hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
グリッド環境の定理証明器とモデル検査器をハードウェアコンパイラ融合した形式検証系

グリッドコンピューティング環境上へ実装した定理証明器と,様々なターゲット実装コードを出力可能なハードウェアコンパイラを融合し,上流から下流工程まで一貫した高機能な形式検証系を構築し,非同期並列回路システムの検証能力の飛躍的向上を図る.対象回路の構成情報は,関数型言語系の上で記述し,この言語系からのコンパイラ出力として,ターゲット実装コードと,プルーフチェッカへの証明式の列を同時に得る.対象回路は,非同期論理ゲート素子のモデルを二線式4値論理に基づいたメッセージパッシング型並列計算でモデル化し,回路接続の正当性証明はプルーフチェッカーを用いて検証する.定理証明器(プルーフチェッカ, Proof Checker)と,様々なターゲット実装コードを出力可能なハードウェアコンパイラを融合し,上流から下流工程まで一貫した高機能な形式検証系を構築し,非同期並列回路システムの検証能力の飛躍的向上を図る.対象回路の構成情報は,関数型言語系の上で記述し,この言語系からのコンパイラ出力として,ターゲット実装コードと,プルーフチェッカへの証明式の列を同時に得る.検証対象は,パイプラインあるいはトーラス接続された超並列演算器(PE)である.この設計検証のために,プルーフチェッカを用いてプロパティ検証を実行する.上位の超並列接続のための制御器のモデルによって多数のPEをネットワーク・オートマタによって論理接続する.対象回路の構成情報は,簡易な回路記述に文法を縮約した,一種の関数型プログラミング言語系の上で記述し,この言語系からのコンパイラ出力として,プルーフチェッカが処理できる形式の数式定義,定理証明列を得るものとする.上記の目的のため,関数型言語系の上にハードウェアコンパイラを開発した.対象回路の構成情報は,簡易な回路記述に文法を縮約した,一種の関数型プログラミング言語系の上で記述し,この言語系からのコンパイラ出力として,モデル検査器ならびにプルーフチェッカが処理できる形式の数式定義,定理証明列が自動的に得られるようにした.対象関数型言語系として,Objective Camlを使用する.並列構成時に必要な高位設計記述のため,COINSコンパイラ基盤を用いて,水平・垂直分散モジュールのインターフェース定義から中間系への自動変換を行う援用プログラムも並行して作成した.定理証明器(プルーフチェッカ, Proof Checker)と,様々なターゲット実装コードを出力可能なハードウェアコンパイラを融合し,上流から下流工程まで一貫した高機能な形式検証系を構築し,非同期並列回路システムの検証能力の飛躍的向上を図る.対象回路の構成情報は,関数型言語系の上で記述し,この言語系からのコンパイラ出力として,ターゲット実装コードと,プルーフチェッカへの証明式の列を同時に得る.検証対象は,パイプラインあるいはトーラス接続された超並列演算器(PE)である.この設計検証のために,プルーフチェッカを用いてプロパティ検証を実行する.上位の超並列接続のための制御器のモデルによって多数のPEをネットワーク・オートマタによって論理接続する.対象回路の構成情報は,簡易な回路記述に文法を縮約した,一種の関数型プログラミング言語系の上で記述し,この言語系からのコンパイラ出力として,プルーフチェッカが処理できる形式の数式定義,定理証明列を得るものとする.平成24年度に作成した関数型言語上のハードウェアコンパイラについて,並列化検証システムの性能評価を行った.対象回路の構成情報は,簡易な回路記述に文法を縮約した,一種の関数型プログラミング言語系の上で記述した.特に,モデル検査器とプルーフチェッカを,グリッドコンピューティング環境上へ実装した.システム統合のため,証明の分割・合成を行うためのシステム構築ならびに並列化ライブラリを利用したプログラム開発を行った.続いて,クラスタ計算機上の並列化検証システムの速度性能向上のため,CUDA-GPU並列アクセラレータを導入し,検証済み演算器のシミュレーション・形式検証統合システムを完成した.この時,各演算用のクラスライブラリを作成し,回路情報と計算モデルとのマッチングを行うための方策を検討した.グリッドコンピューティング環境上へ実装した定理証明器と,様々なターゲット実装コードを出力可能なハードウェアコンパイラを融合し,上流から下流工程まで一貫した高機能な形式検証系を構築し,非同期並列回路システムの検証能力の飛躍的向上を図る.対象回路の構成情報は,関数型言語系の上で記述し,この言語系からのコンパイラ出力として,ターゲット実装コードと,プルーフチェッカへの証明式の列を同時に得る.対象回路は,非同期論理ゲート素子のモデルを二線式4値論理に基づいたメッセージパッシング型並列計算でモデル化し,回路接続の正当性証明はプルーフチェッカーを用いて検証する.定理証明器(プルーフチェッカ, Proof Checker)と,様々なターゲット実装コードを出力可能なハードウェアコンパイラを融合し,上流から下流工程まで一貫した高機能な形式検証系を構築し,非同期並列回路システムの検証能力の飛躍的向上を図る.対象回路の構成情報は,関数型言語系の上で記述し,この言語系からのコンパイラ出力として,ターゲット実装コードと,プルーフチェッカへの証明式の列を同時に得る.検証対象は,パイプラインあるいはトーラス接続された超並列演算器(PE)である.この設計検証のために,プルーフチェッカを用いてプロパティ検証を実行する.上位の超並列接続のための制御器のモデルによって多数のPEをネットワーク・オートマタによって論理接続する.対象回路の構成情報は,簡易な回路記述に文法を縮約した,一種の関数型プログラミング言語系の上で記述し,この言語系からのコンパイラ出力として,プルーフチェッカが処理できる形式の数式定義,定理証明列を得るものとする.上記の目的のため,関数型言語系の上にハードウェアコンパイラを開発した.対象回路の構成情報は,簡易な回路記述に文法を縮約した,一種の関数型プログラミング言語系の上で記述し,この言語系からのコンパイラ出力として,モデル検査器ならびにプルーフチェッカが処理できる形式の数式定義,定理証明列が自動的に得られるようにした.対象関数型言語系として,Objective Camlを使用する.Verilog-

