hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
16世紀トスカーナ大公国の祝祭と都市-1589年の婚礼祝祭と大公国内の都市整-

ピサからフィレンツェに至る各都市を線的にたどることによって、アルノ川流域の都市構造や水利を把握することができ、トスカーナの領域支配におけるアルノ川流域都市の立地の重要性を確認することができた。したがってトスカーナ大公国の領域支配の拠点整備について、祝祭の巡幸路という新たな視点から浮かび上がらせることができた。【重要性】大公国の安定を推し進めたフェルディナンド1世の治世下、トスカーナ大公国の領域支配はアルノ川流域を中心に広範囲な地域整備を行ったことが多くの研究者から指摘されている。今回の調査ではヴィラ・アンブロジャーナの希少な資料を入手することができたことによって、フェルディナンドの領域支配が、季節ごとの宮廷移動や祝祭の巡幸を恒例化することによって徹底され、そのためにヴィラや小都市が彼の領域支配を支える拠点として機能していた明らかな実態を示すことができた。本研究はトスカーナ大公国における地方都市の整備および領域支配を婚礼巡幸の面から明らかにすることを目的に実施された。対象としているのは1589年のフェルディナンド1世との婚礼に際し、新婦クリスティーナがフランスからフィレンツェに至るまでに巡幸した都市領域である。フランスからトスカーナ大公妃となったクリスティーナに関する資料をフランス側、イタリア側から調査することによって、16世紀末トスカーナ大公国の国際状況を明らかにすることができた。特に宗教戦争のさなかにあったマルセイユからフィレンツェに至る移動手段、環境を明らかにすることで、境界領域における支配や管理状況と領域支配の水際のありようを明らかにすることができた。さらにクリスティーナの婚礼巡幸にはじまるフェルディナンド1世治世下の土木事業整備について、カピターニ・ディ・パルテの資料を通じて実態を浮かび上がらせることができた。都市インフラの土木事業の充実によってトスカーナ大公国の領域支配が徹底され、領域空間が変容していったことについて、婚礼祝祭という新たな視点から浮かび上がらせることができた。大公国の安定を推し進めたフェルディナンド1世の治世下、トスカーナ大公国の領域支配はアルノ川流域を中心に広範囲な地域整備を行ったことが歴史学、経済史学の研究者から指摘されている。今回の調査ではフェルディナンド大公妃であるクリスティーナに関する資料、およびヴィラの改修、水路・陸路の建設に関わったカピターニ・ディ・パルテの資料を通じて、領域支配の整備の実態を明らかにすることができた。トスカーナ大公国の領域支配について土木事業の絵図、移動に関する資料といった空間的観点からその実像を明らかにしたことは、建築史、都市史的観点から領域支配を読み解く本研究独自の重要性である。計画通りに調査を進めているが、都市の規模が予定よりも小規模な都市については都市整備分析については広範なものとなっている。資料においては、希少性の高いテキストを獲得することができている一方、図像資料については、それほど残存していないため予想よりは獲得できていない。調査および資料をもとにした分析については、ほぼ計画とおりに進められている。さらに、ヴィラ・アンブロジャーナの調査を進められたことによって、婚礼巡幸と領域支配の関係性を浮かび上がらせるという本研究の目的に、ヴィラという要素を加味して今後の分析を進める新たな展開を迎えている。
低学力層に対する歴史教育の研究－ドイツの政治教育の観点から－

本研究は,今日のドイツにおいて歴史教育に期待されている低学力層に対する政治教育としての機能に注目し,特にその歴史的な発展過程を描き出すものである。主要な歴史教育学の研究成果と,ノルトライン・ヴェストファーレン州の基幹学校用学習指導要領を時代を遡って調査して結果,次のことが明らかになった。すなわち外国人労働者の導入の前後で,低学力層を構成する人々の属性は異なっており,歴史教育に低学力層を念頭においた政治教育上の期待が寄せられるようになるのは比較的新しく,1970年代後半のことである。教育上の達成度の低い層に対して歴史教育はどのような知識と技能,態度の獲得を促すべきかという課題に対して,いわゆる分岐型の学校体系をとるドイツでは戦後どのように考えられてきたのかという問いをめぐり,本年は,特に歴史教育学の議論の展開に着目して調査を行った。その際,国内で入手困難な文献については,ベルリンのドイツ国際教育研究所附属教育史図書館に赴き,時代をさかのぼる形で先行研究をたどった。その結果,昨年度に教科書調査から得られた展望,すなわち1960年前後以降に視野を設定することは教育史的に不十分ではないかという印象を持つにいたった。すなわち戦前の学校も同様の問題に直面しており,そこですでに一定の知見の蓄積があったと推察されるためである。このことは,同時に,今日の各州の学習指導要領に見られる,低学力者向けの教育課程と高学力者向けの教育課程は,かつて一つだったものが学力差の現実に応じて分化してできたのではなく,反対に,かつては全く別ものだった教育課程が時間とともに共通の目的を持つに至ったのだという理解を要求する。なお,本研究を進める過程でドイツの数名の教育学研究者と意見交換の機会をもったが,そこからは,彼らにとって,低学力者向けの歴史教育がどうあるべきかという課題は新しい問題であることが確認された。これは上記の理解と一見矛盾するようにも見えるが,おそらく低学力向けの歴史教育は,大学等に籍を置く教育研究者とは別の人々によって進められてきた,つまり二つが別物として認識されてきたことを示唆するものである。最終年度は,当初の計画に基づき,教科書以外の政治教育教材における現代史の扱い方について,連邦政治教育センターが作成・公表している資料をもとに検討したほか,初年度の調査を引き継ぐ形で,ゲオルク・エッカート研究所において歴史教育課程の調査を行った。特に後者においては,ノルトライン・ヴェストファーレン州を例にとり,低学力の生徒が集中するハウプトシューレの歴史の教育課程において,低学力者の例として言及されることの多い移民というテーマが,戦後の独立回復以前の時期から今日に到るまで,どのように教えられてきたのかという観点から,その変容を分析した。その上で,過去2年間の調査結果と併せて考察した結果,以下のような仮説的結論が導かれた。すなわちドイツにおいて,今日のように低学力者が民主主義にとってのリスクとして理解され,特別な教育的対応が必要と考えられるに到ったのは比較的最近のことであり,そこにはイデオロギー対立の終焉による政治的コンセンサスの形成と,とりわけ移民の増大による社会の多文化化の進展が関係していると推測される。反対に,こうした政治的・社会的変容が生じた1970年代以前のドイツでは,低学力者としては主に農村に暮らす青少年がイメージされており,彼らは社会的な危険因子としては考えられてはいなかった。社会主義との関係では,確かに労働者の子どもの教育が保守層から不安視されていたが,その不安は正に社会主義者によって共有されておらず,党派を超えた国家的な課題とは位置づけられなかった。社会主義者の目には,むしろ保守的な歴史教育こそが反民主主義的と映っていた。本研究は,低学力の子どもに対して歴史教育はいかなる形をとることにより,その政治教育上の課題を果たすことができるのかについて,学力に応じた分岐型の学校体系を取るドイツの例をもとに考察することを目的としている。この目的を達するため,研究実施計画に基づき,平成23年度はゲオルク・エッカート国際教科書研究所附属教科書図書館(ドイツ・ブラウンシュヴァイク市)に1週間滞在して,教科書の調査を行なった。具体的な研究手続きとしては,現地での時間的制約を考慮し,本年度はまず帰国後に購入して追加調査が可能な教科書を選定した上で,それらに対して内容分析を行いつつ,そこで得られた仮説・知見が,その他の教科書の記述分析から裏付けられるか否かを確認した。分析対象とする主な教科書の選定に際しては,同一の出版社から同一の著者が出版した教科書で,高学力者向けの版と低学力者向けの版の両方が揃っており,かつ相対的に多くの州で使用が認められているものとした。分析の結果,学力差を念頭においた対応は,内容の違いよりも生徒に対する課題の与え方の違いにあるという暫定的な結論を得ることができた。

