hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
運動障害者の食事動作支援ロボットの開発

腕の自由がきかない運動障害者に対して介助が必要なもののひとつに食事がある.自分自身で食事ができない高齢者や運動障害者が食事を行う際には,介護者が本人の希望を聞いて,食べたいものを口元に運んで食べさせる.このように介護者が患者に食事を食べさせるには,患者ひとりに介護者ひとりがつきっきりとなる.また,患者の立場からは,介護者に食べたいものや分量を伝える必要があり,自分の思ったような食事はしにくい.そこで,患者が介護者の手助けを借りることなく食事を行なえることが望ましい.本研究では,患者自らの腕を用いて食事を行うことができる食事動作支援ロボットを開発した.食事動作支援ロボットはヒトの腕をアームが支えて食事を行わせるため,安全性を配慮して,運動障害者に食事動作支援装具が無理な力を加えることのないような制御法を提案した.また,食事動作支援ロボットを利用する際には,食事を摂る前に,スプーン先端位置と食事の皿の位置の相対関係を検知する必要がある.さらに,利用者が食べたい皿を注視することで意志を判定する眼電図を用いたヒトの意志抽出において,眼電図は利用者毎に,また同一の利用者でも利用者の状態によって波形がる異なるため,閾値を調整する必要がある.そこで,画像情報を用いて皿の中にあるスプーンですくうべき食事の位置および利用者の口の位置を検出する位置キャリブレーションのアルゴリズム開発と,眼電図の閾値を調整する眼電図キャリブレーションの自動化アルゴリズムの開発を行った.腕の自由がきかない運動障害者に対して介助が必要なもののひとつに食事がある.自分自身で食事ができない高齢者や運動障害者が食事を行う際には,介護者が本人の希望を聞いて,食べたいものを口元に運んで食べさせる.このように介護者が患者に食事を食べさせるには,患者ひとりに介護者ひとりがつきっきりとなる.また,患者の立場からは,介護者に食べたいものや分量を伝える必要があり,自分の思ったような食事はしにくい.そこで,患者が介護者の手助けを借りることなく食事を行なえることが望ましい.本研究では,患者自らの腕を用いて食事を行うことができる食事動作支援ロボットを開発した.食事動作支援ロボットはヒトの腕をアームが支えて食事を行わせるため,安全性を配慮して,運動障害者に食事動作支援装具が無理な力を加えることのないような制御法を提案した.また,食事動作支援ロボットを利用する際には,食事を摂る前に,スプーン先端位置と食事の皿の位置の相対関係を検知する必要がある.さらに,利用者が食べたい皿を注視することで意志を判定する眼電図を用いたヒトの意志抽出において,眼電図は利用者毎に,また同一の利用者でも利用者の状態によって波形がる異なるため,閾値を調整する必要がある.そこで,画像情報を用いて皿の中にあるスプーンですくうべき食事の位置および利用者の口の位置を検出する位置キャリブレーションのアルゴリズム開発と,眼電図の閾値を調整する眼電図キャリブレーションの自動化アルゴリズムの開発を行った.自分自身で食事ができない高齢者や運動障害者が食事を行う際には,介護者が本人の希望を聞いて,食べたいものを口元に運んで食べさせる.このように介護者が患者に食事を食べさせるには,患者ひとりに介護者ひとりがつきっきりとなる.また,患者の立場からは,介護者に食べたいものや分量を伝える必要があり,自分の思ったような食事はしにくい.そこで,患者が介護者の手助けを借りることなく食事を行なえることが望ましい.本研究では,患者自らの腕を用いて食事を行うことができる食事動作支援ロボットを開発する.本年度の食事動作支援ロボットの開発に関する研究成果は以下の3点である.1.食事動作支援ロボットの制御系食事動作支援ロボットはヒトの腕をアームが支えて食事を行わせるため,安全性を配慮して,運動障害者に食事動作支援装具が無理な力を加えることのないような制御法の開発を行った.2.食事動作支援ロボットの軌道生成食事動作支援ロボットが適切に食事をすくい取ることができるように,画像情報を用いて食事動作支援ロボットの動作目標位置を決定する方法を開発した.3.食事動作支援ロボットの機構の改良運動障害の程度によっては,食事をするためには手首の動作も支援する必要がある.そこで,手首の動きですくい取る動作を補助する回内回外補助装具を開発した.1.食事動作支援ロボットの意志抽出法と軌道生成との結合食事動作支援ロボットを利用する際に,どの皿に乗った食事を食べたいかのヒトの意志にしたがって,その皿の食事を適切にすくい取れるように,利用者の腕の動作を補助する必要がある.本年度は,平成17年度に開発を行った,食事動作支援ロボットが皿に乗っている食事をすくい取るための,画像情報を用いた動作目標位置決定法と,利用者が皿の位置を注視することによってどの皿の食事を食べたいかを判定する,眼電図を用いたヒトの意志抽出法とを組み合わせて,ヒトが食べたい皿の位置を注視するだけで,食事動作支援ロボットが,皿にある食事を適切にすくい取ることができるようにした.2.眼電図を用いたヒトの意志抽出法の改良利用者が食べたい皿を注視することで意志を判定する眼電図を用いたヒトの意志抽出において,利用者の意志と意志抽出結果の食い違いや,意志抽出後に食べたい皿の変更を可能とするため,意志抽出結果を画面に表示して,意志抽出結果と希望する皿の位置が異なる場合に,ブリンクにより意志抽出結果を取り消すアルゴリズムを追加した.このことで,利用者が望まない皿の食事を取ることを避けることができる.3,食事動作支援ロボットの制御法の改良

昨年度は,眼電図によるヒトの意志抽出と食事動作支援機構の制御器は,別々のパソコンを用いて,情報をAD/DA変換で伝達していた.ヒトの意志抽出と機構の制御は,共にリアルタイムで行う必要があるため,リアルタイムマルチタスクOSであるRT-Linuxのリアルタイムタスク2つを用いて,各々のタスクに意志抽出と機構の制御を行わせることで,眼電図によるヒトの意志抽出部と機構制御部を統一して,1台のパソコンで行えるようにした.このことで,2台のパソコン間のAD/DAを用いた情報伝達が不要となり,また,食事動作支援装置の軽量化が図れる食事動作支援ロボットを利用する際には、食事を摂る前に、スプーン先端位置と食事の皿の位置の相対関係を検知する必要がある。さらに、眼電図を用いてヒトの意志を抽出する際に、眼電図は利用者毎に、また同一の利用者でも利用者の状態によって波形がる異なるため、閾値を調整する必要がある。そこで、画像情報を用いて皿の中にあるスプーンですくうべき食事の位置および利用者の口の位置を検出する位置キャリブレーションのアルゴリズム開発と、眼電図の閾値を調整する眼電図キャリブレーションの自動化アルゴリズムの開発を行った。画像情報を用いた位置キャリブレーションのアルゴリズム開発においては、皿の中の食事の位置の検出と、利用者の口の位置の検出にそれぞれUSBカメラとWebカメラの2台のカメラを用い、皿の位置と口の位置の抽出には、参照する画像を入力画像に重ね合わせることで、対象とする領域が存在するかを調べるテンプレートマッチングを用いた。さらに、皿の中の食事の位置は、食事と皿との違いを色情報で識別し、食事位置の右上をスプーンですくうべき位置と判定した。眼電図キャリブレーションの自動化アルゴリズムでは、あらかじめ、複数の被験者で、皿の位置を判定する閾値を設定しておき、利用者が食事動作支援ロボットを利用するときに、指定された皿を注視し、眼電図により指定された皿が判定できるように、閾値を調整する。これを、指定された皿を正確に判定できるまで繰り返すことで、眼電図キャリブレーションの自動化を行った。開発した位置キャリブレーションと眼電図キャリブレーションにより、食事動作支援ロボットで利用者ごとに適切に食事動作を支援することが可能となる。
触媒的カスケード反応を利用する生理活性天然物の効率合成