HDLやVHDLなどのハードウェア記述言語から,関数型言語系への自動変換を行う援用プログラムも並行して作成した.研究の順序としては,まず,(1)関数型言語系の上のハードウェアコンパイラを機能拡張し,(2)実際の回路規模を対象とした各種検証系向けコード生成器の性能評価を実施し,次に,(3)定理証明器ならびにモデル検査器を,グリッドコンピューティング環境上へ実装する,という計画となっている.引き続いて,システム統合のため,(4)状態空間の分割・合成を行うためのアルゴリズム開発と並列化ライブラリを利用したプログラム開発を行うこととなっている.上記項目(1)の機能拡張については平成23年度において実施した.具体的には,Objective Caml関数型言語系を台言語として,その上のSyntax sugarとして再帰的データ構造を用いたsub-circuit定義向けの回路記述モジュールを構築し,対象並列回路をスケーラブルな形で記述可能にすることに成功した.上記項目(2)の実施については平成24年度において順調に推移した.回路記述モジュールが生成する回路情報の内部表現(中間系)に基づき,Verilog-HDLやVHDLといった下位ハードウェア記述言語向けのコード生成器を開発した.上記項目(3)の実施については,これは平成24年度においては検証環境の構築を行うこととなっており,定理証明器(プルーフチェッカ)とモデル検査器に対して,並列コア搭載高性能プロセッサ上での稼働性能評価ならびにネットワーク接続されたPCクラスタ機(現有設備)を用いた性能評価を継続的に行った.上記項目(4)については,COINSコンパイラ基盤を用いて現在の所,設計・開発を継続中である.研究の順序としては,まず,(1)関数型言語系の上のハードウェアコンパイラを機能拡張し,(2)実際の回路規模を対象とした各種検証系向けコード生成器の性能評価を実施し,次に,(3)定理証明器ならびにモデル検査器を,グリッドコンピューティング環境上へ実装する,という計画となっている.引き続いて,システム統合のため,(4)状態空間の分割・合成を行うためのアルゴリズム開発と並列化ライブラリを利用したプログラム開発を行うこととなっている.上記項目(1)の機能拡張については順調に推移した.具体的には,Objective Caml関数型言語系を台言語として,その上のSyntax sugarとして再帰的データ構造を用いたsub-circuit定義向けの回路記述モジュールを構築し,対象並列回路をスケーラブルな形で記述可能にすることに成功している.上記項目(2)についても順調に推移している.回路記述モジュールが生成する回路情報の内部表現(中間系)に基づき,Verilog-HDLやVHDLといった下位ハードウェア記述
ベイズ的確率動的計画法の経営情報科学への新しい応用分野の開拓に関する研究

情報科学の分野では,計算機の高速メモリにおけるページの平均滞留時間という評価基準に関する研究を行ってきた,これに関する研究成果は2005年7月に開催予定の国際会議IFORSにおいて発表予定である.経営科学と情報科学の分野では,バッチサイズとジョブの順序付けを同時に決定する問題が,過去20年余り,主に確実性下の問題として研究されてきている.この問題を不確実性下の問題に発展させた過去の研究では,ジョブ数nが4以下の場合の最適解は得られていたが,任意のnに対する最適解の一般的な性質が得られていなかった,問題は「処理時間は既知で一定のn個のジョブを複数のバッチに分割して処理する.準備時間は未知で,事前分布が与えられているものとする.バッチサイズを決定して準備時間を観測し,バッチ処理を行う.得られた情報を用いて学習を行い,この過程を繰り返していく.目的は各ジョブの完了時刻の総和を最小にすること」である.この問題を動的計画法を用いて理論的に解析を行った.まず同一ジョブのみでバッチサイズのみを決定する問題に関する研究を行い,最適解の構造を理論的に明らかにし,一連の補題を導き出した.この結果は日本OR学会2004年度秋季研究発表会において研究発表を行い,さらにバッチサイズを2以下に限定した場合に対する結果を,京都大学数理解析研究所の研究集会「不確実性科学と意思決定の数理と応用」において研究発表を行った.また日本OR学会「不確実性理論の経営科学への応用」研究部会に出席して研究発表を行い,また情報の収集と意見交換を行った.異なるジョブの場合には,問題は少し複雑になるが,この場合についても理論的な解析を行ってきており,ある程度の成果が得られてきた.これらに関する研究の一部は,日本OR学会2005年度春季研究発表会において研究発表を行った.さらにゲーム理論と探索理論の分野では,学術雑誌に論文3編を掲載し,またアメリカ合衆国アリゾナ州での国際会議で研究発表を行った.情報科学の分野では,計算機の高速メモリにおけるページの平均滞留時間という評価基準に関する研究を行ってきた,これに関する研究成果は2005年7月に開催予定の国際会議IFORSにおいて発表予定である.経営科学と情報科学の分野では,バッチサイズとジョブの順序付けを同時に決定する問題が,過去20年余り,主に確実性下の問題として研究されてきている.この問題を不確実性下の問題に発展させた過去の研究では,ジョブ数nが4以下の場合の最適解は得られていたが,任意のnに対する最適解の一般的な性質が得られていなかった,問題は「処理時間は既知で一定のn個のジョブを複数のバッチに分割して処理する.準備時間は未知で,事前分布が与えられているものとする.バッチサイズを決定して準備時間を観測し,バッチ処理を行う.得られた情報を用いて学習を行い,この過程を繰り返していく.目的は各ジョブの完了時刻の総和を最小にすること」である.この問題を動的計画法を用いて理論的に解析を行った.まず同一ジョブのみでバッチサイズのみを決定する問題に関する研究を行い,最適解の構造を理論的に明らかにし,一連の補題を導き出した.この結果は日本OR学会2004年度秋季研究発表会において研究発表を行い,さらにバッチサイズを2以下に限定した場合に対する結果を,京都大学数理解析研究所の研究集会「不確実性科学と意思決定の数理と応用」において研究発表を行った.また日本OR学会「不確実性理論の経営科学への応用」研究部会に出席して研究発表を行い,また情報の収集と意見交換を行った.異なるジョブの場合には,問題は少し複雑になるが,この場合についても理論的な解析を行ってきており,ある程度の成果が得られてきた.これらに関する研究の一部は,日本OR学会2005年度春季研究発表会において研究発表を行った.さらにゲーム理論と探索理論の分野では,学術雑誌に論文3編を掲載し,またアメリカ合衆国アリゾナ州での国際会議で研究発表を行った.情報科学の分野では、学習効果を考慮する前の第一段階の目標として、最適化のページングへの応用についての議論を完成した。この成果はオペレーションズリサーチ学会の2004年春季研究発表会において"A note on expected staying timerelated to paging"という題目で発表を終え、今後は雑誌への投稿を行う予定である。具体的にはOSやウェブキャッシングにおけるページングの解析をテーマとしている。すなわち高速記憶と低速記憶からなる二階層記憶におけるページングには様々な方法が存在するが、その優劣を評価するのは極めて難しい。例えば代表的なFIFO(高速記憶に入れた最古のページを追い出す)とLRU(最も参照の古いページを追い出す)についてさえ、経験的にはLRUの方が優れていることが分かっているものの、競合比解析と呼ばれる方法では同等の性能としか評価されない。そこで我々は従来の独立参照モデルとLRUスタックモデルとの混合モデルを考え、ランダムウォークにおける平均滞留時間という概念を使って、高速記憶にページがあるときのヒット率との関係を調べた。手法としてはスタックモデルにおける各セルの参照確率をマルコフ連鎖の定常確率を求めることによって導出し、これとFIFOおよびLRUの平均滞留時間から上記の関係によってヒット率の優劣を比較するものである。以上の結果を踏まえて今後の発展的課題としては、ページ追い出しのコストを考慮に入れた上でどのタイミングでページ追い出しを行うのかについて、種々のデータ構造の元で動的計画法を用いて議論していくことを考えている。