すなわち,学力差はなによりも言語能力の差として捉えられていると推測され,教科書を見る限りでは,低学力者向けにおいては内容を厳選した上で,生徒が自らの力で課題に取り組む部分を減らし,代わりに予め平易な言葉で説明する部分を増やすという対応がなされている。このことは,いわゆるリテラシーを中心とする学力重視の教育政策とは反対の方向性を示しており,近年のドイツの教育に対する理解に新たな側面を加えると同時に,日本の教育政策に対して批判的な評価を導く根拠となる可能性がある。昨年じゅうに,教科書の分析に一定のめどがついたと考えられたことから,今年度は教科書よりも,教育課程と歴史教育学に焦点をあてて分析作業を行った。その結果,教育課程については,低学力者向けと高学力者向けの学習指導要領のあいだに,教育目標の違いは認められないものの,教育内容・教育方法には明らかな差異があることが明らかになった。また歴史教育学の先行研究の分析からは,昨年の見通しとは違って,1960年代までに視野を限定することは不正確な認識をもたらす可能性があり,戦前の議論に注目することの重要性が理解された。研究実施計画に基づいてドイツのブラウンシュヴァイクで資料調査を実施し,また国内での追加調査も予定どおりに進めた。ブラウンシュヴァイクでの滞在時間が短かったことから,予定していた資料が入手できていない部分もあるが,予想以上のデータを得られた面もあり,総合的に見て概ね満足できる成果が得られたと考えられる。当初の研究計画にしたがって教科書以外の歴史教材・教育プログラムに調査対象を広げる一方,当初予定していなかった,より古い時期の教科書も視野に入れることで,近年の多様な教材の特徴を明らかにしていくことを予定している。当初の計画のように,教科書資料については少なくとも1960年代にまでは遡り,教科書に加えて歴史教育学のテキストに反映された学力格差に関する教育観の展開を経時的に把握した上で,両者の見解を相互に照らしあわせることが直近の課題である。該当なし。当初計画のように,次年度もゲオルク・エッカート国際教科書研究所に赴いて調査を続けるほか,関連学会でこれまでの研究成果を報告し,他領域の研究者からの学術的なアドバイスを得ること予定している。
細胞生産装置の複製

細胞複製に連動した、遺伝子発現の包括的制御を分子の水準で解明することを目標として、細胞生産装置なかでも転写装置と翻訳装置の形成と機能制御の解析を進めてきた。本年度は、下記の成果が得られた。1.大腸菌染色体に存在するすべてのプロモ-タ-の同定、強度順位の決定とサイクリックAMPなどの転写因子に対する感変性を指標とした分類を進め、転写シグナルの全体像にさらに接近した。2.転写装置の基幹成分RNAポリメラ-ゼ各サブユニットの分担機能、サブユニット蛋白上の機能ドメインを同定する研究を引続き進め、機能地図の概要を作成した。3.熱ショックなどのストレスを加えた時のRNAポリメラ-ゼの機能変化の構造基盤を明らかにしたのに続いて、複合要因による増殖静止期への移行時には、転写装置・翻訳装置が貯蔵型に変換することを発見した。4.RNAポリメラ-ゼの機能制御に転写因子との相互作用があることを先に実証したが、転写因子の活性調節に蛋白リン酸化が関与することを発見した。5.翻訳装置リボゾ-ムの機能制御に関与する「リボゾ-ム修飾因子」(RMF)を発見した。また、リボゾ-ム蛋白の修飾に関与する遺伝子の生理機能の探索を続けた。酵母ミトコンドリア・リボゾ-ム蛋白の遺伝子12種を単離し構造を決定した。6.マイコプラズマの全tRNA遺伝子を同定した。また、真核生物の天然サプレッサ-tRNAを発見し、翻訳制御の新しい機構を明らかにした。
興奮性細胞の揺らぎのダイナミクス-単一細胞解析によるアプローチ

