれたフッ化水素は塩基を作用させることによって脱離させることが可能であった。2)1,3-ジホスファシクロブタン-2,4-ジイル骨格のリン上にアリールメチル基を導入すると、リン複素環開殻構造が極めて安定になり、また結晶状態でホール移動に有利な分子配列の形成に有利である。このアリール基としてチオフェン骨格を基本としたパイ電子系構造を導入した誘導体を合成し、続いてドロップキャスト法によってFET素子を作成して半導体特性を評価したところ、これまでで最も高い移動度が観測された。この知見は、より性能の高いFET素子を作成するうえで有用と考えられる。その一方、ビチオフェン構造のようにパイ拡張の度合いをある程度大きくしたアリール構造を導入すると、おそらくアリールメチル基のカチオン状態が安定化されるために、分子が不安定となる傾向が見られた。p型電界効果トランジスタ(FET)として機能したリン複素環一重項ビラジカルの特徴を明らかすることは、望む半導体性能を発揮する複素環開殻一重項化合物の分子設計につながると考えられる。今回、X線回折データから得られた結晶構造とDFT計算の結果をもとにホール輸送特性に関する評価を行い、半導体特性を示した誘導体において次のような知見が得られた。1)ふたつの局在化したラジカル中心を含む4員環に加えて、ラジカル中心に結合したかさ高いトリ-t-ブチルフェニル基は分子のHOMOに大きく関わっており、この部分が分子間で適切に重なるとホール移動経路が形成されやすくなる。2)リン上に導入した置換基はHOMOへの寄与が少ないが、1)で述べたHOMO軌道の有効な重なり誘導する存在として重要である。適切なサイズの炭化水素アリールメチル基を導入すると、パイ平面での分子間オフセットπ-πスタッキングによって均一な一次元配列にもとづいてアセン誘導体と類似した分子アセンブリが形成され、有効なホール輸送経路が形成されやすくなる。その一方で、パイ拡張した炭化水素芳香族構造をもつアリールメチル基を導入すると、電子輸送において有利なπ-π相互作用が形成され、n型半導体特性を示す可能性が生じるようになる。3)ヘテロ環を含むアリールメチル基を導入すると、2)で述べた一次元配列が形成されないものの、ゆるく相互作用した二量体を単位として、アセン誘導体ではみられない3次元配列が形成される。

これまでで最もすぐれた半導体特性を示す誘導体について検討したところ、主なホール輸送に関わる経路を結んでいくと、有機半導体では珍しい、ダイヤモンド構造に似た3次元分子配列モチーフが現れた。リン複素環一重項ビラジカル:1,3-ジホスファシクロブタン-2,4-ジイルの高い電子供与性を活かし、低電圧で駆動する有機半導体の創製を目指した。まず、リン上にアリールメチル基を導入した幾つかの大気安定な誘導体がp型FETとして機能することを見出した。続いて、芳香族求核置換反応およびアラインを用いる合成プロセスによってリン上に直接アリール基が導入されたビラジカルを合成し、それらもp型半導体として機能した。半導体特性を示す大きな要因となっているラジカル電子が局在化している様子を実験的に証明することに成功した。一方、視認性の高いフッ化水素の検知物質として有用であることも併せて見出された。リン複素環開殻分子構造を用いることで低電圧駆動という独特の性質を備えた半導体素子を開発できるというアドバンテージに加えて、移動度を高めるために有利な分子設計に関する知見を得ることができている。有機合成化学の観点からは、アラインの発生法と構築できる分子構造との関連性を見出すことができたことから、様々な機能性有機分子の開発につながる新しい研究提案が可能となっている。さらに、フッ化水素を効率よく捕捉できるというリン複素環開殻分子構造の新たな機能を見出すことができている。27年度が最終年度であるため、記入しない。物理有機化学1)リン上に直接アリール基を導入したリン複素環ビラジカル骨格が示すフッ化水素の捕捉プロセスについて詳細に検討する。具体的には、フッ化水素の付加および脱離の高効率化とフッ化水素付加に伴う物性変化の解析を試みる。また、フッ化水素以外の比較的反応不活性な小分子を活性化する開殻一重項分子の探索を行う。