新しいタイプの炭素-炭素結合形成反応が精力的に開発される中で,遷移金属触媒を利用する環境調和型の新規合成法が注目を集めている。とりわけ触媒的なカスケード反応の開発はワンポットで多様な官能基を有する多環状分子を立体選択的に合成可能であることから,最近多くのグループにより研究されている。本研究では,「ホモアリル-ホモアリルラジカル転位反応」と「ニッケル触媒を利用する還元的環化反応」のカスケード反応への展開と,その生理活性天然物合成への適用を検討した。(1)ホモアリル-ホモアリルラジカル転位反応を利用するセロフェンド酸AならびにBの不斉全合成セロフェンド酸AならびにBは,2002年にエーザイのグループによって牛の胎児の血清から単離構造決定された四環性のジテルペンである。構造上の特徴は,ビシクロ【2.2.2]オクタン環とトランスデカリン環とが融合している点で,スルホキシド部位を含めて9個の立体中心を持つ高度に官能基化した化合物である。詳細な作用機序の解明を行うためには,化学合成によるセロフェンド酸類の供給が必須であることから不斉全合成に着手した。その結果,セロフェンド酸類のCD環部に相当するビシクロ[2.2.2】オクタン骨格は,触媒的環化アルケニル化反応により得られるビシクロ【3.2.1】オクタン骨格にホモアリル-ホモアリルラジカル転位反応を適用することによりワンポットで合成することに成功した。さらにジエンならびにジエノフィル部を導入後,逆電子要請型分子内Diels-Alder反応を適用することによりセロフェンド酸の炭素基本骨格を構築した。最後にメタンチオールをD環部に導入してセロフェンド酸A及びBの不斉全合成を達成した。(2)ニッケル触媒を利用する還元的還化反応を利用するトリシクロ[7.2.1.0^<1.6>]ドデカンのワンポット合成電解還元を炭素-炭素結合形成反応に適用した報告はあるものの,カスケード反応までレベルアップさせた研究はこれまで殆んど行われていない。本研究では,ニッケル触媒を用いる定電位還元を利用し,シクロヘキセン誘導体からワンポットでビシクロ[2.2.1]ヘプタン骨格ならびにトリシクロ[7.2.1.0^<1.6>]ドデカン骨格を合成する方法論の開発に着手した。その結果,再現性良く目的の双環性及び三環性化合物が比較的よい収率で得られてくることが分かった。これまでラジカル種の発現には毒性の高いスズ化合物が用いられてきたことから,定電位還元を利用するラジカル環化反応はその代替法として期待される。近年、環境調和型の新しいタイプの触媒的な炭素-炭素結合形成反応の開発が精力的に行われている。とりわけ,遷移金属を触媒とする多様な連続反応の発展には目を見張るものがある。

しかしながら,電解還元を利用したカスケード反応の開発研究はあまり知られておらず,グリーンケミストリーの観点からも注目を集めている。本研究では,ニッケル触媒を用いた定電位還元を利用する多環状化合物のワンポット合成を検討した。自然界に存在する生理活性分子の中には,その基本骨格あるいは部分骨格としてビシクロ[2.2.1]ヘプタン環や,さらに6員環や7員環が融合した三環性分子が多数知られている。本年度は,これら炭素基本骨格を定電位還元を用いて効率よく合成する手法の開発に着手した。反応基質の設計ならびに有効な触媒の探索を種々行った結果,ビシクロ[2.2.1]ヘプタン骨格ならびにトリシクロ[6.2.1.0^<1.6>]ウンデカン骨格がそれぞれ鎖状およびシクロヘキセン誘導体から,ワンポットで合成可能であることが明らかとなった。さらに本法を7員環を持つ3環性化合物のワンポット合成に適用することにより,トリシクロ[7.2.1.0^<1.7>]ドデカン骨格を一挙に合成することにも成功した。今後,8員環を含む生理活性天然物の基本炭素骨格のワンポット合成に利用する予定である。本反応はラジカル反応同様,フレキシビリティのある連続反応であると考えられることから,これまでイオン反応を用い多段階を要して合成されていた炭素骨格の構築を,効率的に合成するための新たな手法にあるものと期待される。新しいタイプの炭素-炭素結合形成反応が精力的に開発される中で,遷移金属触媒を利用する環境調和型の新規合成法が注目を集めている。とりわけ触媒的なカスケード反応の開発はワンポットで多様な官能基を有する多環状分子を立体選択的に合成可能であることから,最近多くのグループにより研究されている。本研究では,「触媒的環化アルケニル化反応」と「ニッケル触媒を利用する還元的環化反応」のカスケード反応への展開と,その生理活性天然物合成への適用を検討した。(1)触媒的環化アルケニル化反応を利用するセロフェンド酸AならびにBの不斉全合成セロフェンド酸AならびにBは,2002年にエーザイのグループによって牛の胎児の血清から単離構造決定された四環性のジテルペンである。構造上の特徴は,ビシクロ[2.2.2]オクタン環とトランスデカリン環とが融合している点で,スルホキシド部位を含めて9個の立体中心を持つ高度に官能基化した化合物である。詳細な作用機序の解明を行うためには,化学合成によるセロフェンド酸類の供給が必須であることから不斉全合成に着手した。その結果,セロフェンド酸類のCD環部に相当するビシクロ[2.2.2]オクタン骨格は,触媒的環化アルケニル化反応により得られるビシクロ[3.2.1]オクタン骨格にホモアリル-ホモアリルラジカル転位反応を適用することによりワンポットで合成することに成功した。さらにジエンならびにジエノフィル部を導入後,逆電子要請型分子内Diels-Alder反応を適用することによりセロフェンド酸の炭素基本骨格を構築した。最後にメタンチオールをD環部に導入してセロフェンド酸A及びBの不斉全合成を達成した。(2)ニッケル触媒を利用する還元的環化反応を利用するトリシクロ[7.2.1.0^<1,6>]ドデカンのワンポット合成電解還元を炭素-炭素結合形成反応に適用した報告はあるものの,カスケード反応までレベルアップさせた研究はこれまで殆んど行われていない。
色素含有ポリシランの合成と光学的および電気的性質