我々は前年度に,ラット新生仔より単離した培養心筋細胞の拍動タイミングの統計的性質を,特にその長時間スケールでの振る舞いに着目して調べ,その結果,拍動タイミングにべき的な長時間相関が見られることを発見した.本年度は,単一細胞レベルでの自発的拍動タイミングの統計的性質についての特徴付けを進め,さらにべき的長時間相関が生じるメカニズムを探った.その結果,拍動タイミングのべき的長時間相関およびマルチフラクタル性は,細胞の結合数などに依存せずに一般的に見られる性質であることが分かった(Biophysical Journalに論文発表).その後,温度などの培養条件や,細胞の種類を変えて同様の実験を行ったところ,長時間スケールにおける統計的性質はほぼ不変に保たれることが明らかになった.以上の事より,長時間スケールのべき的相関は幅広い条件下で見られる頑強な性質であることが明らかになった(T. Yokogawa and T. Harada,論文投稿中).以上の研究に加えて,拍動タイミングのべき的長時間相関が発生するメカニズムを明らかにするため,薬剤処理の効果の検討,および細胞内因子の可視化を進めた.その結果,タンパク質合成阻害剤の存在下では,ゆらぎの長時間相関が失われることが明らかになり,拍動という細胞機能の揺らぎが遺伝子発現の揺らぎと関係していることが分かった.さらに,細胞の代謝状態の揺らぎを調べるために,細胞内ATP濃度の可視化を行い,細胞の代謝状態をある程度モニターできることを確認できた.今後こうした手法を用いて,細胞機能と遺伝子発現状態や代謝状態との関連を探る.様々な種類の培養細胞の細胞膜電位の活動にスケール不変なゆらぎが存在することは、以前からの研究によって知られていたが、そのメカニズムに関してはほとんど何も分かっていなかった。特に過去の研究では、主に細胞集団に対して研究が行われていたため、スケール不変性のゆらぎが単一細胞に起因するものかどうかはっきりしていいなかった。そこで本研究では、培養心筋細胞の自発的拍動の性質を広い時間スケールにわたって調べた。ラット新生仔由来の心室筋細胞を初代培養し、顕微鏡上に構成した培養チャンバー内で自発的拍動の様子を数時間にわたって記録し、拍動タイミングの統計的性質を調べた。その結果、他と相互作用のない孤立した細胞について、いくつかの典型的な拍動パターンが見られ、それらの間でゆっくりとした遷移が起こることがわかった。また、いずれのパターンについても拍動のタイミングが長時間スケールで1/f^βゆらぎしていることが明らかになった。さらに、単一細胞レベルにおいてマルチフラクタル性の存在も確認された。以上の実験結果は、簡単な数理モデルによって判定料的に再現できることがわかった。上述のような特徴的なゆらぎを生成する分子的メカニズムについては、現在研究を継続している。予備的な実験によって、心筋細胞に発現しているATP依存性カリウムチャネルが、パターン間の遷移に重要な役割を果たしでいることを示唆する結果を得ている。本研究を進めることによって、単一細胞レベルにおいて活動の恒常性を維持する機構について、新たな知見が得られることが期待される。我々は前年度に,ラット新生仔より単離した培養心筋細胞の拍動タイミングの統計的性質を,特にその長時間スケールでの振る舞いに着目して調べ,その結果,拍動タイミングにべき的な長時間相関が見られることを発見した.本年度は,単一細胞レベルでの自発的拍動タイミングの統計的性質についての特徴付けを進め,さらにべき的長時間相関が生じるメカニズムを探った.その結果,拍動タイミングのべき的長時間相関およびマルチフラクタル性は,細胞の結合数などに依存せずに一般的に見られる性質であることが分かった(Biophysical Journalに論文発表).その後,温度などの培養条件や,細胞の種類を変えて同様の実験を行ったところ,長時間スケールにおける統計的性質はほぼ不変に保たれることが明らかになった.以上の事より,長時間スケールのべき的相関は幅広い条件下で見られる頑強な性質であることが明らかになった(T. Yokogawa and T. Harada,論文投稿中).以上の研究に加えて,拍動タイミングのべき的長時間相関が発生するメカニズムを明らかにするため,薬剤処理の効果の検討,および細胞内因子の可視化を進めた.その結果,タンパク質合成阻害剤の存在下では,ゆらぎの長時間相関が失われることが明らかになり,拍動という細胞機能の揺らぎが遺伝子発現の揺らぎと関係していることが分かった.さらに,細胞の代謝状態の揺らぎを調べるために,細胞内ATP濃度の可視化を行い,細胞の代謝状態をある程度モニターできることを確認できた.今後こうした手法を用いて,細胞機能と遺伝子発現状態や代謝状態との関連を探る.
癌細胞株の薬剤反応トランスクリプトーム解析による分子標的の同定

cDNAアレイによる網羅的遺伝子発現情報の取得により,癌の病態把握・治療選択における多大の進歩がもたらされるであろうと期待されている.癌の個性に合わせた化学療法剤の選択によるテーラーメード医療の実現もその1つである.本研究では癌の抗癌剤感受性とトランスクリプトームとの関係を解析することを目的とする.具体的には多種の癌細胞株の変異データ,DNAアレイデータ,化学療法剤感受性データをニューラルネットワークなどのアルゴリズムにて解析し,化学療法感受性を決定する遺伝子変異および遺伝子発現パターンを明らかにして,抗癌剤感受性予測・修飾のためのターゲット分子を明らかにすることである.研究成果計120系の癌細胞株について化学療法剤感受性と関係の深いp53,PTEN,APC癌抑制遺伝子について完全に変異の有無とその変異内容を同定した.p53変異は120系中91系に,PTEN変異および発現消失は120系中18系に,APC変異および発現消失は120系中20系に認めた.さらに114系の細胞株につきDNAアレイ解析を施行,p53変異の有無を各種コンピュータアルゴリズムを使ってパターン識別できるかを検討した.その結果,特徴選択アルゴリズムをk-nearest neighbor法と組み合わせて,パターン識別に重要な遺伝子を数10種200種に絞り込み,それをニューラルネットワークの学習データセットとして用いるのが最適であることが判明した.この方法を薬剤感受性のトランスクリプトーム識別に応用する実験・解析を現在施行中である.cDNAアレイによる網羅的遺伝子発現情報の取得により,癌の病態把握・治療選択における多大の進歩がもたらされるであろうと期待されている.癌の個性に合わせた化学療法剤の選択によるテーラーメード医療の実現もその1つである.本研究では癌の抗癌剤感受性とトランスクリプトームとの関係を解析することを目的とする.具体的には多種の癌細胞株の変異データ,DNAアレイデータ,化学療法剤感受性データをニューラルネットワークなどのアルゴリズムにて解析し,化学療法感受性を決定する遺伝子変異および遺伝子発現パターンを明らかにして,抗癌剤感受性予測・修飾のためのターゲット分子を明らかにすることである.研究成果計120系の癌細胞株について化学療法剤感受性と関係の深いp53,PTEN,APC癌抑制遺伝子について完全に変異の有無とその変異内容を同定した.p53変異は120系中91系に,PTEN変異および発現消失は120系中18系に,APC変異および発現消失は120系中20系に認めた.さらに114系の細胞株につきDNAアレイ解析を施行,p53変異の有無を各種コンピュータアルゴリズムを使ってパターン識別できるかを検討した.その結果,特徴選択アルゴリズムをk-nearest neighbor法と組み合わせて,パターン識別に重要な遺伝子を数10種200種に絞り込み,それをニューラルネットワークの学習データセットとして用いるのが最適であることが判明した.この方法を薬剤感受性のトランスクリプトーム識別に応用する実験・解析を現在施行中である.
口腔扁平上皮癌の癌関連遺伝子解析による分子標的治療への応用に関する基礎的研究