2)アリールメチル基を導入したリン複素環ビラジカルの半導体特性を評価するとともに、その電子状態の詳細な解析を行うために素粒子を用いた測定実験を行う。半導体特性を示す局在型ビラジカルとして見出した化合物の構造的特性を踏まえて分子設計した化合物がほぼ予想通りの特性を示したが、一方ではほとんど同じような結晶構造にもかかわらず半導体特性を示さないこともわかった。さらに、半導体特性を示さない誘導体の構造をほんの少し変化させるだけで半導体特性が現れることもわかった。これらの知見は、ビラジカルの設計と固体物性発現を関連づけるデータとしては予想以上のものであったといえる。また、ビラジカルの分子軌道をより高度に利用できる分子設計も可能であることが見出され、新たな物性発現が期待できる。ビラジカルの結晶構造の制御を司るためにパイ共役系構造を導入する検討を継続して行うが、さらに、ビラジカルユニットの電子状態をより高度に利用できる置換基構造の導入とそれに伴う物性の発現にも着目する。
消化器癌における術後再発予防と治療;特にLiposome-Carboplatinによる経門脈的、経腹膜的投与による検討。

進行消化器癌における術後再発予防と治療を目的として、臨床応用が可能なLiposome-Carboplatin(Lipo-CBDCA)を製作・調製し、腹腔内投与による副作用,体内動態,抗腫瘍効果等についてドンリュウラットを用い検討した。血清プラチナ濃度はLipo-CBDCA腹腔内投与において薬剤投与後15,30分では,free-CBDCA腹腔内投与,静脈内投与と比較して低濃度であり,3時間以上経過すると高濃度となった。Lipo-CBDCA:20mg/kgを腹腔内に投与後、経日的に採血した血液,生化学的検討では異常値は認められなかった。また同時に肝,脾,腎,腸管を採取し,HE染色を行った組織学的検討でも異常は認められなかった。さらにAH130腫瘍によるラット癌性腹膜炎モデルを用いた抗腫瘍効果の検討ではLipo-CBDCA腹腔内投与群がcontrol群やfree-CBDCA投与群と比較して有意にその生存率の延長が認められた。一方、Lipo-CBDCAの経門脈的投与による基礎的検討を行うため1バイアル中にCBDCA30mg、egg lechitin50mg、mannitol100mgを含むようにLipo-CBDCAを凍結乾燥法にて作製した。雄ドンリュウラットを用いLipo-CBDCAを5、10、20mg/Kgの経門脈的投与を行い2週間の経過をみたが体重増加も良好であり、他に副作用も認められなかった。更に腸間膜静脈よりLipo-CBDCA、free-CBDCA:20mg/Kgをone shotに投与し血中、および各臓器内のプラチナ濃度を0.5、1、3時間毎に原子吸光光度計を用い測定した。その結果、血中プラチナ濃度は30分値ではLipo-CBDCAが高値であり、1、3時間値は共にfree-CBDCAが高値となり、Lipo-CBDCAの多くが肝臓にTargetingされ徐々に肝臓から長く放出された結果と考えられる。また肝臓、腎臓におけるLipo-およびfree-CBDCAの組織内濃度は肝臓では30分、1、3時間のいずれもLipo-CBDCAが高値であり、反対に腎臓ではLipo-CBDCAが低値であり、臨床応用に際しても腎機能障害等の副作用の軽減に効果があるものと推察される。現在、ラット肝転移モデルを作成しLipo-CBDCAを投与して転移防止ならびに治療について検討している。Lipo-CBDCA:20mg/Kgを腹腔内に投与後、経日的に採血した血液,生化学的検討では異常値は認められなかった。
単一イオンによる原子気体の高分解能プロービング