またゲームの理論の分野では、意思決定主体の数が複数であるような状況での競争や協調を扱うゲームモデルに対して、動的計画法を応用して分析できるかどうか検討するために、研究参加者ばかりでなく海外の研究者とも意見交換した。情報科学の分野では,前年度から引き続き計算機の高速メモリにおけるページの平均滞留時間という評価基準に関する研究を継続中であり,これに関する研究成果は2005年7月に開催予定の国際会議IFORSにおいて発表予定である.経営科学と情報科学の分野では,バッチサイズとジョブの順序付けを同時に決定する問題が,過去20年余り,主に確実性下の問題として研究されてきている.この問題を不確実性下の問題に発展させた過去の研究では,ジョブ数nが4以下の場合の最適解は得られていたが,任意のnに対する最適解の一般的な性質が得られていなかった.問題は「処理時間は既知で一定のn個のジョブを複数のバッチに分割して処理する.準備時間は未知で,事前分布が与えられているものとする.バッチサイズを決定して準備時間を観測し,バッチ処理を行う.得られた情報を用いて学習を行い,この過程を繰り返していく.目的は各ジョブの完了時刻の総和を最小にすること」である.この問題を動的計画法を用いて理論的に解析を行った.まず同一ジョブのみでバッチサイズのみを決定する問題に関する研究を行い,最適解の構造を理論的に明らかにし,一連の補題と定理を導き出した.この結果は日本OR学会2004年度秋季研究発表会において研究発表を行い,さらにバッチサイズを2以下に限定した場合に対する結果を,京都大学数理解析研究所研究集会「不確実性科学と意思決定の数理と応用」において研究発表を行った.また日本OR学会「不確実性理論の経営科学への応用」研究部会に出席して研究発表を行い,情報の収集と意見交換を行った.異なるジョブの場合には,問題は少し複雑になるが,この場合についても理論的な解析を行ってきており,ある程度の成果が得られてきた.これらに関する研究の一部は,日本OR学会2005年度春季研究発表会において研究発表を行った.またゲーム理論と探索理論の分野では,アメリカ合衆国アリゾナ州での国際会議で研究発表を行った.
周波数微分ホログラムマトリクスによる新しい超音波映像法

振動子から放射される超音波は球面波として伝搬するため,その振幅は距離に比例して減衰する.このため,通常のホログラフィーでは近傍の標的は明瞭に再生されるが,遠方の標的はS/Nが劣化する.しかし,複索振幅の周波数微分は距離に比例する因子をもつので,遠方の標的像は強調され,逆に近傍の標的像は抑圧される.この事実に着目して,申靖者は周波数微分ホログラムマトリクスによる新しい超音波映像法を考案した.周波数微分ホログラムマトリクスを計測するためには,正弦波変調された搬送波を送信し,受信側では位相検波した後,正弦波変調信号で同期検波する必要がある.そのような送信・受信回路を製作し,コンピュータ制御の下で周波数微分ホログラムマトリクスを計測するシステムを試作した.次に256個の搬送周波数に対して周波数微分ホログラムマトリクスを実測し,そのデータをフーリエ変換して標的の距離を計測する1次元の映像実験を行った.その結果,送受信間の不要な直接結合の影響が除去できること,伝搬損失の補正効果があり遠方の標的像が強調されること,周波数応答をフーリェ変換する従来の方法と比較して約15dBのS/N向上が得られること,など本方式の利点が確認できた.次に,本方式を用いた断層像計測法を検討した. 1組の送信・受信超音波振動子を機械的に走査して周波数微分ホログラムマトリクスを計測する場合を想定して,計算機シミュレーションを行った.32個の素子をもつ擬似アレーと32個のステップ搬送波周波数を用いて周波数微分ホログラムマトリクスを計測すれば, S/Nの良い断層像が得られることが分った.また, 2次の周波数微分ホログラムマトリクスを計測すれば,一様な再生像強度が得られることも分った.振動子から放射される超音波は球面波として伝搬するため,その振幅は距離に比例して減衰する.このため,通常のホログラフィーでは近傍の標的は明瞭に再生されるが,遠方の標的はS/Nが劣化する.しかし,複索振幅の周波数微分は距離に比例する因子をもつので,遠方の標的像は強調され,逆に近傍の標的像は抑圧される.この事実に着目して,申靖者は周波数微分ホログラムマトリクスによる新しい超音波映像法を考案した.周波数微分ホログラムマトリクスを計測するためには,正弦波変調された搬送波を送信し,受信側では位相検波した後,正弦波変調信号で同期検波する必要がある.そのような送信・受信回路を製作し,コンピュータ制御の下で周波数微分ホログラムマトリクスを計測するシステムを試作した.次に256個の搬送周波数に対して周波数微分ホログラムマトリクスを実測し,そのデータをフーリエ変換して標的の距離を計測する1次元の映像実験を行った.その結果,送受信間の不要な直接結合の影響が除去できること,伝搬損失の補正効果があり遠方の標的像が強調されること,周波数応答をフーリェ変換する従来の方法と比較して約15dBのS/N向上が得られること,など本方式の利点が確認できた.次に,本方式を用いた断層像計測法を検討した. 1組の送信・受信超音波振動子を機械的に走査して周波数微分ホログラムマトリクスを計測する場合を想定して,計算機シミュレーションを行った.32個の素子をもつ擬似アレーと32個のステップ搬送波周波数を用いて周波数微分ホログラムマトリクスを計測すれば, S/Nの良い断層像が得られることが分った.また, 2次の周波数微分ホログラムマトリクスを計測すれば,一様な再生像強度が得られることも分った.コンピュータ制御による超音波実験システムを以下により実現した。(1).ハードウェアの開発、周波数微分ホログラムマトリクスではFM変調波を送信する。そこでFM/AM標準信号発生器の出力を周波数変換する回路を開発して、送信系を構成していた。本方式の受信系は、キャリアーを位相検波し、サイドバンドを同期検波する。このため、位相検波器、同期検波器を製作し、これらをAD変換器と組み合せて受信系ハードウェアを構成した。(2).制御及び信号処理ソフトウェアーの開発上記FM/AM標準信号発生器及びAD変換器を制御するプログラムをBASIC言語を用いて開発した。また、測定した受信信号をディジタル処理し、その結果をグラフィクディスプレイするためのプログラムを開発した。2.1次元の映像実験研究の第1段階として、1次元の映像実験を行った。これは、送受波器から標的までの距離を測定するものである。1MHZ帯で256個の周波数を用いて、周波数微分ホログラムマトリクスを測定し、これをディジタル処理して標的の位置を求めた。実験結果から、送受波器間の不要なリーク信号が40dB以上抑圧できることが分かり、本方式の利点を確認することが出来た。また、理論的に予測されるのと同じ距離分解能が得られることが実験により確認できた。3.本方式の可能性を示唆した光ファイバーに関する論文が学会誌に採録された。
マルチマイクロプローブ電位差法によるその場損傷評価法および寿命予測法の開発