中心金属としジクロロシランあるいはジクロロゲルマンを有するデトラフェニルポルフィリン、フタロシアニン、ナフトシアニンとジクロロシラン誘導体との脱塩素重縮合により、これらの色素分子をポリシランの主鎖に導入することを試みた。ジクロロシラン誘導体としては主にフェニルメチルジクロロシランを用い、色素化合物をその25モル%加えて、金属ナトリウムあるいは金属リチウムによって脱塩素反応を行った。反応溶媒(トルエン、THF、ジエチルエーテル)、反応温度(室温110°C)、反応時間、クラウンエーテル等の添加物の効果、試薬の加え方、超音波の作用などの様々な反応条件について検討を行った。その結果、条件を選べば、ポリシラン中にこれらの色素分子を導入することができることが判明(UV-VISスペクトルより)した。しかし、その導入量には限界(ユニット比約2%)があり、一部、色素分子の分解が起こっているようであった。また、生成ポリマーの分子量は数千程度が限界であった。上述の方法を用いる限りはこれらの欠点を克服することはかなり困難であると考えられ、今後、他の重合法(例えば、電気化学的脱塩素反応、遷移金属の使用)の適用を検討する必要がある。物性的な面では、今回得られた色素(テトラフェニルポルフィリン)含有ポリシランについて蛍光励起および発光スペクトルと光導電性について測定を行った。前者の検討によりポリシラン主鎖と色素分子の間のエネルギー移動を評価しようと試みたが、現在までのところよい結果は得られていない。また、ITO蒸着ガラス表面で製膜したポリマーフィルムに色素分子の吸収光の波長に合わせた光を照射したが、電導度の増大は認められなかった。しかし、この結果によって結論を下すのは早尚であり、ポリマーの構造や色素分子の導入量など合成上の問題を解決し、その結果得られたポリシランについて再検討する必要がある。
自らを社会に接続させるメディア・リテラシーの実証研究-障害者に学ぶ「知の積層」-

本研究は、障害当事者が自らを社会に参加させるために、ICTを主とするメディアを利用するさいの「知」、リテラシーの積層を明らかにし、典型例のデータを収集・整理して、その道筋を得ることが目的である。そのためには、(1)「知の積層」の具体的な集積過程の調査・分析・整理と、(2)超高齢社会の潮流に再配置するかたちでの理論的な考察の2つが必要であった。(1)については、障害者のICT利用の過程を、社会参加とメディア利用の観点から聞くアンケート調査と、宮城県仙台市におけるフィールドワークを、3年にわたって実施し、メディアを獲得し利用するさいの「知の積層」のありようを整理しつつ分析することで、当事者主体で形成される「知の積層」の概略と本質を描くことができた。(以上の成果を受け(2)では、「超高齢化の先進国」としての日本の社会的な文脈に再配置し、「福祉社会化」と「情報社会化」の間に横たわる課題として理論化することをめざした。高齢化し、参加者が減少する社会の中に本研究の成果を位置づけることで、進行形で交錯する福祉社会化と情報社会化に応答する、ひとつのきっかけとして提案した。本研究は障害当事者が自らを社会参加させるためにICTを主とするメディアを利用する際の「知」、リテラシーの積層を明らかにし、典型例のテータを収集・整理してその道筋を得ることが目的である。初年度は助成金額を受けて福祉領域でのICTメディアのリテラシーの骨格を描き出しデータ分析の基盤を作るべく、以下の作業に傾注して実績を上げることができた。(1)フィールドにおける基礎調査まず、社会参加のメディア・リテラシ「の基礎構造を明らかにしなければならない。本研究のオリジナリティを支える部分であるため、宮城県仙台市において現在ICTメディアを活用している障害当事者にインタビューし(国内調査旅費等)さらに障害者のICT利用の文献資料を収集することで(物品費等)土台づくりに傾注した。その成果として本研究の土台になる柴田(2006a)をまとめることができ、さらに規模を広げたアンケート調査の準備をすることができた。(2)「知の積層」としてのメディア・リテラシーの先行研究整理と現状把握もう一つがメディア・リテラシー研究を障害者における[知の積層」の観点から再整理する作業である。海外の先進例収集が必要なため、障害者のコンピュータ利用や社会政策の国際会議、現地調査をとおして、補助技術やICT利用調査のスケール開発状況を収集すると共に、国連のインターネット施策を議論する会合(IGF)にも参加し、今後の情報社会と障害者・高齢者の関わり方の把握に重点的に取り組んだ(海外調査費)。また以上を生かして当事者の地域でのリテラシー蓄積を評価するシステムを考案し(物品費等)、障害者のIT補助技術の利用に関する会議(ATAC)で報告した。さらに本研究は、障害者の社会参加から、若者や女性など他の社会問題への応用を視野に入れているため、在職校である女子大学としての利点を生かし社会的マイノリテイの隣接分野の研究者の助力を得て基礎となるべきアンケート調査をまとめ(柴田2006b)、家族・コミュニティなどのファクターを抽出した。本研究は障害当事者が自らを社会参加させるためにICTを主とするメディアを利用する際の「知」、リテラシーの積層を明らかにし、典型例のデータを収集・整理してその道筋を得ることが目的である。今年度は助成金額を受けて質問紙調査、およびフィールドワークによってデータ収集し、以下のような実績を上げることができた。(1)アンケートによる「社会参加-リテラシー調査」本年度は、昨年度の予備的なアンケート調査の成果を受けた本調査を実施した。ITを中心としたメディアをどの程度、そしてどのように利用しているかを独立変数とし、どの程度社会参加が促進されているかを従属変数としたアンケートを整備し、協力を得られた宮城県の障害者・高齢者に対して実施した。同時に東京近郊でも対照調査としてのアンケートを実施した。その成果の一部は皆吉・柴田(2007)や柴田(2007 :日本社会情報学会報告)として発表された。(2)宮城・仙台でのフィールドワーク実際に地域でのパソコン教室などから、障害当事者がメディア・リテラシーを蓄積する様子をフィールドワークによって知り、それがどのように社会参加に結びつきうるかを検討した。