本研究では、レーザー冷却された中性原子気体とイオントラップ中の単一イオンとの相互作用を詳細に調べた。イオン・原子間の相互作用においては弾性衝突過程や、イオンや原子の内部状態及び電荷量が変化するような反応性のある非弾性衝突が考えられる。本研究課題ではイオン・原子ハイブリッドトラップと呼ばれる装置を用いることで、こういった様々な衝突過程を極低温領域において観測することができた。弾性衝突においてはイオン・原子間衝突によってそれぞれの運動量の交換が起こるため、一方を極低温状態に準備することで両者の熱平衡化によりもう一方の温度を下げることができる。これは共同冷却と呼ばれ、レーザー冷却に代わる新たな冷却手法として有望視されている。本研究では原子気体との相互作用がある状況下での単一イオンの運動状態の時間発展を測定することで、こういった共同冷却効果が存在することを実証することに成功した。また、ここでは非常に質量の小さなリチウム原子を原子種として選択しているが、これが決め手となり高効率な冷却を行うことができることも確認することができた。非弾性衝突に関する研究では、イオン・原子間の近距離衝突(ランジュバン衝突)によりイオンの電子状態が変化するような過程を検出することに成功した。一般的には電子励起状態の寿命は数ナノ秒オーダーであり、イオン原子間の衝突時間スケールに比べて非常に短いことが知られているが、今回の試みではカルシウムイオンの有する凖安定状態(寿命1秒程度)を用いることでこういった非弾性過程を捉えることができ、その衝突係数を決定するに至った。これらの成果は本研究の目標である原子気体の高分解能プロービングや極低温領域における化学反応機構の解明のための重要なステップであると言える。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題では「単一イオンによる原子気体の高分解能プロービング」を実現することを目標とし、研究を進めている。本年度の研究では、「イオン・原子間の電荷交換散乱断面積のエネルギー特性測定」と「単一イオンの四重極子遷移の狭線幅分光」の二つの課題に取り組み、良好な実験成果が得られた。上記二つの課題は、原子気体の密度測定において中心的な役割を担うイオン・原子間の非弾性散乱過程の性質の評価、および単一イオンの微小領域への閉じ込めのための技術開発が行えたという点で、本研究テーマにおいて重要なステップであった。特に前者に関しては、イオン・原子間の電荷交換衝突過程をミリケルビンから数ケルビンという広い衝突エネルギースケールにおいてその散乱特性の実測に成功し、本研究で用いている原子種およびイオン種間の散乱断面積を精密に決定する事が出来たため、当該研究分野においても大きな進展であったと考えられる。本研究課題ではイオントラップ中の単一イオンが原子気体の密度分布を検知するための探針として機能するが、その空間的な広がりで密度分布の測定分解能が決定されるため、可能な限り微小な領域へイオンを閉じ込めることが望ましい。そのためにはイオンの有する狭線幅光学遷移を用いたレーザー冷却技法の導入が求められる。後者の研究課題ではそのために必要な基盤技術の確立や分光情報の収集を行うことが出来ため、目標達成に向け概ね順調に研究が進んでいると言える。今年度の研究では、イオン原子間の非弾性散乱過程における物理特性の測定や、今後求められるイオンの極低温領域への冷却の準備ができ、目的達成に向けたステップが着実に踏めていると考えられる。そのため上記のような判断に至った。平成28年度の研究においては、「単一イオンの振動基底状態冷却」と「イオン・原子間の弾性散乱による冷却効果の観測」の二つの課題に取り組み、良好な研究成果を得ることができた。本研究課題では、「単一イオンによる原子気体の高分解能プロービング」を最終目標として掲げているが、上記の課題はともに目的達成のためのキーポイントとなっている。単一イオンを原子気体の局所プローブとして利用する際の測定精度は、イオンの空間的広がり、つまりイオンの温度で制限されることとなる。特に光格子中の中性原子は数百ナノメートルという光波長間隔で配置されているため、個々の原子へアクセスするためには、イオンを数ナノメートルの微小空間に局在化させる必要がある。そのため、本研究では“サイドバンド冷却"と呼ばれる冷却技法を用いて更なる低温領域(数十マイクロケルビン)へと準備する。サイドバンド冷却法を機能させるためには、冷却対象となるイオンを予め小さな領域(数マイクロメートルオーダー)に閉じ込めなければならない。