口腔扁平上皮細胞株21株に対してアレイ解析を行い、コピー数増幅のみられた6番染色体に注目して解析を進めた。増幅をみとめたTosca55細胞株の6q22領域にamplicon mapを作成し、FISH解析を行ったところ、約3.5Mbの増幅領域を認めた。この3.5Mbの増幅領域に関してゲノムデーターベースにより標的遺伝子の選択を行い、8つの遺伝子に着目し、RT-PCRをおこない発現レベルを検討したところ、3つの遺伝子に増幅がみとめられた。今後この4つの遺伝子に着目し更なる機能解析・臨床検体による解析を検討する予定である。今回の研究の目的は、高精度且つ高密度なゲノムアレイを用いた口腔扁平上皮がん(OSCC)細胞株の潜在的ゲノムコピー数異常の網羅的解析、ならびに同解析で見出された候補遺伝子の詳細なエピゲノム解析を行ない、新規OSCC関連遺伝子の単離・同定を行うことである。4q35に座位する遺伝子メラトニン受容体1A(MTNR1A)をOSCC抑制遺伝子候補として見出し、OSCC臨床検体での免疫染色では、MTNR1Aの発現低下で予後不良の傾向が認められ、MTNR1AがOSCCの進展や悪性度の獲得に関わる独立した予後因子であることが示唆された。MTNR1A遺伝子のMutation analysisを口腔癌細胞株で行っている。また、咽頭癌でも臨床検体を集め、免疫染色を施行し他の癌でのMTNR1A発現についても解析をすすめている。また、口腔癌のアレイ解析でゲノムコピー数異常が新規に検出されてきた6q22領域にFISH法を行い、3.5Mbのコピー数の増加を確認した。同領域に座位する遺伝子をデーターベースにて解析し、詳細な地図を作成し、他の癌に関与していると報告のある8つの標的遺伝子を選択した。今後標的遺伝子に対してRT-PCRを行い、mRNAレベルでの発現、蛋白レベルでの発現解析を行い、口腔癌関連遺伝子を選択し、探索していく予定である。研究の目的は、高精度且つ高密度なゲノムアレイを用いた口腔扁平上皮がん(OSCC)細胞株の潜在的ゲノムコピー数異常の網羅的解析、ならびに同解析で見出された候補遺伝子の詳細なエピゲノム解析を行ない、新規OSCC関連遺伝子の単離・同定を行うことである。MTNR1A遺伝子のMutation analysisを口腔癌細胞株で行った。同領域に座位する遺伝子をデーターベースにて解析し、詳細な地図を作成し、他の癌に関与していると報告のある8つの標的遺伝子を選択し、標的遺伝子に対してRT-PCRを行い、mRNAレベルでの発現解析を行い、増幅が確認できた遺伝子を口腔癌関連遺伝子の候補として選択した。
キリスト教教育における「信仰」の連続的側面と非連続的側面に関する考察

本研究は、キリスト教教育における「信仰」の概念を教育学の次元で促え直すことが目的であった。当初、「発達」と「覚醒」をキーワードに信仰の緒側面を分析する予定であったが、限られた時間と予算を考え、信仰の非連続的側面を中心に研究を進めた。そのため、連続的側面は、「信仰」の「発達段階」をまとめたジェームズ・W・ファウラ-、及び彼の理論の源であるジャン・ピアジェの文献検索と文献収集にとどめた。研究過程において、非連続的側面を神と人間との関係として促えることにより、さらに非連続の中にもいくつか層が見えてきた。この複雑な構造をもつ信仰概念を分析するために、ある特定の人物の信仰概念に沿って考察する方が賢明と考え、今世紀の代表的弁証法神学者カ-ル・バルトと実存哲学者カ-ル・ヤスパースを取り上げた。バルトの「啓示信仰」は、イエス・キリストの「啓示」を中心とし、「啓示」において神と人間は連続的関係を保つとしている。つまり、神の側から人間へ至る道をイエス・キリストによって神学的に位置づけているが、反対に人間から神に近づく道は非連続的である。一方、ヤスパースの「哲学的信仰」において、人間から神への認識過程は、連続的であり、「暗号解読」という特殊な方法論によって「実存」の領域において可能となる。これに対し、神から人間への道は非連続的である。以上から、「信仰」を連続・非連続という二元的構造で分析する際、キリスト教教育においてイエス・キリストをどう促えるかが重要な課題となってくることが明らかになった。今後、イエスを神と人間の両方の側から考察する必要がある。彼らの「信仰」概念の比較・分析は、「キリスト教教育における信仰の連続的側面と非連続的側面-バルトとヤスパース-」と題して、平安女学院短期大学紀要No.26に掲載する。
次世代型ソフトウェア開発のための統計的プロセス管理法に関する研究

これまでの品質指向ソフトウェアマネジメントのための統計的プロセス管理法の実践に関する研究を前進させて,特にOSS(オープンソースソフトウェア)に対する,総合的ソフトウェア品質管理におけるプロセス品質と最終プロダクト品質とを結びつけて可視化するプロジェクト評価法を提案した.このとき,パラメトリックアプローチとして,OSSプロジェクトにおけるフォールト検出数に対して確率微分方程式を導入してモデル化し,継続したOSSの利用可能時間の割合を示す稼動率によりプロジェクト評価を行った.また,ソフトウェア故障発生時間間隔に対して組込みOSSの特性を反映したハザードレートを仮定して,同様の稼動率を導出してプロジェクト評価を行った.一方,ノンパラメトリックアプローチとして,機械学習(ディープラーニング)に基づいて,バグトラッキングシステム上の登録フォールトの重要度を識別し,ソフトウェア信頼性評価尺度の1つである平均ソフトウェア故障発生時間間隔を推定して信頼度成長傾向を把握する方法についても提案した.ここで,研究協力者と実際プロジェクトへの本統計的プロセス管理法の適用可能性検討会も実施した.その上で,OSSプロジェクトに対する品質指向ソフトウェアマネジメントを効率的に実践するための統計的プロセス管理法のツール化を図った.さらに,OSSプロジェクトのプロセス品質のみならず,OSSの運用と保守に関する開発工数を予測することにより,OSSプロジェクトの進捗安定性を定量的に評価するために,安定稼動を目指した投入開発工数に基づくプロセス成熟度(開発進捗度の十分性)評価についても議論した.本年度は,次世代型ソフトウェア開発プロジェクトとして有望な,OSS開発とアジャイルソフトウェア開発を取り上げて,これらのプロジェクトに対する統計的プロセス管理のための管理メトリクスと,これを用いた管理図の設計に関する研究を行った.研究内容は以下のとおりである.(1)一般工業製品の統計的品質管理手法として多用される管理図による工程管理法と,ソフトウェア信頼度成長モデルを用いた管理図に基づくプロジェクト進捗管理法を想定し,統計的プロセス管理法を考えた.これらを次世代型ソフトウェア開発に導入するにあたり,開発進捗度単位としては時間(工数),実現規模,イテレーション等を,プロセスの管理メトリクスとしてはレビューでの欠陥検出率やテストでのフォールト検出率等を検討・整理した.開発進捗度単位として,OSS開発ではバグトラッキングシステムに対する報告時間を,アジャイル開発ではイテレーション数を選択した.(2)(1)で整理した開発進捗度と管理メトリクスの中でプロセス変動(特にプロセス平均)を記述するのに最適なものを抽出する.その結果,OSS開発ではバグトラッキングシステムに対する報告時間と瞬間フォールト発見率(単位時間当りの検出フォールト数)との関係を,アジャイル開発ではイテレーション数と開発規模当りおよびテストケース数当りの累積フォールト数との関係を見ることにした.(3)(2)で考察した関係を管理図法に展開した.OSS開発では,ソフトウェア信頼度成長モデルの瞬間フォールト発見率に対する回帰分析結果に基づいて,その信頼限界を用いて設定した.アジャイル開発では,3σ(シグマ)法に基づくu管理図をそのまま適用して設定した.次世代型ソフトウェア開発プロジェクトとして有望な,OSS開発とアジャイルソフトウェア開発を取り上げて,これらのプロジェクトに対する統計的プロセス管理のための管理メトリクスを抽出し,これを用いた管理図を設計できた.これらに関する研究成果を以下の論文でも発表できた.[2]山田茂、「OSSプロジェクトデータに基づく統計的プロセス管理法とその応用に関する研究」,日本オペレーションズ・リサーチ学会誌,Vol. 61, No.10, pp. 666-667, 2016年10月.[3]紀伊良祐,山田茂,「アジャイル開発プロジェクトに対する品質評価法に関する一考察」,プロジェクトマネジメント学会2016年秋季研究発表大会論文集,pp. 185-186,2016年9月.品質指向ソフトウェアマネジメントのための統計的プロセス管理法の実践に関する研究を行った.具体的には,以下の手順と方法に基づいて研究を推進した:(1)次世代型ソフトウェア開発プロジェクトであるオープンソースソフトウェア(OSS)開発とアジャイル開発に対してフォールト検出率をプロセス平均として,実際のプロジェクトデータを使ってこれが減少化傾向を示すことを確認した上で,これが所定の目標値を達成するかどうかを可視化する管理図法の考え方が開発進捗度を把握するために有効であることを示した.ここで,管理図法の品質管理モデルとして,非同次ポアソン過程に基づく2つのソフトウェア信頼性モデルを適用した.1つはソフトウェアプロジェクトにおける検出フォールト数とフォールト検出率の関係を見る対数型ポアソン実行時間モデルを,もう1つは観測時間とフォールト検出率の関係を見るワイブル過程モデルである.(2)(1)の管理図法に基づく統計的プロセス管理法に,さらに工程能力指数(Process Capability Indes: PCI)を導入して,開発プロセスの統計的安定性を定量的に評価した.PCIは,観測データから計算されるフォールト検出率のバラツキ幅(標準偏差)に対する所定のフォールト検出率の目標幅の比として算出される.(3)次世代型ソフトウェア開発プロジェクトのうち,特にOSS開発については,プロセス品質要因と最終プロダクト品質とを関係付ける統計的プロセス評価のための定量的管理指標について議論した.オープンソースソフトウェア(OSS)プロジェクトに関する統計的プロセス管理法については,バグトラッキングシステム上のフォールト登録日および障害報告件数データに基づいて,当該プロジェクトのソフトウェア信頼性モデルから導出されてフォールト検出率の平均的傾向(プロセス平均)とそのバラツキ(プロセス変動)を把握した上で管理図法の考え方を導入して,OSSプロジェクトの統計的安定性を可視化すると共にプロジェクトの開発進捗度を把握することが可能となった.さらに,管理図法による統計的プロセス管理における定量的プロセス評価のために,工程能力指数(CPI)を導入することにより,統計的安定性を数値化して判断することも可能となった.