ほぼ本年度の研究計画通りに研究が進められ,昨年度に引続き高い温度域(923K)でのSUS316L鋼製中実および中空丸棒試験片の低サイクル疲労ならびに中実丸棒のクリープ損傷過程に本研究で開発した方法を適用し,開発したマルチマイクロプローブ電位差法による新しい劣化・損傷のその場非破壊検出・評価法を適用し,その適用可能性を示すとともに,各温度域・各損傷形態における破壊機構の相違を明らかにした.(1)中実および中空丸棒試験片の高温低サイクル疲労損傷過程の相違を明らかにした.中空丸棒試験片では,丸棒の内外両表面が高温環境に暴露されたにも関わらず,中実よりも発生するき裂の数が少なかった.そのため,電位差の変動係数(σV)の疲労寿命比(N/Nf)に対する変化(σV-N/Nf関係)は,中空の方が中実よりも小さかった.その結果,σV-N/Nf関係の折曲り点が高寿命比側に現れ,中実に比べて予測能が低下した.(2)中実試験片のクリープ損傷過程の試験温度による損傷・破壊機構の相違を明らかにし,この破壊機構の相違により寿命予測法に影響が出ることが明らかとなった.すなわち,低温(873K)のクリープでは,微小き裂の発生が少なく,くびれによる断面積の減少によって破壊が生じることが多く,少数派の大きなき裂によるばらつきはあまり大きくならないため,くびれ部における電位差の減少,すなわち,電位差の平均μVの増加が顕著となるため,μV-N/Nf関係の折曲り点が0.9Nfにより明瞭に現れ,σV-N/Nfではなく,μV-N/Nf関係により寿命予測が可能となった.これに反して,高温(948K)クリープでは,くびれ部を含む試験片全体でき裂の発生数が多くなり,少数派の大きなき裂も現れるため,寿命後期でσV,μVのどちらも急激に増加するため,σV-N/Nf,μV-N/Nf,どちらの関係を使っても寿命予測は可能となった.(1)マルチマイクロプローブによる新しい電位差法を開発し,微小分布き裂による高温低サイクル疲労劣化・損傷過程を明らかにした.SUS316Lの高温低サイクル疲労中断試験を行い,疲労の各段階における微小分布き裂の表面長,深さの統計的分布を明らかにし,SUS316Lの高温低サイクル疲労破壊は,微小分布き裂の発生・成長・合体によるき裂の急速成長により起こることを明らかにした.また,3次元FEM定常電流解析によるマルチマイクロプローブ直流電位差法による非破壊検査のシミュレーションを行った.その結果,高温低サイクル試験で測定される寿命後期の電位差の急激な上昇は,寿命後期における微小分布き裂同士の合体によって急速に成長するき裂によるものであることが明らかとなった.(2)分布微小き裂による高温低サイクル疲労の寿命予測法の開発中断試験によって得られた疲労過程の各段階におけるマルチマイクロプローブの正規化電位差V/V0(未損傷材の電位の平均値V0で正規化)の平均値は1に近い一定値をとったが,そのばらつき(標準偏差σV)は寿命後期で急激に増加した.また,負荷ひずみ幅に関わらず,σVと寿命比N/Nf(N:繰返し数,Nf:破断繰返し数)の関係は一本の曲線で表すことができ,その曲線の急激な上昇の開始点は,ほぼ寿命比N/Nf=0.9となることが明らかとなった.この曲線を使えば10%の疲労余寿命予測が可能となることを示した.(3) SUS316L鋼および316FR鋼のクリープ余寿命予測への適用可能性の検討当初のSUS316L鋼に加えて,316FR鋼のクリープにおける余寿命評価に対して本法の適用可能性を検討した.その結果,両材料のクリープとも,分布微小き裂は多数発生するが,延性的な変形が支配的になるため,き裂は大きく成長せず,本研究で開発した余寿命予測法の有効性は限定的であることが明らかとなった.当初の予定通り,本年度の研究計画を遅滞なく遂行できたほか,同温度域・同材のクリープにも本法を適用し,本法の適用可能性を検討するとともに,高温低サイクル疲労とクリープにおける破壊機構の相違を明らかにできたため.また,FEM定常電流解析については,当初計画では2次元モデルによる解析を予定していたが,き裂周りの電流の挙動等がより現実に近い3次元モデルを用いた解析に変更し,シミュレーション解析の高精度化を図ったことも当初の計画以上の成果である.さらに,当初計画していた材料に加えて,316FR鋼のクリープにおける余寿命評価に対して本法の適用可能性も検討し,本研究で開発した新しい直流電位差法がSUS316Lばかりではなく,他のオーステナイト系ステンレス鋼の高温低サイクル疲労に適用可能であることを示した.他方,クリープ破壊の余寿命予測については,本研究で開発した方法の有効性は限定的であることを指摘し,本法の適用範囲とその限界を明らかにするとともに,オーステナイト系ステンレス鋼の高温低サイクル疲労とクリープの破壊機構の違いを明らかにした.以上の成果も当初の計画以上の成果である.本年度の研究計画通りに研究が進められ,昨年度より高い温度域での中実および中空丸棒試験片の低サイクル疲労ならびにクリープ損傷過程にも本研究で開発した方法を適用し,本法の適用可能性を示すとともに,各温度域・各損傷携帯における破壊機構の相違を明らかにした.