今年度の研究では、まず強い閉じ込めを実現するためのトラップ装置の設計、開発に行った。次に、開発されたトラップにてイオンを捕獲し、冷却のために必要となるレーザー光を照射し、冷却効果の検証を試み、単一イオンを25マイクロケルビンという温度領域(ほぼ振動基底状態)へと準備することに成功した。これは、空間的な広がりに換算すると7ナノメートル程度となる。さらに、本年度後半の研究では、単一イオンと原子気体とを直接コンタクトさせたときのkineticsについて詳しく調べ、原子との衝突による冷却効果がイオントラップ中の加熱を上回る条件においては、イオンの運動エネルギーが時間とともに減少するような挙動が観測された。これはイオンと原子の協同冷却といった新しい冷却技術への応用の足掛かりとなると期待される。本年度の研究において、高分解能な原子プロービングに必要となる「サイドバンド冷却」が達成されたことを主たる理由として、"おおむね順調に進展している"という自己評価に至った。

サイドバンド冷却を実現するためには、高安定なレーザー光(周波数線幅に換算してキロヘルツ以下のもの)の開発が必要となる他、単一イオンを安定的かつ強く束縛するためのイオントラップ構造の実装等、の様々な技術課題をクリアしなければならない。そういった点を一つずつ解決し、年度目標としていた振動基底状態冷却ができたことは大きな成果と考えられる。なお、この他にも近年大きな注目を集めている"イオンと原子間の協同冷却"に関する研究にも着手し、冷却効果の観測結果が得られたことも新たな進展であると考えられ、最終年度の研究課題への準備が整ったと言える。本研究では、レーザー冷却された中性原子気体とイオントラップ中の単一イオンとの相互作用を詳細に調べた。イオン・原子間の相互作用においては弾性衝突過程や、イオンや原子の内部状態及び電荷量が変化するような反応性のある非弾性衝突が考えられる。本研究課題ではイオン・原子ハイブリッドトラップと呼ばれる装置を用いることで、こういった様々な衝突過程を極低温領域において観測することができた。弾性衝突においてはイオン・原子間衝突によってそれぞれの運動量の交換が起こるため、一方を極低温状態に準備することで両者の熱平衡化によりもう一方の温度を下げることができる。これは共同冷却と呼ばれ、レーザー冷却に代わる新たな冷却手法として有望視されている。本研究では原子気体との相互作用がある状況下での単一イオンの運動状態の時間発展を測定することで、こういった共同冷却効果が存在することを実証することに成功した。また、ここでは非常に質量の小さなリチウム原子を原子種として選択しているが、これが決め手となり高効率な冷却を行うことができることも確認することができた。非弾性衝突に関する研究では、イオン・原子間の近距離衝突(ランジュバン衝突)によりイオンの電子状態が変化するような過程を検出することに成功した。一般的には電子励起状態の寿命は数ナノ秒オーダーであり、イオン原子間の衝突時間スケールに比べて非常に短いことが知られているが、今回の試みではカルシウムイオンの有する凖安定状態(寿命1秒程度)を用いることでこういった非弾性過程を捉えることができ、その衝突係数を決定するに至った。これらの成果は本研究の目標である原子気体の高分解能プロービングや極低温領域における化学反応機構の解明のための重要なステップであると言える。今後はこれまでに準備した実験設備を駆使し、イオントラップ中で捕獲されたイオンを振動基底状態にまで冷却し、ナノメートルスケールの微小領域へ閉じ込めることで測定分解能の向上を目指す。今後の研究としては"冷却原子の光格子ポテンシャルへの導入"と"単一イオンを用いた原子密度の測定"を予定している。より具体的には、単一イオンの位置を印可された静電場により精密制御し、各イオン位置での原子・イオン衝突レートを測定することで原子密度の再構築を行うことを考えている。現時点で主たる実験装置の開発、イオンや原子の状態準備のための手法の大部分はすでに確立済みであるので、スムーズに測定実験へと移行できると期待できる。29年度が最終年度であるため、記入しない。