これまでの品質指向ソフトウェアマネジメントのための統計的プロセス管理法の実践に関する研究を前進させて,特にOSS(オープンソースソフトウェア)に対する,総合的ソフトウェア品質管理におけるプロセス品質と最終プロダクト品質とを結びつけて可視化するプロジェクト評価法を提案した.このとき,パラメトリックアプローチとして,OSSプロジェクトにおけるフォールト検出数に対して確率微分方程式を導入してモデル化し,継続したOSSの利用可能時間の割合を示す稼動率によりプロジェクト評価を行った.また,ソフトウェア故障発生時間間隔に対して組込みOSSの特性を反映したハザードレートを仮定して,同様の稼動率を導出してプロジェクト評価を行った.一方,ノンパラメトリックアプローチとして,機械学習(ディープラーニング)に基づいて,バグトラッキングシステム上の登録フォールトの重要度を識別し,ソフトウェア信頼性評価尺度の1つである平均ソフトウェア故障発生時間間隔を推定して信頼度成長傾向を把握する方法についても提案した.ここで,研究協力者と実際プロジェクトへの本統計的プロセス管理法の適用可能性検討会も実施した.その上で,OSSプロジェクトに対する品質指向ソフトウェアマネジメントを効率的に実践するための統計的プロセス管理法のツール化を図った.さらに,OSSプロジェクトのプロセス品質のみならず,OSSの運用と保守に関する開発工数を予測することにより,OSSプロジェクトの進捗安定性を定量的に評価するために,安定稼動を目指した投入開発工数に基づくプロセス成熟度(開発進捗度の十分性)評価についても議論した.次世代型ソフトウェア開発プロジェクトであるOSS開発とアジャイルソフトウェア開発に対して,プロセスの出力としてのレビューでの欠陥検出率やテストでのフォールト検出率などのプロセス平均(プロセス変動の平均的傾向)を減少化させて,これらを所定の目標値を含めたQCD目標を達成するための開発進捗度の統計的推測法について議論する.また,プロセス平均を許容限界内に収めるための運用技術についても考察する.さらに,次世代型ソフトウェア開発プロジェクトにおけるプロセス品質要因と,最終プロダクト品質をはじめとする代表的QCD指標とを関係づける.同時に,プロジェクト全体を可視化するようなマネジメント技術としての統計的プロセス管理法を提案する予定である.今後は,これまでの品質指向ソフトウェアマネジメントのための統計的プロセス管理法の実践に関する研究を前進させて,総合的ソフトウェア品質管理におけるプロセス品質と最終プロダクト品質とを結びつける管理指標を提案する.
超高速移動無線通信における周波数領域ブロック信号検出の基礎的研究