(1)マルチマイクロプローブ電位差法による新しい劣化・損傷のその場非破壊検出・評価法を開発し,前年度とは異なる形状の丸棒試験片および劣化・損傷過程への適用可能性を明らかにした.すなわち,前年度より高温の環境温度(923K),中空丸棒試験片という異なる形状の丸棒試験片および疲労とは異なるクリープ損傷過程への非破壊検出・評価法の対象を広げて,本研究で開発した方法の有効性を検証し,本法の有効性とその適用範囲を明らかにした.(2)高温低サイクル疲労損傷過程およびクリープ損傷過程の進展メカニズムを明らかにした.すなわち,環境温度を923Kに上げ,この温度域での中実丸棒試験片の疲労損傷メカニズムを解明した.また,周辺環境および内部環境の影響を同時に受ける中空丸棒試験片の低サイクル疲労への本法の適用可能性を明らかにするとともに損傷メカニズムを明らかにした.さらに,クリープ損傷過程への本法の適用可能性を明らかにするとともに,873Kおよび923Kでのクリープ損傷進展メカニズムを明らかにした.(3)高温低サイクル疲労およびクリープ寿命予測法を開発した.すなわち,環境温度を923Kに上げ,この温度域で,本研究で開発した低サイクル疲労の寿命予測法の有効性を明らかにした.また,中空丸棒試験片の低サイクル疲労およびクリープに対する寿命予測法の有効性を明らかにした.当初予定していた,マルチ・マイクロプローブのフェイズド・アレイ化は本研究で借用している装置の開発元企業(電子磁気工業株式会社)に提案したところ,開発元企業の計画上今年度は難しいと判断された.また,交流電位差法への変更は,深さ方向のき裂検出能を評価した結果,交流電位差法は現在の直流電位差法と比較して性能低下が予想されたため断念した.その他の課題については,本年度の研究計画を遅滞なく遂行できたほか,昨年度より高い温度域での中実および中空丸棒試験片の低サイクル疲労ならびにクリープ損傷過程にも本法を適用し,本法の適用可能性を検討するとともに,各温度域・各損傷携帯における破壊機構の相違を明らかにできたため.ほぼ本年度の研究計画通りに研究が進められ,昨年度に引続き高い温度域(923K)でのSUS316L鋼製中実および中空丸棒試験片の低サイクル疲労ならびに中実丸棒のクリープ損傷過程に本研究で開発した方法を適用し,開発したマルチマイクロプローブ電位差法による新しい劣化・損傷のその場非破壊検出・評価法を適用し,その適用可能性を示すとともに,各温度域・各損傷形態における破壊機構の相違を明らかにした.(1)中実および中空丸棒試験片の高温低サイクル疲労損傷過程の相違を明らかにした.中空丸棒試験片では,丸棒の内外両表面が高温環境に暴露されたにも関わらず,中実よりも発生するき裂の数が少なかった.そのため,電位差の変動係数(σV)の疲労寿命比(N/Nf)に対する変化(σV-N/Nf関係)は,中空の方が中実よりも小さかった.その結果,σV-N/Nf関係の折曲り点が高寿命比側に現れ,中実に比べて予測能が低下した.(2)中実試験片のクリープ損傷過程の試験温度による損傷・破壊機構の相違を明らかにし,この破壊機構の相違により寿命予測法に影響が出ることが明らかとなった.すなわち,低温(873K)のクリープでは,微小き裂の発生が少なく,くびれによる断面積の減少によって破壊が生じることが多く,少数派の大きなき裂によるばらつきはあまり大きくならないため,くびれ部における電位差の減少,すなわち,電位差の平均μVの増加が顕著となるため,μV-N/Nf関係の折曲り点が0.9Nfにより明瞭に現れ,σV-N/Nfではなく,μV-N/Nf関係により寿命予測が可能となった.
旅日華僑におけるアイデンティティとナショナリズム

今年度は、旅日華僑におけるアイデンティティとナショナリズムの関係について理論的に捉える論文を3本発表した。まず、旅日華僑のアイデンティティの問題を、1990年代以降の日中間におけるナショナリズムの論議との関係で考察する論文「トランスナショナリズムの逆説-誰が中国ナショナリズムを構築しているのか」(青木保・姜尚中他編『アジア新世紀7パワー』)を発表した。次いで、この論文においてもキー概念となった「トランスナショナリズム」概念が使用される文脈が用いられている複数の政治的文脈を理論的に整理しつつ、さらに「トランスナショナリズム」と1990年代以降の海外中国人主体との関係について論じた論文「トランスナショナリズムの論理と中国人主体」(比較文明学会学会誌『比較文明19』)を発表した。また、旅日華僑をはじめとするエスニシティ研究への問題提起として「ポストコロニアリズムと社会学」(『子犬に語る社会学入門』)という論文を書いた。また、旅日華僑におけるアイデンティティとナショナリズムに関する実証的な研究として、フィールドワークに力を入れた。具体的には、2003年6月に福岡市東区で起きた、中国人留学生3人が逮捕された一家4人殺人事件をめぐる諸アクターの対応について調査するため、2003年11月以降、3回計1ヶ月にわたって福岡を訪れ、フィールドワークを行った。特に、事件の影響から中国人留学生に対する社会的排除が強まっている現状を中心に、日本人のレイシズムと旅日華僑のアイデンティティ問題との関連を明らかにするために、福岡都市圏在住の100人近くの関係者に聞き取り調査を行った。今年度は、特別研究員奨励金による資料収集活動をもとに、旅日華僑と日本人とのあいだで問題となるナショナリズムやアイデンティティ政治の問題を、90年代以降の日中間のナショナリズムに関する議論との関係において位置づける理論研究を主に行った。また、これと並行し、旅日華僑のエスニック・メディアに関する調査も行った。エスニック・メディアに現れるような旅日華僑におけるナショナル・アイデンティティの語りを捉えるための前提として、近年における日中間におけるナショナリズムに関する言論状況の把捉が必要となる。こうした課題に取り組んだのが、「トランスナショナリズムの逆説-誰が中国ナショナリズムを構築しているのか」(青木保・姜尚中・他編『アジア新世紀(7)パワー』所収、2003年5月刊行、岩波書店、入稿済)という論文である。そこでは、90年代以降の日中間のナショナリズム現象をトランスナショナルな社会空間の形成という観点から分析すると同時に、国境を越えた言説空間におけるナショナリズム現象(トランスナショナリズム)に関する問題提起を行い、本研究全体を貫く理論的立場の位置づけを明らかにした。こうした理論的立場に基づき、旅日華僑とトランスナショナルな言説空間との関係について研究成果をまとめつつある。また、日中間のトランスナショナルな言説空間におけるナショナリズム現象の事例分析として「南京大虐殺論争」(高橋哲哉・編『<歴史認識>論争』所収、2002年刊行、作品社)を書いた。こうした理論研究と並行し、来年度中の成果発表を目指し、旅日華僑に関するエスニック・メディア及び日本のメディア報道についての調査を継続している。
食品起源の生理活性脂質を対象とした超臨界分離濃縮技術の開発

中鎖飽和脂肪酸は、吸収および代謝速度が速くまた血中コレステロールおよび中世脂肪レベルを上昇させないため、優れた経口栄養剤として利用されているが、近年小腸上皮細胞のタイトジャンクションを開ける働きがあることが明らかにされ、共存する食品成分の吸収を促進する効果が注目されている。本研究では、中鎖飽和脂肪酸としてオクタン酸を選び超臨界二酸化炭素中での膜分離濃縮法について検討した。超臨界二酸化炭素中において分子量200程度の溶質を充分阻止しうる膜は未だに得られていないため、ゾル-ゲル法により多孔性シリカ薄膜(平均細孔径3.3nm)を作製した。これを、超臨界二酸化炭素中での膜分離に用いたところ、カフェインについては高い阻止率が得られたもののオクタン酸については阻止率が負という結果となった。シリカとの相互作用ポテンシャルの観点から溶質の透過性について検討した結果、分子力場法により得られた相互作用ポテンシャルから吸着量が大きく脱着速度が遅いと考えられたカフェインの場合には、阻止率が正となり、溶質が細孔内に吸着して細孔を閉塞させた結果分子ふるい効果が現れたものと考えられた。吸着量が大きく脱着速度の速いオクタン酸の場合には細孔内に吸着・充填した溶質が溶媒の流れにより透過側に押し出されたため阻止率が負となった、と考えられた。次に、パ-ベ-パレーションで応用が検討されているゼオライト膜を用いて超臨界二酸化炭素からカフェインの分離を試みた。Dubinin-Astakhov解析からナノメーター以下の細孔を有すると推定されたY型ゼオライト膜を用いた場合、オクタン酸、カフェイン共高い阻止率が得られ、ゼオライト膜が超臨界二酸化炭素中での膜分離濃縮に有効であることが示された。中鎖飽和脂肪酸は、吸収および代謝速度が速くまた血中コレステロールおよび中性脂肪レベルを上昇させないため、優れた経口栄養剤として利用されているが、近年小腸上皮細胞のタイトジャンクションを開ける働きがあることが明らかにされ、共存する食品成分の吸収を促進する効果が注目されている。シリカとの相互作用ポテンシャルの観点から溶質の透過牲について検討した結果、分子力場法により得られた相互作用ポテンシャルから吸着量が大きく脱着速度が遅いと考えられたカフェインの場合には、阻止率が正となり、溶質が細孔内に吸着して細孔を閉塞させた結果分子ふるい効果が現れたものと考えられた。
高磁場動的核分極固体NMRの生体系応用法の開発