地域の社会関係資本を活用した「リテラシーを獲得する場」から、インターネット上のコミュニケーション空間を活用した「リテラシーを活用するコミュニティ」まで、社会参加する〈知〉の積層を如実に知ることができた。その成果の一部は柴田(2008)などに生かされている。本研究は、障害当事者が目らを社会に参加させるために、ICTを主とするメディアを利用する際の「知」、リテラシーの積層を明らかにし、典型例のデータを収集・整理して、その道筋を得ることが目的である。本年度は最終年度であり、これまでの成果をまとめ上げる年度であった。色々な作業をおこなったが、特に以下を重点的に実施した。1.データの集積・分析・整理と共有化これまで実施してきたアンケート調査・フィールドワークの成果を整理し、そのデータを集積しつつ分析した。特にアンケート調査に関しては仙台市身体障害者福祉協会と東京都障害者ITサポートセンターにご協力いただけたことで、障害当事者が実際に直面する状況から、どのようにICTメディアを獲得し、利用していくかについての実態を把握できた。フィールドワークも含めて「知の積層」の在り方に、一定程度の結論を得る、その一部は柴田(2008)として報告されたが、加えて各種装置を中心とした試用感覚や、それに関連する知の在り方としてデータベースの形で整理しているところである。有意義なノウハウが多いが倫理的な配慮を欠かすことができないため、CD-R・DVDメディアとして、希望する障害当事者に限って共有できるようにすることにしている。2.超高齢社会の潮流に再配置するかたちでの理論的な考察以上の成果を、「超高齢化の先進国」としての日本の社会的な文脈に再配置し、「福祉社会化」と「情報社会化」の間に横たわる課題として理論化することで、本研究のまとめとした。残された課題は未だあるが、本研究の成果の一部が2007年日本社会情報学会奨励賞を受賞するなど、一定の成果は得られたと考える。以上をまとめた成果が、近日中にShibata(2009)として公刊され、また「社会に繋ぐためのメディア-障害者のICTと社会参加-』(春風社, 2009)として上梓する予定である。これらの成果を、進行形で交錯する福祉社会化と情報社会化に応答する、ひとつのきっかけとして提案したい。
大気圧プラズマを用いた高周波水晶デバイス用水晶基板の無歪薄板化プロセスの開発

上記課題における当初の研究計画は、大気圧プラズマプロセスであるプラズマCVMを適用することにより、振動周波数の温度特性に優れたATカット水晶素板を厚さ3μm以下(固有振動数600MHz以上)、平行度3nm以下に仕上げるプロセスを確立することであった。具体的には研究期間内において、(1)水晶素板の加工特性(加工速度、表面粗さ)と加工パラメータ(反応ガス種、反応ガス濃度、電力等)の相関を得る。(2)数値制御加工により水晶素板の平行度を向上させる。(3)作製した水晶薄板の形状精度(厚さ、平行度)と固有振動特性を評価することを目標とした。本計画に対し、項目(1)に関しては初年度において既存の円筒型回転電極を有する加工装置を用いて基礎的な加工特性の取得を行い、表面粗さを悪化させずに加工速度を増大することが可能な反応ガス組成(CF_4とO_2の組成比)を見出した。また、2年目には項目(2)を達成するため、円筒型回転電極とパイプ電極を併用することにより平行度を向上させる2ステップ修正プロセスを考案し、パイプ電極ユニットの試作、およびNC走査が可能なパソコン制御によるXYテーブルを設計・製作した。本プロセスにおいては、円筒型回転電極を用いて1次元の数値制御走査を行うことにより、厚み誤差の長空間波長成分を高能率に除去し、さらにパイプ型電極を用いた2次元数値制御走査により、短周期の厚み誤差成分を高精度に除去することが可能である。3年目(最終年度)においては、考案した2ステップ平行度修正プロセスを市販のATカット水晶ウエハ(25mm×20mm×80μm^t)における厚み分布の修正に適用し、その評価(項目(3))を行った。水晶ウエハ上の各点における局所的な共振周波数を測定し、その値からウエハの厚さ分布に換算して加工結果を評価したところ、修正前には最大108nmであった厚さムラを14nmにまで向上することに成功した。また、ウエハの厚みムラが解消、すなわち平行度が向上することによりデバイス性能を劣化させる不要な副振動が減少し、パイプ電極による修正後には完全な共振特性を得ることができた。これらの成果は、水晶デバイスの高性能化に大きく貢献するものである。本研究は大気圧プラズマを利用する既存のプラズマCVM装着を用いて行ったが、本年度は研究目的を達成するため、加工装置の改良ならびに水晶の基本的な加工特性を取得する実験を行い、以下の知見を得た。(1)本研究では、局所的に発生させたプラズマに対して水晶基板を速度制御走査することにより厚み分布を均一化することを目的の一つとしているが、そのためにはワークテーブルの移動に伴う加工特性の変動があってはならない。プラズマCVM装置における加工特性の変動は、装置内の電気的インピーダンスの変動が主たる要因であるため、その抑制のために新たにシールド板を設置した。(2)本装置においては、加工対象の水晶基板は接地された試料台上に真空チャックにより固定し、ギャップを500μm程度離して高周波印加電極を対向させてプラズマを発生させている。このとき、水晶基板は誘電体であるため、試料台表面の粗さに起因する電界強度のムラがプラズマの強度分布を引き起こし、試料台粗さに対応した加工量ムラが加工面の表面粗さとして転写されてしまうことが分かった。試料台の表面粗さの大きさと加工面粗さの相関を調べた結果、試料台の表面粗さをラップ仕上げにより0.01μm rms程度まで鏡面化すれば加工面粗さに影響しないことを見出した。(3)水晶基板における面内の加工量分布を均一化するため、加工対象となる基板の周囲に同じ厚さのダミー水晶基板を配置した。その結果、±5%以内の面内加工量分布を得た。本研究は、次世代の電子デバイスであるGHz帯の超高周波水晶振動子の振動特性を改善するために必要不可欠な、水晶振動子の新しい厚み修正加工技術の開発を目的としており、厚さが1μm以下の極薄水晶振動子の厚みムラを1nmの精度で均一化することを目標としている。昨年度までに、修正加工を行うための大気圧プラズマを用いた円筒回転電極型の数値制御プラズマCVM装置を開発し、その基本的な加工特性を取得した。本年度は厚さが80μmのATカット水晶素板の厚み修正加工に本装置を適用し、以下の知見を得た。(1)矩形の水晶素板に対して円筒型の回転電極を用いて1軸の数値制御加工を2方向に対して行うことにより、高能率に厚みムラの粗修正加工を行う工程を提案した。(2)提案した粗修正加工において、修正加工前に108.3nm p-vであった厚みムラを39.5nm p-vに修正することができた。(評価領域9.2mm×14.4mm)また、このときに要した加工時間は215秒であった。(3)水晶素板厚さを均一化することにより、修正前には顕著に現れていた共振特性における副振動が無くなり、メインピークのみの良好な共振特性を得ることに成功した。(4)ナノメータオーダの厚み修正を実現するために、空間分解能の高いパイプ型のプラズマ発生電極を考案し、基本的な加工特性を得た。本電極はアルミ合金製の電極をアルミナ製のキャップで被覆することによって電極の表面を化学的に安定化しており、±5%の加工量の再現性を得ている。次年度(最終年度)は本パイプ電極を用いてナノメータオーダの厚み精度を有する水晶素板を実現するとともに、それを用いて作製した超高周波水晶振動子のデバイス特性を評価する。