次世代移動無線通信システムの基盤技術である超高速シングルキャリア(SC)パケット伝送の実現に向けて,周波数領域ブロック信号検出およびそれを実現するための高精度なチャネル推定技術に関する検討を行った.私がこれまで提案した,QR分解とMアルゴリズムを用いる演算量削減型最尤ブロック信号検出(QRM-MLBD)は,広帯域SC伝送の伝送特性を従来の周波数領域等化に比べて大幅に改善できることを示してきた.また,従来のサイクリックプリフィックス(CP)の代わりに既知のトレーニング系列(TS)を用い,そのTSを信号検出に組み込むことで,伝送特性の劣化なしに演算量を大幅に削減できるブロック信号検出法を確立した.また,そのTSを利用した高精度なチャネル推定を提案し,高効率なSC伝送ブロック伝送を実現した.昨年度までの検討では,チャネル変動への追従を考慮していなかったが,今年度は,TSを利用したSC伝送におけるチャネル変動に追従するための逐次型チャネル推定技術の検討を行った.CPの代わりに挿入されているTSをチャネル推定に用いる場合,データブロックからの干渉が発生する.私は,データブロックからの干渉を抑圧し,かつチャネル変動への追従性も有するチャネル推定手法を提案した.また,分散アンテナネットワーク(DAN)を用いるときのブロック信号検出技術に関する研究も行った.端末の送信アンテナおよび分散アンテナ間の空間・周波数領域伝搬路をまとめて一つの等価チャネルと見なして,DANに適した周波数領域SCブロック信号検出について検討した.提案ブロック信号検出をDANに応用することで,セル境界のユーザの通信品質を向上し,従来のセルラネットワークに比べて非常に優れた周波数利用効率を実現できることを明らかにした.本年度は,上記の研究およびそれに関連した研究に関し,3件の学術論文,4件の国際会議および3件の国内研究会で成果発表を行った.次世代移動無線通信システムにおいて期待されている超高速伝送の実現には,周波数選択性チャネルの克服が不可欠である.このようなチャネルでの信号伝送技術としてこれまで注目されていたのは,最小平均二乗誤差規範に基づく周波数領域等化(MMSE-FDE)を用いるシングルキャリア(SC)伝送である.しかし,MMSE-FDEでは,多値変調を用いた場合にはビット誤り率(BER)特性が理論限界から大きく劣化していた.そこで私は,QR分解とMアルゴリズムを用いる最尤検出の概念を組み込んだ周波数領域ブロック信号検出(QRM-MLBD)を提案し,高多値変調においても理論限界に近いBER特性を実現できることを示してきた.ところで,次世代の超高速移動通信システムでは,高速,高品質かつ高効率なパケットアクセスが要求されている.高効率なデータ伝送を実現する技術として,信号帯域幅を広げることなく伝送レートを向上できるマルチ送受信アンテナ(MIMO)多重が注目されている.またパケット伝送においては,ターボ符号化などの誤り訂正符号化と再送を組み合わせたハイブリッド自動再送要求(HARQ)の採用が不可欠である.そこで本年度は,SC-MIMO多重伝送およびSC-HARQ伝送を対象としたQRM-MLBDについて検討し,その伝送特性改善効果を計算機シミュレーションにより明らかにした.また,QRM-MLBDに既知系列を利用したSC伝送を用いることで,BER特性の劣化なしに受信機における演算処理量を大幅に削減できることも明らかにした.本研究に関し,2件の学術論文,1件の国際会議および3件の国内研究会で成果発表を行った.次世代移動無線通信システムにおいて期待されている超高速パケット伝送の実現に向けて,私はこれまで,QR分解とMアルゴリズムを用いる最尤検出の概念を組み込んだ周波数領域ブロック信号検出(QRM-MLBD)を提案し,従来の最小平均二乗誤差規範に基づく周波数領域等化(MMSE-FDE)に比べてシングルキャリア(SC)伝送の伝送特性を大幅に改善できることを示してきた.また,伝送速度の高速化が期待できる誤り訂正符号と再送を組み合わせたハイブリッド自動再送要求(HARQ)やマルチ送受信アンテナ(MIMO)多重との融合技術についても提案し,その有効性を示してきた.しかし,SC伝送におけるQRM-MLBDは,Mアルゴリズム部における2乗ユークリッド距離の計算に大きな演算量を必要とする.そこで私は,QRM-MLBDの演算処理量の削減技術に関する検討を行った.従来のサイクリックプリフィックスの代わりに既知系列を利用したSC伝送を用い,その既知系列を信号検出に組み込むことで,伝送特性の劣化なしに演算量を大幅に削減できるブロック信号検出法を確立した.また,その既知系列を利用した高精度なチャネル推定を提案し,高効率なSC伝送ブロック伝送を実現した.さらに,分散アンテナネットワーク(DAN)におけるブロック信号検出技術に関する研究も行い,提案ブロック信号検出を用いるDANが従来のセルラネットワークに比べて周波数利用効率を大幅に向上できることを明らかにした.本研究に関し,2件の学術論文,6件の国際会議および4件の国内研究会で成果発表を行った.次世代移動無線通信システムの基盤技術である超高速シングルキャリア(SC)パケット伝送の実現に向けて,周波数領域ブロック信号検出およびそれを実現するための高精度なチャネル推定技術に関する検討を行った.私がこれまで提案した,QR分解とMアルゴリズムを用いる演算量削減型最尤ブロック信号検出(QRM-MLBD)は,広帯域SC伝送の伝送特性を従来の周波数領域等化に比べて大幅に改善できることを示してきた.

また,従来のサイクリックプリフィックス(CP)の代わりに既知のトレーニング系列(TS)を用い,そのTSを信号検出に組み込むことで,伝送特性の劣化なしに演算量を大幅に削減できるブロック信号検出法を確立した.また,そのTSを利用した高精度なチャネル推定を提案し,高効率なSC伝送ブロック伝送を実現した.昨年度までの検討では,チャネル変動への追従を考慮していなかったが,今年度は,TSを利用したSC伝送におけるチャネル変動に追従するための逐次型チャネル推定技術の検討を行った.CPの代わりに挿入されているTSをチャネル推定に用いる場合,データブロックからの干渉が発生する.私は,データブロックからの干渉を抑圧し,かつチャネル変動への追従性も有するチャネル推定手法を提案した.また,分散アンテナネットワーク(DAN)を用いるときのブロック信号検出技術に関する研究も行った.端末の送信アンテナおよび分散アンテナ間の空間・周波数領域伝搬路をまとめて一つの等価チャネルと見なして,DANに適した周波数領域SCブロック信号検出について検討した.提案ブロック信号検出をDANに応用することで,セル境界のユーザの通信品質を向上し,従来のセルラネットワークに比べて非常に優れた周波数利用効率を実現できることを明らかにした.本年度は,上記の研究およびそれに関連した研究に関し,3件の学術論文,4件の国際会議および3件の国内研究会で成果発表を行った.交付申請書に記載した2つの目的(1.演算量削減に関する技術の確立,2.分散アンテナネットワークに適したブロック信号検出法の確立)を達成し,上記に技術に関する研究成果を国内研究や国際会議で発表する他,ジャーナル論文を投稿するなどの成果をあげているため.昨年度は,既知系列を利用したシングルキャリア伝送における高精度なチャネル推定技術に関する検討をシングルアンテナ環境下で行っていた.今後は,マルチアンテナ環境下における既知系列を利用したシングルキャリア伝送における高精度なチャネル推定技術の確立を行っていく予定である.
ヒト軟骨細胞のメカニカルストレスに関連した細胞内情報伝達機構-ストレスの多寡と細胞内情報伝達転換機構-