これまで私たちは高磁場動的核分極法によるNMRの高感度化装置の開発を行って来た。この方法で, 14.1Tの高磁場(1H-NMR共鳴周波数600MHz)で,有機物について通常法に比べ約500倍の固体NMR感度向上を実現した。この方法では,電子スピンを安定ラジカルとして試料に加え,約30Kの温度で電子スピン遷移を飽和させる高出力テラヘルツ波を照射する。この装置は,最高磁場で動的核分極法を実現したこと,最低温度でマジック角試料回転を行ったこと,テラヘルツ波の周波数可変性を導入したなど,動的核分極について多くの世界初の記録を持つ。この装置の試作装置がほぼ完成したことにより,本研究では,これを蛋白質などの構造解析に用いるための方法論を開発する。これが当初の目的であった。この方法の応用として,平成24年度は光励起ラジカルを用いて,動的核分極法を行う実験を行った。この方法では,サブミリ波の代わりに可視レーザー光を用い,実験は容易になる。実験では,色素としてフラビンを用いてアミノ酸のNMR感度向上を試みた。まず,溶液中ではこの実験により感度が10倍向上することを確認した。固体中では,極低温でのみこの効果が確認できた。これは,光励起により三重項スピンが励起され,核スピンの縦緩和が促進さえたことによると考えられた。この実験を再現性よく行うためのガラスマトリックスの組成を検討して,グリセロールがすぐれていることも確認した。この効果は,極低温で脱気したとき顕著に観測された。これにより,高い分解能を持つマジック角試料回転固体NMRンにより電子スピン励起状態を詳細に検討できることが分かった。この時,透明なロータにサンプルを入れて測定した。この方法では,観測時には光照射をオフにすることで常磁性緩和による線幅の増加はなく,常磁性緩和による実験くり返し速度の向上を計ることができ有用であることが分かった。実験試料の化学合成など調製法や、極低温試料回転実験を行う装置について、ほぼ確立することができた。現在は、発見した、光による核スピン緩和促進効果の総括実験を行って,得られた結果をまとめている。発見したのは,固体でのCIDNPつまり光による核磁化増大ではなく,光による核スピン緩和促進効果であった。この効果は報告例がなく,今後,緩和促進による感度増大や電子スピンの定量的なNMR観測に結びつけられる。残りの研究期間で,この特異な効果の原因と利用法を論文としてまとめる予定である。この方法で、14.1Tの高磁場(1H-NMR共鳴周波数600MHz)で、有機物について通常法に比べ約500倍の固体NMR感度向上を実現した。この方法では、電子スピンを安定ラジカルとして試料に加え、約30Kの温度で電子スピン遷移を飽和させる高出力テラヘルツ波を照射する。この装置は、最高磁場で動的核分極法を実現したこと、最低温度でマジック角試料回転を行ったこと、テラヘルツ波の周波数可変性を導入したなど、動的核分極について多くの世界初の記録を持つ。この装置の試作装置がほぼ完成したことにより、本研究では、これを蛋白質などの構造解析に用いるための方法論を開発する。これによりNMR感度の制約から、適用できなかった分子量10万以上の蛋白質の構造解析が可能になる。この方法の応用として、平成23年度は光励起ラジカルを用いて、動的核分極法を行う実験を行った。この方法では、サブミリ波の代わりに可視レーザー光を用い、実験は容易になる。実験では、色素としてフラビンを用いてアミノ酸のNMR感度向上を試みた。まず、溶液中ではこの実験により感度が10倍向上することを確認した。固体中では、極低温でのみこの効果が確認できた。この実験を再現性よく行うためのガラスマトリックスの組成を検討して、グリセロールがすぐれていることも確認した。本年は温度90Kで容易にこの実験を行うマジック角高速試料回転NMR検出系を開発して実験結果を得た。これより、色素分子とアミノ酸分子の距離が重要であると考えられた。この方法で,14.ITの高磁場(1H-N甑共鳴周波数600MHz)で,有機物について通常法に比べ約500倍の固体NMR感度向上を実現した。

固体中では,極低温でのみこの効果が確認できた。これは,光励起により三重項スピンが励起され,核スピンの縦緩和が促進さえたことによると考えられた。この実験を再現性よく行うためのガラスマトリックスの組成を検討して,グリセロールがすぐれていることも確認した。この効果は,極低温で脱気したとき顕著に観測された。これにより,高い分解能を持つマジック角試料回転固体NMRンにより電子スピン励起状態を詳細に検討できることが分かった。この方法では,観測時には光照射をオフにすることで常磁性緩和による線幅の増加はなく,常磁性緩和による実験くり返し速度の向上を計ることができ有用であることが分かった。これまで私たちは高磁場動的核分極法によるNMRの高感度化装置の開発を行って来た。この方法で, 14.1Tの高磁場(1H-NMR共鳴周波数600MHz)で,有機物について通常法に比べ約500倍の固体NMR感度向上を実現した。この方法では,電子スピンを安定ラジカルとして試料に加え,約30Kの温度で電子スピン遷移を飽和させる高出力テラヘルツ波を照射する。この装置は,最高磁場で動的核分極法を実現したこと,最低温度でマジック角試料回転を行ったこと,テラヘルツ波の周波数可変性を導入したなど,動的核分極について多くの世界初の記録を持つ。この装置の試作装置がほぼ完成したことにより,本研究では,これを蛋白質などの構造解析に用いるための方法論を開発する。これが当初の目的であった。この方法の応用として,平成24年度は光励起ラジカルを用いて,動的核分極法を行う実験を行った。この方法では,サブミリ波の代わりに可視レーザー光を用い,実験は容易になる。実験では,色素としてフラビンを用いてアミノ酸のNMR感度向上を試みた。まず,溶液中ではこの実験により感度が10倍向上することを確認した。この時,透明なロータにサンプルを入れて測定した。実験試料の化学合成など調製法や、極低温試料回転実験を行う装置についてついて、ほぼ確立することができ、今後、新しい実験を行う目処が付いたから。実験試料の化学合成など調製法や、極低温試料回転実験を行う装置について、ほぼ確立することができた。現在は、発見した、光による核スピン緩和促進効果の総括実験を行っている。現在は、発見した、光による核スピン緩和促進効果の総括実験を行って,得られた結果をまとめている。これより、色素分子とアミノ酸分子の距離が重要であると考えられる実験結果を得た。
研究資源価値向上を目的とする標本情報の復元におけるアーカイブの役割に関する研究