上記課題における当初の研究計画は、大気圧プラズマプロセスであるプラズマCVMを適用することにより、振動周波数の温度特性に優れたATカット水晶素板を厚さ3μm以下(固有振動数600MHz以上)、平行度3nm以下に仕上げるプロセスを確立することであった。具体的には研究期間内において、(1)水晶素板の加工特性(加工速度、表面粗さ)と加工パラメータ(反応ガス種、反応ガス濃度、電力等)の相関を得る。(2)数値制御加工により水晶素板の平行度を向上させる。(3)作製した水晶薄板の形状精度(厚さ、平行度)と固有振動特性を評価することを目標とした。本計画に対し、項目(1)に関しては初年度において既存の円筒型回転電極を有する加工装置を用いて基礎的な加工特性の取得を行い、表面粗さを悪化させずに加工速度を増大することが可能な反応ガス組成(CF_4とO_2の組成比)を見出した。また、2年目には項目(2)を達成するため、円筒型回転電極とパイプ電極を併用することにより平行度を向上させる2ステップ修正プロセスを考案し、パイプ電極ユニットの試作、およびNC走査が可能なパソコン制御によるXYテーブルを設計・製作した。本プロセスにおいては、円筒型回転電極を用いて1次元の数値制御走査を行うことにより、厚み誤差の長空間波長成分を高能率に除去し、さらにパイプ型電極を用いた2次元数値制御走査により、短周期の厚み誤差成分を高精度に除去することが可能である。3年目(最終年度)においては、考案した2ステップ平行度修正プロセスを市販のATカット水晶ウエハ(25mm×20mm×80μm^t)における厚み分布の修正に適用し、その評価(項目(3))を行った。水晶ウエハ上の各点における局所的な共振周波数を測定し、その値からウエハの厚さ分布に換算して加工結果を評価したところ、修正前には最大108nmであった厚さムラを14nmにまで向上することに成功した。また、ウエハの厚みムラが解消、すなわち平行度が向上することによりデバイス性能を劣化させる不要な副振動が減少し、パイプ電極による修正後には完全な共振特性を得ることができた。これらの成果は、水晶デバイスの高性能化に大きく貢献するものである。
ゴードスポリン作用機構の解明と新規類縁体の創製

ゴードスポリンはStreptomyces sp. TP-A0584株の生産する二次代謝産物であり、放線菌に対して抗菌活性や、形態分化と二次代謝の誘導活性を示す。これまでにゴードスポリンはFfhを標的とする前例のない機構で作用することが示唆されていたが、その詳細は不明であった。本研究では、Ffh蛋白質の結晶構造解析を目指し、結晶化条件のスクリーニングを行った。また、組換蛋白質を用いたプルダウンアッセイや表面プラズモン共鳴によって、ゴードスポリンとFfhの相互作用を解析し、ゴードスポリンがFfhに結合することを生化学的に示した。これらの結果より、ゴードスポリンがFfhを標的とすることが示唆された。放線菌Streptomyces sp. TP-A0584株の生産する二次代謝産物であるゴードスポリンの作用機構について研究を行った。これまでに、本化合物はSignal Recognition Particle (SRP)の構成蛋白質であるFfhを標的として作用することが示唆されていた。また、生産菌であるTPーA0584株は通常のFfhに加えてゴードスポリン耐性型のFfhであるGodIを有している。本年度は、TP-A0584株のFfh、およびGodIの組換え蛋白質を調製し、表面プラズモン共鳴を測定することにより、ゴードスポリンがFfhに特異的に結合すること、および同様の条件ではGodIには結合できないことを示した。また、FfhとGodIのアミノ酸配列を比較することでゴードスポリンの結合部位について推測した。それらの推測をもとにFfhとGodIのドメインスワッピングを行った変異遺伝子や部位特異的変異を導入した変異型ffh遺伝子を作製した。異種放線菌Streptomyces lividansTK23を用いてそれらの変異遺伝子のゴードスポリン耐性を評価することで、ゴードスポリンの結合部位についても知見が得られつつある。また、ゴードスポリンによるFfhの機能阻害について構造生物学的な面から知見を得るため、Ffhとゴードスポリンの複合体の結晶構造解析も試みた。精製蛋白質とゴードスポリンを用いて結晶化実験を行ったが、蛋白質結晶を得ることはできなかった。放線菌Streptomyces sp. TP-A0584株の生産する二次代謝産物であるゴードスポリンの作用機構について解析を行った。ゴードスポリンはSignal Recognition Particle (SRP)の構成蛋白質であるFfhを標的とすることが知られており、TP-A0584株はゴードスポリンに耐性のFfhホモログであるGodIを持つことで自己耐性を獲得している。FfhとGodIは互いに高い相同性を示すが、昨年度までに行ったFfhとGodIのドメインスワッピングや変異実験よりゴードスポリンの耐性化に重要な領域が絞り込まれており、このことから、Ffhにおけるゴードスポリンの結合サイトが示唆されていた。その配列に着目し、データベースを検索したところ、いくつかの病原性細菌のFfhがゴードスポリンに感受性であることが示唆された。現在それらのFfh組換え蛋白質とゴードスポリンの結合を試験し、予備的なデータが得られている。この他にゴードスポリン生合成遺伝子の欠失株の代謝産物を分析することで、ゴードスポリンの生合成経路を解析した。特に、デヒドロアラニン形成酵素遺伝子の欠失株より、新たなゴードスポリン類縁体を見出した。NMRや質量分析により本化合物の構造を決定し、デヒドロアラニンの形成における中間代謝物に関する知見が得られた。また、ゴードスポリンに存在する複素環とデヒドロアラニンの形成順序についても示唆が得られたため、論文として発表した。生合成に関して得られたこれらの情報は類縁体作製において役立つと期待される。研究計画に記載したように、表面プラズモン共鳴を測定することでFfhとゴードスポリンが特異的に結合することを示すことができた。また、その解離定数を算出し、その結合の強さを定量的に示すこともできた。また、ゴードスポリンは放線菌に広く作用する一方で、耐性遺伝子であるgodIを有する生産菌には作用しない。これは放線菌において保存されているFfhと、GodIの配列の違いがゴードスポリンの耐性化に寄与していることを示唆している。FfhとGodIの配列の違いをもとに絞り込んだ情報から変異型ffh遺伝子を作製した。異種放線菌Streptomyces lividansTK23を用いた実験によって各変異型遺伝子が付与するゴードスポリン耐性の有無を評価することで、ゴードスポリンの作用部位についても知見が得られつつある。以上の結果より、ゴードスポリンの作用機構の解明という点では研究が進展していると言える。