本研究では,負荷と軟骨破壊との関係,さらにはその機序を明らかにすることを目的として,周期的な伸展負荷が軟骨細胞の増殖,基質合成,軟骨破壊因子の発現におよぼす影響について検討し,以下の知見が得られた。1.DNA,タンパク質およびコラーゲン合成に対する影響15kPaおよび5kPaのどちらの負荷でもDNA合成能,タンパク合成能およびコラーゲン合成能は高頻度のストレスによって有意に低下した。2.プロテオグリカンの蓄積と合成に対する影響ウロン酸量はどちらの負荷でも高頻度のストレスによって有意に減少した。また,15kPaの高頻度のストレスを加えると,プロテオグリカン合成は経時的に減少したのに対し,低頻度のストレスでは,負荷後初期にプロテオグリカン合成がわずかに減少したがその後はほとんど変化しなかった。さらに,15kPaの高頻度のストレスにおいて培養上清中にMMPインヒビターを添加すると,ストレス負荷後のプロテオグリカンの減少が抑制された。3.軟骨破壊因子の遺伝子発現におよぼす影響IL-1,MMP-2 mRNAについては,どちらの負荷群においても負荷後早期に一時的な増加が認められた後,24時間以内には元のレベルにまで戻った。これに対し,MMP-9 mRNAの発現は,15kPa負荷群では24時間まで増加し続けた。4.ゼラチナーゼ分泌に対する影響5kPa負荷群ではMMP-2,MMP-9の産生はともにストレスの影響をほとんど受けなかったが,15kPa負荷群では潜在型および活性型MMP-9さらには潜在型MMP-2の産生が,ストレス負荷後24時間で対照群と比較して明らかに増加した。5.NO産生におよぼす影響高頻度の条件で負荷を加えた場合,NO産生は負荷後48時間以降対照群と比較すると有意に上昇した。本研究では軟骨細胞にフレクサーセルを用いて周期的伸展負荷を加え,メカニカルストレスが軟骨基質の合成,あるいは軟骨破壊因子および成長因子の遺伝子発現に及ぼす影響について検討した。1. HCS-2/8細胞において15kPaおよび5kPaのどちらの負荷でもDNA合成能,タンパク合成能およびコラーゲン合成能は高頻度のストレスによって有意に低下した。2. HCS-2/8細胞において細胞層のウロン酸量はどちらの負荷でも高頻度のストレスによって有意に減少したが。さらに,HCS-2/8細胞に15kPaの高頻度のストレスを加えると,プロデオグリカン合成は経時的に減少したのに対し,低頻度のストレスでは,負荷後初期にプロテオグリカン合成がわずかに減少したがその後はほとんど変化しなかった。3. HCS-2/8細胞において経時的に硫酸化プロテオグリカン量を測定すると,培養上清中にMMPインヒビターを添加すると,ストレス負荷後の[^<35>S]硫酸化プロテオグリカンの減少が抑制された。4.軟骨破壊因子の遺伝子発現におよぼす影響IL-1,MMP-2mRNAについては,どちらの負荷群においても負荷後早期に一時的な増加しか認められなかったが,MMP-9mRNAの発現は,15kPa負荷群では24時間まで増加し続けた。5. 5kPa負荷群ではMMP-2,MMP-9の産生はともにストレスの影響をほとんど受けなかったが,15kPa負荷群では潜在型および活性型MMP-9さらには潜在型MMP-2の産生が対照群と比較して明らかに増加した。本研究では,負荷と軟骨破壊の関係,さらにはその機序を明らかにすることを目的として,周期的な伸展負荷が軟骨細胞の増殖,基質合成,軟骨破壊因子の発現におよぼす影響について検討し,以下の知見が得られた。

1.DNA,タンパク質およびコラーゲン合成に対する影響15kPaおよび5kPaのどちらの負荷でもDNA合成能,タンパク合成能およびコラーゲン合成能は高頻度のストレスによって有意に低下した。2.プロテオグリカンの蓄積と合成に対する影響ウロン酸量はどちらの負荷でも高頻度のストレスによって有意に減少した。また,15kPaの高頻度のストレスを加えると,プロテオグリカン合成は経時的に減少したのに対し,低頻度のストレスでは,負荷後初期にプロテオグリカン合成がわずかに減少したがその後はほとんど変化しなかった。さらに,15kPaの高頻度のストレスにおいて培養上清中にMMPインヒビターを添加すると,ストレス負荷後のプロテオグリカンの減少が抑制された。3.軟骨破壊因子の遺伝子発現におよぼす影響IL-1,MMP-2 mRNAについては,どちらの負荷群においても負荷後早期に一時的な増加が認められた後,24時間以内には元のレベルにまで戻った。これに対し,MMP-9 mRNAの発現は,15kPa負荷群では24時間まで増加し続けた。4.ゼラチナーゼ分泌に対する影響5kPa負荷群ではMMP-2,MMP-9の産生はともにストレスの影響をほとんど受けなかったが,15kPa負荷群では潜在型および活性型MMP-9さらには潜在型MMP-2の産生が,ストレス負荷後24時間で対照群と比較して明らかに増加した。5.NO産生におよぼす影響高頻度の条件で負荷を加えた場合,NO産生は負荷後48時間以降対照群と比較すると有意に上昇した。
自然現象を記述する微分方程式の漸近的性質

斜面上を重力の影響下に流れ下りな非圧縮性粘性流体の表面波を記述する偏微分方程式について得られた結果を挙げる。元になる、粘性流体の自由表面を持つ初期値境界値問題について、初期値が定常解に近ければ任意有限時間で解が存在することが示されている。更に、運動が斜面方向に周期的であるときに、傾斜角が十分小さく、定常解からの初期摂動が十分に小さければ、時間的大域解が得られることを示した。斜面方向の周期性を仮定しない場合について、その線型化問題の安定性については、物理的に導かれたのと同じ形の条件が得られている。しかし、非線型問題を抜うときには、十分な減衰の条件が得られておらず、課題として残されている。斜面方向の周期性を仮定した場合の定常解の安定性について、以下の数値的考察がなされている。ホップ分岐の十分条件となる、線形化問題の純虚数固有値の存在が、数値解析により、確められている。その存在の数学的に厳密な証明は、誤差の解析を含めた検証により為される予定にある。近似方程式(Kortweg-de Vries-Kuramoto-Sivashinsky方程式)が、微小助変数として、深さと波長の比を選ぶとき、その比を0に近づける極限で形式的に導かれている。この近似の数学的正当性については、今後の課題に残されている。近似方程式自身については、ホップ分岐等の結果が得られている。
ナノEELSによる非磁性金属、酸化物膜中の遷移金属クラスターのスピン状態の研究

本研究では、非磁性金属/磁性金属人工格子やナノグラニュラー複合膜の磁性と原子レベルの構造との関係を研究するために、(1)非磁性金属や非磁性酸化物の単結晶膜中に磁性金属クラスターを方位を揃えて埋め込んだ新しいタイプのナノ材料膜を作製する。(2)電子線プローブを局所的にあて、一個の遷移金属クラスターや界面からの透過電子のエネルギー損失スペクトル(EELS)を測定し、そのスペクトルからナノメーター領域のスピン状態を評価する世界で初めての方法を開発する。(3)人工格子膜やナノグラニュラー膜で見いだされた巨大磁気抵抗やスピングラス様の特異な磁性の発現するメカニズムを解明する、ことを行った平成9年度は、(1)FeとCuのクラスターをMgO蒸着単結晶膜に埋め込んだ試料、およびFeクラスターをAgの単結晶膜中に埋め込んだ試料を作製し、その構造を高分解能電子顕微鏡で詳細に研究した。(2)次にEELS分光器の高性能化をおこない、装置の安定性を極限まで高める実験的研究を行った。(3)(1)で作製した試料のコアロスピークを測定し、そのL3、L2ピークの比を系統的に採取し、そのスピン状態を計測した。その結果FeクラスターはMgO中で2nmのサイズになっても一個一個のクラスターは強磁性的なモーメントを持っていることが判明した。
インテグレーション超高周波デバイス用新規プラナ型フェライト薄膜の開発