本研究は、博物館に所蔵されている古い標本を現在活発に行われている遺伝的多様性解明などの研究にも有効利用できるようにするために、社会から求められる標本情報を復元し、研究資源としての価値向上を目指す。その材料として、採集や利用に関与した研究者が残したアーカイブを活用し、北海道大学・植物園に所蔵される古い標本に現在付属していないようにみえる情報も様々な形で利用できる可能性を示し、博物館におけるアーカイブの保存活用の重要性を示すことを最終的な目的とする。
2次元フォトニック結晶を用いた超小型光合分波デバイスに関する研究

本年度の研究では、2次元フォトニック結晶の材料特性を動的に制御することによる新たな機能の付加に関する検討を行った。材料特性の動的制御により、共振器の共振周波数や導波路の導波帯域の動的変化、共振器への高効率の光閉じ込めの実現、光の周波数の動的変化などが期待できる。今回着目したのは、線欠陥導波路と点欠陥共振器からなる超小型光合分波デバイス中の高Q値光共振器に超短パルス光を導入することである。高Q値光共振器はナノ秒近い光子寿命をもち、長時間光信号を閉じ込めることが可能であり、光バッファメモリなどへの展開が期待できる。ただし、このとき超短パルス光と共振器の間で周波数幅の不整合が生じるため、パルスの共振器への導入効率が非常に小さくなる。この問題を解決するための手法として、導波路と共振器の結合の強さを表す面内Q値を時間的に変化させるという手法を提案し、モード結合理論による数値解析によりこの手法が有効であることを示した。次に、このようなパルス閉じ込めのための面内Q値の現実的な制御手法について検討した。今回提案する系は導波路・共振器と完全反射鏡からなる構造である。フォトニック結晶では、完全反射鏡はヘテロ界面を利用することにより容易に実現できる。この構造では、共振器からの直接漏れ光と、反射鏡を経由する漏れ光の干渉により面内Q値が決定される。またその大きさは反射光の位相を制御することにより容易に変化可能であり、位相の制御は導波路部分の屈折率を変え伝播定数を制御することにより実現できる。この系において、モード結合理論や時間領域差分(FDTD)法による数値解析を行った結果、90%という高い効率で長短パルス光を共振器に導入可能となることが明らかとなった。さらにこのような機能を実験的に実現することに取り組んでおり、面内Q値を時間的に制御することを実験的に示しつつある。本研究では、2次元フォトニック結晶スラブ中に導入した線欠陥導波路と点欠陥共振器を組み合わせることにより実現した2次元フォトニック結晶光合分波デバイスに関する検討を理論解析を中心に行っている。本デバイスでは、理論的には導波路において無損失伝播が期待でき、また点欠陥においてもフォトニック結晶面内方向への損失が存在しないことが知られているが、一方で実際に作製されたデバイスにおいては、例えば導波路に関しては数dB/mm程度の損失が存在することが知られている。そこで、本年度は、実デバイスを作製する際に生じうる構造揺らぎについて、3次元時間領域差分法(FDTD法)を利用した電磁界解析により検討を行った。フォトニック結晶スラブ構造の上下非対称性に着目して検討を行った結果、構造揺らぎにより構造が上下非対称になる場合、モードの対称性が崩れることによりフォトニック結晶導波路や点欠陥中に存在するTE-likeモードの成分が、フォトニック結晶中を伝播可能なTM-likeスラブモードに結合するという損失機構が明らかになった。これにより、導波路に関しては導波損失、点欠陥共振器の場合にはQ値の低下が生じる。また、導波路に関しては、波数の整合条件を満足するTM-likeスラブモードの存在しない帯域を利用することにより、上下非対称構造の影響を受けないことが明らかになった。また、この損失機構に関連し、フォトニック結晶スラブの片側が誘電体クラッドで支えられている片側誘電体クラッド構造に関する検討を行った。この結果、本構造が上下非対称性を示すため、構造揺らぎによる上下非対称構造の場合と同様、TE-TM結合による導波損失が存在することが明らかになった。本年度は、2次元フォトニック結晶超小型光合分波デバイスの点欠陥共振器について詳細な検討を行った。特に、共振器の設計において3次元加工を導入することの提案を行い、理論・実験の両面から検討を行った。まず、3次元FDTD法を利用した理論解析を行い、最適な欠陥形状の探索を行った。その結果、共振器に微小な浅孔を導入する、あるいは誘電体を堆積することにより、共振器から自由空間へ放射される光のパターンが変化することが明らかになった。特に、適切な加工を行うことによりパターンが単峰になることが明らかになった。このようなパターンは、レンズや光ファイバなどの外部光学系との結合効率を向上させる上で有益である。次に、共振器への3次元加工プロセスに関する検討を行った。本研究では集束イオンビーム(FIB)加工機の利用を提案した。本装置は集束したガリウムイオンを試料に照射することで直接微細加工を施すことのできる装置である。ただし、本装置をフォトニック結晶のような光学材料に適用する場合、照射ガリウムの残留による光吸収が生じる。詳細な検討の結果、この光吸収は真空中で高温加熱する事により除去可能であることを見出した。以上の結果を利用し、FIBを利用して3次元加工を施した2次元フォトニック結晶を作製し、そのパターンの実験的な評価を行った。その結果、3次元加工を施さない試料では双峰性のパターンが得られたのに対し、3次元加工を施した試料では単峰性のパターンが得られた。

今回着目したのは、線欠陥導波路と点欠陥共振器からなる超小型光合分波デバイス中の高Q値光共振器に超短パルス光を導入することである。高Q値光共振器はナノ秒近い光子寿命をもち、長時間光信号を閉じ込めることが可能であり、光バッファメモリなどへの展開が期待できる。ただし、このとき超短パルス光と共振器の間で周波数幅の不整合が生じるため、パルスの共振器への導入効率が非常に小さくなる。この問題を解決するための手法として、導波路と共振器の結合の強さを表す面内Q値を時間的に変化させるという手法を提案し、モード結合理論による数値解析によりこの手法が有効であることを示した。次に、このようなパルス閉じ込めのための面内Q値の現実的な制御手法について検討した。今回提案する系は導波路・共振器と完全反射鏡からなる構造である。フォトニック結晶では、完全反射鏡はヘテロ界面を利用することにより容易に実現できる。この構造では、共振器からの直接漏れ光と、反射鏡を経由する漏れ光の干渉により面内Q値が決定される。またその大きさは反射光の位相を制御することにより容易に変化可能であり、位相の制御は導波路部分の屈折率を変え伝播定数を制御することにより実現できる。この系において、モード結合理論や時間領域差分(FDTD)法による数値解析を行った結果、90%という高い効率で長短パルス光を共振器に導入可能となることが明らかとなった。さらにこのような機能を実験的に実現することに取り組んでおり、面内Q値を時間的に制御することを実験的に示しつつある。
半導体量子閉込め状態の波動関数と質量の実験的定量化(光素子設計理論)