結晶構造解析については蛋白質の結晶化が困難であることから進展していない。しかし、上記したようにゴードスポリンの作用部位について知見が得られつつあるため、ゴードスポリンの結合する部分構造のみを組換え蛋白質として調製することも可能となる。そのような部分構造のみの組換え蛋白質を利用することで結晶化が容易になると考えられ、結晶化については改善が期待できる。以上を総合しておおむね順調に進展していると評価した。農芸化学Ffhに存在する複数のドメインのうち、ゴードスポリンが結合すると予測されるドメインのみに切り縮めた変異型蛋白質を調製する。この変異型蛋白質とゴードスポリンが結合することを示すことで、ゴードスポリンの作用部位をより直接的に示すことが可能である。組換え蛋白質を用いたプルダウンアッセイや、平成26年度と同様に表面プラズモン共鳴を測定することにより変異体蛋白質とゴードスポリンとの相互作用を解析する。また、このような変異型蛋白質には全長の蛋白質に含まれる余分なループ構造などが含まれない。このようなループ構造は安定な立体構造を取らず、蛋白質結晶化を妨げている可能性があるため、変異体タンパク質を利用することで結晶化実験もより容易になることが期待できる。そのため、このドメインとゴードスポリンの相互作用が検出できた後は、これを結晶構造解析にも供する。組換え蛋白質とゴードスポリンの複合体の立体構造が明らかになり、その相互作用部位等が詳細に明らかになれば、より効果的に作用するゴードスポリンの類縁体創製を目指す。ゴードスポリンはその生合成において前駆体となるペプチドの配列が、通常の蛋白質と同様に遺伝子としてコードされており、リボソームによる翻訳によって合成される。そのため、前駆体遺伝子の置換によって前駆ペプチドのアミノ酸配列を容易に置換することができる。このことを利用して、ゴードスポリンの各残基の変異体を作製し、その作用の変化を検討する。
磁性体/半導体ハイブリッドナノ構造におけるスピン関連現象とデバイス応用

「磁性体/半導体ハイブリッドナノ構造におけるスピン関連現象とデバイス応用」を目的とした研究を開始した。ここで「磁性体/半導体ハイブリッドナノ構造」として対象とする材料系は、(a)GaMnAsやInGaMnAsを含む強磁性半導体ヘテロ構造、(b)MnAsナノ微粒子を埋め込んだGaAsとそのヘテロ構造、(c)強磁性金属薄膜/半導体ヘテロ構造である。これらの磁性体/半導体ハイブリッドナノ構造において、(1)エピタキシャル成長と形成技術の確立、(2)スピン依存伝導の理解と制御、磁気抵抗効果の増大、高温動作化、(3)スピン依存伝導デバイス(2端子素子、3端子素子)の試作、動作原理の確立を目指し、材料科学、物性の理解と制御からデバイス応用まで系統的に研究を行うことを目指している。平成23年度には、磁性体/半導体ハイブリッドナノ構造(上記(a)(b)(c))のエピタキシャル成長と形成技術を確立しつつある。スピン依存伝導の理解と制御を行うため、まず2端子デバイスとして、強磁性半導体ヘテロ構造からなる強磁性トンネル接合素子、および強磁性ナノ微粒子を含む強磁性トンネル接合素子を作製し、そのスピン依存トンネル伝導の実験を行った。共鳴トンネル効果による磁気抵抗効果の増大、共鳴トンネル分光によるGaMnAsのバンド構造とフェルミ準位の解明を行った。その結果、どのような電気的・磁気的性質をもつGaMnAsにおいてもフェルミ準位は価電子帯から数十meV程度上の禁制帯中に存在し、不純物バンドによる伝導が支配的であることを明らかにした。平成23年6月以降は特別推進研究に移行して、より幅広い研究を行っている。
無機ナノシートで制御する層状微細構造を利用した新しい光機能材料の開発

平成30年度は、ナノシートをチタンニオブ酸などへ展開しつつ、ニオブ酸および粘土鉱物とアゾベンゼンの複合体作製し、分子吸着特性に関する成果を得た。新たなナノシートの複合体としてチタンニオブ酸とアゾベンゼンの複合化に取り組み、イオン交換法を応用することでチタンニオブ酸複合体作製に成功した。また前年度作製したチタン酸、粘土複合体との比較から、分子はナノシートの表面電荷の影響を強く受け、特異な微細構造を形成することを見出し、ナノシートの表面構造を制御することで複合体の微細構造を精密に制御できることを明らかにした。一方、ニオブ酸および粘土複合体について、ガス吸着測定により分子吸着場となる複合体内の空隙構造を解析したところ、ニオブ酸結晶には空隙はほとんど存在しないが、アゾベンゼンと複合化することにより、複合体内に空隙が形成されることを見出した。ニオブ酸複合体は、光反応により可逆な3次元的な形態変化を示すが、光異性化に伴う構造変化がこの空隙に蓄積され、その蓄積された構造変化を一度に解放することで分子スケールを超える形態変化が誘起されたと考えられる。また粘土複合体においては、同様に空隙が形成されると共に、光反応によってわずかではあるが空隙構造を制御できることを見出した。また、研究期間全体を通して、ナノシートの表面構造に注目し、ニオブ酸に加えて、粘土鉱物、チタン酸、チタンニオブ酸ナノシートの複合体を作製して新たなアゾベンゼン/ナノシート複合体系の構築と機能発現に取り組んだ。中でも、複合体の微細構造化により空隙構造が形成され、それを光制御できることを見出したことから、光吸脱着可能な分子吸着材料への応用が十分に期待できる。また、ナノシート表面を分子集合体の機能発現の場として利用するという従来の分子機能材料開発とは異なる観点から光機能材料が作製でき、新機能発現手法として、その意義は大きい。本研究の目的である光反応で分子の吸脱着を制御できる新しい分子吸着層状複合材料の開発において、平成29年度は、無機ナノシートと多フッ素化アルキルアゾベンゼン誘導体からなる層状複合体の作製と、その層状微細構造や層間伸縮などの光機能の観測を行い、層状複合体の作製技術と光反応による機能発現に関する研究成果を得た。研究実施計画で挙げた無機ナノシート合成とアゾベンゼン分子との複合化については、層状化合物のチタン酸セシウムを合成し、多段階のゲスト-ゲストイオン交換法により、カウンターカチオンを交換しながら目的のアゾベンゼン分子をインターカレーションして、層状複合体を作製することに成功した。得られた層状複合体を光異性化反応させてX線回折測定によりその層状構造の変化を観測したところ、トランス-シス異性化により層間が縮小し、シス-トランス異性化により層間が拡大して可逆的に層状空間の制御ができることを見出し、アゾベンゼン分子とチタン酸ナノシートの複合化により層間伸縮機能を発現させることに成功した。また、チタン酸に加えて粘土鉱物のモンモリロナイトとの複合化も行い、光機能化に成功した。一方、層状複合体の微細構造解析については、X線回折測定に加えて熱分析を行ったところ、高密度に分子がインターカレーションし、層間で二分子膜構造を形成することを明らかにした。また、モンモリロナイトとアゾベンゼンの層状複合体薄膜については、光反応による形態変化の顕微鏡観測を試みたが、予想をはるかに超えた巨視的な屈曲運動を示したため、薄膜の形状変形を直接観測を行ったところ、薄膜が大きく形状変形することを見出した。本研究では、新たな光メカニカル機能を示す複合体系の構築に成功すると共に、異なる微細構造の層状複合体を作製できたことから、目的の新しい分子吸着層状複合材料開発につながると考えられる。本研究では、無機ナノシートと多フッ素化アルキルアゾベンゼン誘導体を組み合わせた層状複合体を作製することで、光反応で分子の吸脱着を制御できる新しい分子吸着層状複合材料を開発することが目的であり、平成29年度では、数種の層状複合体の作製とその層状構造および光機能の観測を計画した。現段階で従来のニオブ酸系に加えてチタン酸系、モンモリロナイト系の層状複合体を作製して光機能化に成功した。それらの微細構造のさらなる検討が必要ではあるものの、ほぼ計画通り研究を遂行できていることから、おおむね順調に進展していると考えられる。無機ナノシートの合成では、ニオブ酸系とナノシート構造が大きく異なる系としてチタン酸を合成し、多フッ素化アルキルアゾベンゼン誘導体と複合化した。アゾベンゼンのインターカレーションは、従来のニオブ酸系を参考にして濃度やpH、温度などの適当なインターカレーション条件の探索し、層状複合体作製を達成した。特に、光反応で層間伸縮を可逆的に制御できる機能を発現する新たな層状複合体系を構築できたことが大きな理由の1つである。一方、層間伸縮に伴う試料形態の顕微鏡観察については、モンモリロナイトの複合体において、顕微鏡観察範囲内での変化を予想していたが、その予想を大きく超えて巨視的な屈曲運動を示し、薄膜の形状変形を直接観測することに成功した。大きな試料スケールで構造変化を引き出せたということは、次年度の分子吸着特性の評価につながる非常に大きな成果である。また、この試料作製手法を従来の系やチタン酸系へも展開し、次年度の分子吸着特性評価へ向けて研究が進展していることから、研究全体としておおむね順調に進展していると考えられる。