電子通信機器の小型化・高性能化にともない、高い周波数帯域で優れた高周波磁気特性を有する磁性薄膜の開発が切望されている。しかし、スピネル型フェライトに代表される従来の磁性材料は、高周波で透磁率が急激に低下し使用できない。我々の研究グループでは、理論的に優れた高周波磁気特性を持つことが期待されるプラナ型フェライトに注目し、その薄膜の作製に世界ではじめて成功した。その特徴は、金属イオンが均一に分散固定される錯体重合法を用いて原料溶液を調製し、コーティング法により薄膜を作製した点である。そこで本研究では、プラナ型フェライト薄膜のグローバルインテグレーションを目標に、1.薄膜の膜質向上(平滑性・クラック等)を目的として、原料溶液組成の検討2.薄膜の焼成温度の低温化を目的として、基板材料の検討を行った。その結果、平滑かつクラックの無いプラナ型フェライト薄膜の作製のためには、原料溶液の混合比を、金属:クエン酸:エチレングリコール=1:4:12とすること、溶液のpHはpH<1とすること、そして粘度については10mPa・s以下とすることを明らかにした。また、種々の貴金属基板上に成膜した結果、プラナ型フェライト(Y型六方晶フェライト)の結晶化には、一般的に1000°C以上の高温焼成が必要とされるが、Ag基板を用いたときのみ特異的に結晶化温度が低下し、800°Cの低温においてプラナ型フェライト薄膜が成長することを見出した。得られたプラナ型フェライト薄膜の高周波磁気特性を評価し、改善することが今後の課題である。
電荷敏感型赤外検出器(CSIP)の量子効率に資するプラズモン効果の研究

平成30年度は、20μm以上の長波長側CSIPに拡大して下記のように研究を行った。20μm以上の長波長側CSIP設計のため、上部量子井戸の厚さとSiドーピング濃度、量子井戸の障壁高さなどを調節しながら、シミュレーションによりサブバンド間遷移確率を計算して、検出波長を20μm以上になるように設計した。Si基板上に設計した構造を分子ビームエピタキシャル法で成膜し、ナノギャップアンテナを持つCSIP素子を作製して光特性を評価した。分光特性の測定結果、検出波長が20.3μmから24.5μmまで設計された多くのCSIP素子が18.5μm付近でディップ構造をもつ二つのピーク(17.5μmと19.6μmもしくは17.5μmと20.5μm)が測定され、設計よりかなり短波長側にピークが移動及び、ビーク分離が見られた。これは短波長側にピークシフトを起こす量子井戸内のDepolarization効果以外に、18.5μm近傍にGaAsの2LOフォノン吸収による影響も考える必要が有ることが分かった。本研究の目的は,電荷敏感型赤外検出器(CSIP)における特異な量子井戸構造に着目し,そこにプラズモニックナノ・マイクロ構造による光カプラ効果と,キャビティー効果を取り入れて,入射光との結合を格段に増大することで,検出器としての量子効率の顕著な向上を図ることである.平成28年度は,研究目的に沿って下記の3項目の研究を行った.(1)光カプラ解析方法の確立:異なる検出波長を持つCSIPそれぞれに適した光カプラの設計及び解析のため,FDTD法によるシミュレーションを検討した.表面プラズモン共振で有効電場を生成する従来の金属の2次元格子構造(Cross-hole array構造)を主な対象として,有効電場分布や電場強度の波長依存性,裏面入射効果などの解析方法を確立した.(2)光入射方向の検討:裏面入射によって量子効率が向上するというシミュレーション結果が得られている.それを実験的に検証するため,Cross-hole array構造の光カプラを持つCSIPを作製し、表面/裏面入射による光応答特性を評価した.その結果,量子効率は表面入射で12%であったのに対し,裏面入射では26%と表面入射より2.1倍高い量子効率が確認でき,裏面入射が量子効率向上に有効である事が分かった.(3)ナノギャップアンテナの導入:新たな光カプラ構造として,表面プラズモンによる顕著な電場増強効果が期待されるナノギャップアンテナ構造を新たに導入した.作製したナノギャップアンテナ構造は,幅10 μmで315 μmのさまざまな長さを持つ形で,CSIPのMesa構造の段差を利用してAuの斜め蒸着により最小25 nmのギャップを作製した.量子効率を計測した結果,16 %にいたる向上を示し,従来のアンテナより高量子効率を得ることができることを示した.平成28年度は,(1)有効的な光入射方向を確立と(2)プラズモニックアンテナ構造の設計を目指すことを目標とした.(1)については、裏面入射を検討し大きな量子効率の向上が確認できた.(2)についてはFDTD法によるシミュレーションで光カプラ解析方法の確立し,アンテナ構造の最適化が可能になった.実験によるアンテナ効果の評価も進めながら,ナノギャップアンテナのような新たなアンテナ構造も導入し量子効率向上を確認した.以上,設定した目標を達成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.(1)ドーム型キャビティー構造の導入:ドーム型キャビティーを金コーティングされたGe半球レンズで作製し裏面入射測定系で光検出特性評価実験を行った.入射光はキャビティー構造によりサンプルに戻ることで光検出効率の向上が予想されるが,実験結果では量子井戸の移動度が下がり光検出効率の顕著な向上は見られなかった.これはキャビティーの固定に使ったフォトレジストがサンプル表面まで広がり移動度の低下をもたらす事が原因で,キャビティー配置に改善余地が有ることが分かった.(2)ナノギャップアンテナの最適化:CSIP上にナノギャップアンテナを幅10μm,215μmの長さを持つ形で,70 nmと100 nmのギャップを持つように作製した.光応答の計測結果,表面プラズモン共鳴が起きる波長に近い長さを持つナノギャップアンテナが最大光信号を示すこと、ギャップが短いサンプルが強い電場増強効果をもたらすことが実験的に確認できた.さらに,ナノギャップアンテナの有効電場がサンプルエッジに集中しているため,CSIPのソースドレイン(SD)チャンネル幅が広いサンプルではCross-hole arrayアンテナが,幅が細い場合はナノギャップアンテナが優勢な信号をもたらす結果が得られ,サンプル構造に適したアンテナ選択の必要が有ることが分かった。(3)多色検出器におけるプラズモニックアンテナ効果:3色CSIPのアンテナとしてCross-hole array構造を採択し,シミュレーション解析で三つの検出波長に対して有効電場が最大になるようにアンテナ周期を決めてサンプルを作製した.その分光特性計測結果,プラズモン共鳴周波数が異なるアンテナ周期を使うことによって、選択的な光検出が可能なことが分かった。さらにアンテナにバイアス電圧を印加して量子井戸の電子密度を調節することによって、分光特性Tuningの可能性を明らかにした。平成29年度は,CSIPにプラズモニックナノ・マイクロ構造を作製・評価し、量子効率向上に最適なアンテナ構造の確立を目標とした.そのため,シミュレーションに基づいて設計したプラズモンックアンテナ構造を、実際にCSIP上に作製し評価することによって,異なる検出波長でも最適なアンテナ構造により高効率の光検出ができることを確認した.