過去2年間本研究では、InGaAs/InAlAs量子井戸構造半導体の「光電流スペクトル」と「サイクロトロン共鳴」を用いた実験の解析により、InGaAs伝導帯のバンド構造が有する「ノンパラボリシティー」が電子質量増加の原因と特定できた。井戸面に垂直方向ではバンド端から約0.5eVまで高いところまでの質量が決定できた。井戸面に垂直に電界がかかる場合の電子正孔の「エネルギー固有値に対するStark効果」も定量的に解析できた。「光電流、光透過スペクトルの測定」にはアンドープおよび変調ドープ試料を使用した。「サイクロトロン共鳴」には変調ドープ試料を用いた。解析結果から「Kaneの3準位バンド理論」との定量的な一致がみられ、「バンドの固有パラメーター」Epの値が決定された。これにより、室温から液体ヘリウム冷却までの低温の範囲において、光通信用レーザーに応用される該半導体の光遷移エネルギーが10meV程度の誤差の範囲でコンピューター上で設計できるようになった。井戸面に垂直に電場がかかったケースについて、アンドープInGaAs/InAlAs構造を含むP-i-n素子の光電流応答スペクトルを解析した。Stark効果解析は、コンピューター上で有効質量方程式をとき固有値と吸収係数を計算した。実験と定量的な一致をみた。これから使用した「井戸内の波動関数」が間接的に正しいと結論された。変調ドープ試料については「エネルギー固有値と井戸面に垂直方向の質量」を決定し、アンドープサンプルと値がほぼ変わらないことが結論できた。電子が井戸面内を運動する時の面内質量の測定はサイクロトロン共鳴によらなければならない。物性研究所との共同研究により、Landau量子化エネルギー対磁場曲線を知るため、レーザー光源の波長を種々変えて磁場掃引で共鳴磁場を測定した。20-120meVの範囲でエネルギー対磁場の曲線がサブリニアに変化し、変化が「Kaneの3準位バンド理論」に一致した。これからも質量変化がバンドの「ノンパラボリシティー」によるものと証明できた。この1年間、InGaAs/InAlAs量子井戸構造について、理論解析上のよい研究成果があった。過去の実験事実として、InGaAs/InP量子井戸構造では伝導帯のバンドオフセットΔEcが0.22eVと浅く、「質量が電子のエネルギー増加とともにおもくなる」原因は井戸(InGaAs)から電子がトンネルして障壁材料(InAlAs)にしみだす「波動関数しみだし」と報告されている。本研究では、ΔEcが0.52eVのInGaAs/InAlAs量子井戸構造を用いた実験で、InGaAsのバンド構造が有するバンドのノンパラボリシティーが質量の増加原因と特定できた。また、狭い禁制帯幅をもつ単結晶バンド理論が17-34モノレーヤー厚さの「ナノメートル量子井戸にも適用可能である」と結論できた。井戸幅のことなる5,10,20nm量子井戸について定量的に理論実験が一致する。(1)磁場なしの量子井戸のエネルギー固有値のすべてを、狭ギャップ半導体のバンド理論から導出でき、絶対値において理論実験が一致する。(2)磁場なしの量子井戸面に垂直な質量を定義し、絶対値が理論実験において一致する。(3)強磁場下サイクロトロンエネルギーの磁場依存性につき、広い磁場範囲で理論実験が一致する。(4)磁場ありの量子井戸面に平行な質量(サイクロトロン)質量を定義し、理論から質量の実験値を定量的に抽出できた。さらにΔEcが1.7eVのInGaAs/AlAsSb

量子井戸構造について、物性研究所の協力でサイクロトロン共鳴実験までが完了している。過去2年間本研究では、InGaAs/InAlAs量子井戸構造半導体の「光電流スペクトル」と「サイクロトロン共鳴」を用いた実験の解析により、InGaAs伝導帯のバンド構造が有する「ノンパラボリシティー」が電子質量増加の原因と特定できた。井戸面に垂直方向ではバンド端から約0.5eVまで高いところまでの質量が決定できた。井戸面に垂直に電界がかかる場合の電子正孔の「エネルギー固有値に対するStark効果」も定量的に解析できた。「光電流、光透過スペクトルの測定」にはアンドープおよび変調ドープ試料を使用した。「サイクロトロン共鳴」には変調ドープ試料を用いた。解析結果から「Kaneの3準位バンド理論」との定量的な一致がみられ、「バンドの固有パラメーター」Epの値が決定された。これにより、室温から液体ヘリウム冷却までの低温の範囲において、光通信用レーザーに応用される該半導体の光遷移エネルギーが10meV程度の誤差の範囲でコンピューター上で設計できるようになった。井戸面に垂直に電場がかかったケースについて、アンドープInGaAs/InAlAs構造を含むp-i-n素子の光電流応答スペクトルを解析した。Stark効果解析は、コンピューター上で有効質量方程式をとき固有値と吸収係数を計算した。実験と定量的な一致をみた。これから使用した「井戸内の波動関数」が間接的に正しいと結論された。変調ドープ試料については「エネルギー固有値と井戸面に垂直方向の質量」を決定し、アンドープサンプルと値がほぼ変わらないことが結論できた。電子が井戸面内を運動する時の面内質量の測定はサイクロトロン共鳴によらなければならない。物性研究所との共同研究により、Landau量子化エネルギー対磁場曲線を知るため、レーザー光源の波長を種々変えて磁場掃引で共鳴磁場を測定した。20-120meVの範囲でエネルギー対磁場の曲線がサブリニアに変化し、変化が「Kaneの3準位バンド理論」に一致した。これからも質量変化がバンドの「ノンパラボリシティー」によるものと証明できた。
古代アメリカの比較文明論

本領域研究は従来の世界史研究で軽視されてきた古代アメリカの二大文明について、異なる分野の人文科学と自然科学の多様な研究者が集い、新たな視点や手法による共同研究を推進し、古代アメリカの比較文明論の新展開を達成できた。現代における過去の資源化をより確実なものにするためには、正確な編年に基づいて古代アメリカ文明の発展プロセスを明確にすることが不可欠である。その意味で、本研究は温故知新の言葉通り、現代の中南米諸国における歴史認識の刷新、古代アメリカ文明を資源とする芸術的創造、産業化、国民の文化的アイデンティティの形成、中南米の地域的アイデンティティの形成に寄与するものである。