平成30年度は、ナノシートをチタンニオブ酸などへ展開しつつ、ニオブ酸および粘土鉱物とアゾベンゼンの複合体作製し、分子吸着特性に関する成果を得た。新たなナノシートの複合体としてチタンニオブ酸とアゾベンゼンの複合化に取り組み、イオン交換法を応用することでチタンニオブ酸複合体作製に成功した。また前年度作製したチタン酸、粘土複合体との比較から、分子はナノシートの表面電荷の影響を強く受け、特異な微細構造を形成することを見出し、ナノシートの表面構造を制御することで複合体の微細構造を精密に制御できることを明らかにした。一方、ニオブ酸および粘土複合体について、ガス吸着測定により分子吸着場となる複合体内の空隙構造を解析したところ、ニオブ酸結晶には空隙はほとんど存在しないが、アゾベンゼンと複合化することにより、複合体内に空隙が形成されることを見出した。ニオブ酸複合体は、光反応により可逆な3次元的な形態変化を示すが、光異性化に伴う構造変化がこの空隙に蓄積され、その蓄積された構造変化を一度に解放することで分子スケールを超える形態変化が誘起されたと考えられる。また粘土複合体においては、同様に空隙が形成されると共に、光反応によってわずかではあるが空隙構造を制御できることを見出した。また、研究期間全体を通して、ナノシートの表面構造に注目し、ニオブ酸に加えて、粘土鉱物、チタン酸、チタンニオブ酸ナノシートの複合体を作製して新たなアゾベンゼン/ナノシート複合体系の構築と機能発現に取り組んだ。中でも、複合体の微細構造化により空隙構造が形成され、それを光制御できることを見出したことから、光吸脱着可能な分子吸着材料への応用が十分に期待できる。また、ナノシート表面を分子集合体の機能発現の場として利用するという従来の分子機能材料開発とは異なる観点から光機能材料が作製でき、新機能発現手法として、その意義は大きい。今後の研究の推進法策としては、無機ナノシートをチタンニオブ酸などへさらに展開しつつ、作製した層状複合体の分子吸着特性を評価する。X線回折測定を中心に、紫外・可視吸収スペクトル測定や熱分析、偏光分光測定などにより層状微細構造を明らかにし、その構造制御技術を確立すると共に、物理ガス吸着法などによって作製した層状複合体の分子吸着特性を測定する。層状複合体における分子の吸着構造などを解析しながら、層状微細構造における微小空間と吸着分子との関係を明らかにする。特に、光反応前後の層状微細構造と吸着特性の関係に焦点を絞り、反応によってどのように微細構造が変化したか、またそれと吸着特性に相関があるかなどを明らかにする。また最適化された層状複合体について、実際に分子の吸脱着が光反応によって制御可能かどうかを検討し、吸着量や可逆性、繰り返し性などについて定量的に評価して、層状複合体によって分子吸着層状複合材料の開発が可能かどうかを明らかにする。無機ナノシートとアゾベンゼンの複合化において、アゾベンゼンのインターカレーション条件探索に多くの時間を要したため、層状複合体の微細構造解析や他の無機ナノシート(チタンニオブ酸)への研究展開が若干遅れている状況である。このため、その微細構造の解析および複合体作製に必要な試薬、ガラス器具類等の購入のための研究費を次年度に使用する状況が生じた。複合体作製時に必要な試薬やガラス器具に加えて、AFMカンチレバーやX線回折測定と光反応を組み合わせるための光学部品類の購入のために使用する予定である。
Ｘ線レーザーによる時間分解偏光計測技術の開拓

本研究は、レーザーアブレーション等の短パルスレーザーと物質の相互作用の理解に資するレーザー駆動プラズマX線レーザー(XRL)による時間分解偏光計測技術を確立することを目的とする。本課題の達成には、ショット毎に大きく変動するXRLのビーム強度を正確に計測し、偏光状態を高精度に観測することが要求される。本研究では、時間分解偏光計測技術の基盤技術である以下の研究開発を実施した。(1)波長13.9 nmのXRLに対応する2種類のビーム強度モニタ(Mo/Si多層膜コートフォトダイオード検出器、Moコート回折格子)、(2)絶対反射率計測に基づく多層膜偏光素子を用いた軟X線偏光解析法。レーザーアブレーション初期過程のダイナミクスの解明を目指して、波長13.9 nmのピコ秒パルス軟X線光源であるレーザー駆動プラズマX線レーザー(XRL)による時間分解偏光計測技術を確立する。現在、ショット毎に変動するXRLのビーム強度を正確に計測できないため絶対反射率(入射光に対する反射光の強度比で定義)を計測困難な状況にある。これは可視や赤外領域のようにビーム強度の規格化に不可欠な高出力ビームスプリッタ(BS)が当該波長領域に無いことに起因する。本課題達成のために、Mo/Si多層膜を軟X線回折格子に積層した多層膜回折格子を高効率な反射型BSとして応用することで問題の解決を図る。今年度はMo/Si多層膜回折格子を試作し、放射光を用いて回折効率を評価した。また、偏光計測に不可欠な偏光素子の性能を評価するための偏光解析ユニットを製作した。Mo/Si多層膜回折格子は、イオンビームスパッタ法を用いてラミナ型不等間隔溝レプリカ回折格子(30-002(島津製作所)、コーティング材料:Au、溝本数:1/1200本/mm)上にMo/Si多層膜(設計周期長16 nm)を積層することで製作した。膜厚はX線反射率プロファイルから16.2 nmと評価された。また、偏光計測に不可欠なMo/Si多層膜偏光子もイオンビームスパッタ法で製作し、設計値(10.2 nm)に近い周期長(10.1 nm)であることを確認した。軟X線回折効率測定には、高エネルギー加速器研究機構の放射光施設(Photon Factory)の軟X線ビームラインBL-11Dに設置されている軟X線反射率計を用いた。その結果、入射角87°における0次光及び1次光の回折効率はそれぞれ85%及び11%であった。0次光はXRL応用研究のためのプローブ光として、一方1次光はモニタ計測として十分に高いビーム強度であることが分った。つまり、Mo/Si多層膜回折格子は反射型BSとして機能しうる性能を有することが分った。また、偏光計測のための5軸偏光解析ユニットを製作した(偏光素子の入射角、高さ、検出角、方位角、スリットを大気側からリモート制御可能)。これは偏光素子の性能を評価することができないBL-11Dの軟X線反射率計に設置できるように設計されており、予備実験において当該ユニットが正常に動作することを確認した。レーザーアブレーション初期過程のダイナミクスの解明を目指して、波長13.9 nmのピコ秒X線レーザー(XRL)による時間分解偏光計測技術を確立する。本課題の達成に不可欠な要素技術は、軟X線偏光素子とビーム強度モニタである。これらはショット毎に大きく強度変動するXRLのビーム強度を正確に計測し、物質との相互作用によって変化したXRLの偏光状態を高精度に観測するためのものである。本研究ではビーム強度モニタ用光学素子(ビームスプリッタ)として軟X線回折格子(表面反射膜Au、溝間隔1200本/mm)にMoを積層したMo回折格子を利用する。昨年度までに、偏光計測のプローブ光に用いる0次光、ビーム強度モニタ計測に用いる1次光ともに、Au回折格子に比して回折効率の高効率化を達成している。今年度は、XRL光に対する0次光と1次光の強度をそれぞれ独立の光検出器(同一規格のX線フォトダイオード)で同時計測する評価装置(ビーム強度モニタユニット)を開発し、両回折光強度間の相関を評価した。その結果、両者には極めて高い相関が認められることを確認すると共に、その強度比(0次光対1次光)は放射光実験で得られた結果と良く一致した。つまり、Au回折格子、Mo回折格子ともに偏光計測に不可欠なビーム強度モニタとして機能することを示している。そこで本研究では、回折効率の観点からMo回折格子をビーム強度モニタ用ビームスプリッタとして採用することとした。昨年度実施した放射光実験の結果、ビーム強度モニタ用ビームスプリッタであるMo回折格子(1200本/mm、Mo厚16 nm)は、波長13.9 nm、入射角87°で0次光回折効率75%及び1次光回折効率13%を示し、その強度比(0次光対1次光)は5.7あることが分かっている。今年度は、XRLに対して0次光と1次光強度の相関を調べ、その比が放射光実験の結果と一致することの検証実験を行い、XRL用ビーム強度モニタとしての性能を確かめた。

上記を遂行するためにまず、平面結像型分光器のマウントパラメータ(1200本/mm、87°入射、入口スリットから回折格子までの距離237 mm、回折格子から像面までの距離235 mm)に準拠した評価装置(ビーム強度モニタユニット)を開発した。入口スリット(0.1 mm×13.6 mm)から入射されたXRLはMo回折格子で0次光と1次光に分けられ、それぞれ独立の光検出器(同一のX線フォトダイオード)で計測し、強度の相関を調べた。その結果、0次光と1次光強度の相関は+0.997であり、極めて強い正の相関を認めた。また、強度比は5.87であり、放射光実験の結果と良く一致した。以上の結果から、Mo回折格子がXRL用ビーム強度モニタとして機能することを確認した。なお、Au回折格子でも同様の結果が得られている。レーザーアブレーション初期過程のダイナミクスの解明を目指して、ピコ秒パルス軟X線光源である波長13.9 nmのレーザー駆動プラズマX線レーザー(XRL)による時間分解偏光計測技術を確立することを本研究の目的とする。本課題の達成には、軟X線偏光素子計測技術とビーム強度モニタ技術が不可欠である。つまり、ショット毎に大きく強度変動するXRLのビーム強度を正確に計測し、物質との相互作用によって変化したXRLの偏光状態を高精度に観測することが要求される。本研究では以下を実施した。(1)軟X線回折格子(一般に反射膜はAu)にMoをオーバーコートし、放射光を用いて高回折効率化と、0次光と1次光の間の相関を確認した。(2)新規に開発したXRL用ビーム強度モニタユニットを用いてXRLで計測した回折光強度比が放射光実験の結果を良く再現することから、Mo回折格子がビーム強度モニタとして機能することを明らかにした。(3)2軸偏光解析装置を開発し、Mo/Si多層膜偏光素子(移相子、偏光子)によるXRLの円偏光化を試みた結果、移相子の入射面に対してXRLの偏光面を±45°傾けることで、偏光ヘリシティ(極性)が異なる(楕)円偏光が生成されることを確認した(円偏光度までは定量できていない)。上述で得られた結果は、XRLの数ショットの平均として得られたもので、静的な偏光計測である。しかしながら、既にショット毎のビーム強度モニタ計測及び偏光計測そのものは実施できている。今後、レーザーアブレーション初期過程のダイナミクスの解明に向け、動的(時間分解)な偏光計測技術の確立を目指したい。本研究は、レーザーアブレーション等の短パルスレーザーと物質の相互作用の理解に資するレーザー駆動プラズマX線レーザー(XRL)による時間分解偏光計測技術を確立することを目的とする。本課題の達成には、ショット毎に大きく変動するXRLのビーム強度を正確に計測し、偏光状態を高精度に観測することが要求される。本研究では、時間分解偏光計測技術の基盤技術である以下の研究開発を実施した。(1)波長13.9 nmのXRLに対応する2種類のビーム強度モニタ(Mo/Si多層膜コートフォトダイオード検出器、Moコート回折格子)、(2)絶対反射率計測に基づく多層膜偏光素子を用いた軟X線偏光解析法。昨年度製作したMo/Si多層膜回折格子がXRL用反射型BSとして機能することを確認する。具体的には、多層膜回折格子と2個のX線検出器からなるビーム強度モニタユニットを試作する。XRLを多層膜回折格子に照射し、一つのX線検出器で0次光を、もう一つのX線検出器で1次光を同時に検出し、その相関関係を明らかにする。本課題では集光や偏光計測にMo/Si多層膜光学素子(偏光子、球面鏡、平面鏡)が不可欠であることから、これらをイオンビームスパッタ法で製作し、偏光解析ユニットを用いて性能を明らかにする。