hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
酪農の環境汚染による外部不経済と内部化に関する評価と費用負担の環境経済学的研究

本研究は,酪農のふん尿による環境汚染を非点源汚染と位置づけ,外部不経済の経済的評価,外部不経済の内部化費用の経済評価と費用負担について,環境経済学と公共経済学の視点から分析することを目的としている.農業の外部不経済に関する経済学的研究は,国内では十分な研究成果があるとはいえない状況にあり,農林業一般の外部不経済を内部化する方策についての貴重な基礎研究となることが期待される.具体的には,以下の分析課題を設定している.1.CVM(仮想市場評価法),コンジョイント分析による外部不経済の貨幣評価.2.コンジョイント分析などによる酪農家負担での外部不経済の内部化費用評価.3.外部不経済内部化費用負担のルール設定に関する実証的分析.昨年度は,分析課題1および2について取り組んだ.1.については,北海道西紋地域(紋別市,興部町,雄武町,滝上町,西興部村)の住民を対象として,CVMによる酪農家畜ふん尿の外部不経済を経済評価した結果,約2.1億円の外部不経済が発生していることを明らかにした.2.については,札幌・帯広住民を対象として,選択型コンジョイント分析による普通牛乳のエコラベル評価を実施した.本年度は,3.に関して,2.で明らかにされたエコラベルの評価額が複数年にわたって安定的に推計されうるかを確認し,費用負担の可能性について検討した.分析の結果,エコラベル付加牛乳の評価額は,絶対額においてばらつきが見られるものの,常にプラスであった.したがって,この分析結果から,消費者が環境対応を実施して生産された普通牛乳に対して追加的な支払意志があることが示され,エコラベルによる付加価値化という,費用負担の可能性が示された.この消費者負担許容額は,酪農家の環境対策による環境便益ととらえることができる.したがって,消費者評価を含めた酪農家の環境対策による便益を酪農家の費用負担と比較検討する費用便益分析をおこなうことが必要であるが,今後の課題としたい.本研究は,酪農のふん尿による環境汚染を非点源汚染と位置づけ,外部不経済の経済的評価,外部不経済の内部化費用の経済評価と費用負担について,環境経済学と公共経済学の視点から分析することを目的としている.農業の外部不経済に関する経済学的研究は,国内では十分な研究成果があるとはいえない状況にあり,農林業一般の外部不経済を内部化する方策についての貴重な基礎研究となることが期待される.具体的には,以下の分析課題を設定している.1.CVM(仮想市場評価法),コンジョイント分析による外部不経済の貨幣評価.2.コンジョイント分析などによる酪農家負担での外部不経済の内部化費用評価.3.外部不経済内部化費用負担のルール設定に関する実証的分析.昨年度は,分析課題1および2について取り組んだ.1.については,北海道西紋地域(紋別市,興部町,雄武町,滝上町,西興部村)の住民を対象として,CVMによる酪農家畜ふん尿の外部不経済を経済評価した結果,約2.1億円の外部不経済が発生していることを明らかにした.2.については,札幌・帯広住民を対象として,選択型コンジョイント分析による普通牛乳のエコラベル評価を実施した.本年度は,3.に関して,2.で明らかにされたエコラベルの評価額が複数年にわたって安定的に推計されうるかを確認し,費用負担の可能性について検討した.分析の結果,エコラベル付加牛乳の評価額は,絶対額においてばらつきが見られるものの,常にプラスであった.したがって,この分析結果から,消費者が環境対応を実施して生産された普通牛乳に対して追加的な支払意志があることが示され,エコラベルによる付加価値化という,費用負担の可能性が示された.この消費者負担許容額は,酪農家の環境対策による環境便益ととらえることができる.したがって,消費者評価を含めた酪農家の環境対策による便益を酪農家の費用負担と比較検討する費用便益分析をおこなうことが必要であるが,今後の課題としたい.
ミダゾラム・フェンタニール麻酔時の心拍変動のカオス解析

交付申請書に記載した方法に、以下の変更を加え、研究を行った。(1)解析方法を、非線型カオス解析を中心に据え、PD2と新たにLyapunov Exponents(LEs)を求める方法を開発し、解析に使用した。(2)対象を、犬から人に変更し、プロポフォール主体の全身麻酔の周術期と、イソフルラン麻酔中の心拍変動の各非線型解析を行った。(3)新たにラットに自律神経作動薬を投与し、非線型解析各パラメーターの変化を解析する研究を追加した。以下に結果を記す。1.プロポフォール主体の全身麻酔周術期の心拍変動非線型解析プロポフォール主体の全身麻酔によりPD2は、麻酔前が3.25【plus-minus】0.64から、1.75【plus-minus】0.47に減少し、LEsも0.41【plus-minus】0.11から、0.15【plus-minus】0.08に減少し、心拍変動のダイナミクスは、複数さもカオス性も減少することが分かった。また、これらは、術語2時間で、正常に復した。(第44回日本麻酔学会総会で発表予定。2.イソフルラン麻酔中の心拍変動非線型解析3.ラットにおける自律神経活動と心拍変動各非線型解析パラメータ現在データ収集中である。以下に結果を記す。
新しい有機Teを用いたCdTeーSnTe量子井戸超格子の作製と赤外線デバイス

減圧有機金属気相法(MOCVD)を用いて,(100)GaAs基板上にCdTeとSnTeを育成し,それぞれの膜の光学的性質を調らべることによってCdTe/SnTeからなる量子井戸構造に基づいた赤外線デバイスの可能性を研究した。高品質CdTeとSnTeを育成する条件を探るために,出来るだけ低温成長を行い,有機Teとして分解効率の高いジアリル(DA)Teとジメチルジ(DMD)Teを用いた。また,CdとSnの有機ガスとしてジメチル化合物を使用した。さらに,Teガスのクラッキングを行い,200°C程度の成長温度においてエピタキシアル成長を実現さした。得られたCdTe膜はDMDTeを用いた場合,1.589eVにアクセプタ-束縛励起子の発光が観測され,これまでジメチルTeから育成した膜と同一の品質を持つことがわかった。SnTeの成長も,CdTeと同一の条件で行なったが,多結晶の膜であり立方晶型は得られなかった。これは,GaAs基板との格子定数の差と結晶構造のちがいに起因していると考えられるため,数10A^^°程度の薄いSnTe膜を育成する必要がある。YAGレ-ザを用いて光伝導の測定を行った所,得られた膜の少数キャリア(電子)の寿命は数M秒であった。CdTeとSnTeから成る量子井戸構造について伝導帯の不連続値について,ひずみを考慮した理論解析を行った。SnTe量子井戸屏の厚みを数10A^^°でCdTe障壁屏を数100A^^°としたとき,タイプIの配列が予想され,電子の量子化準位はSnTe中で約200meVとなる。これは,5μm帯の赤外線の波長に対応する光学遷移を起すのに充分である。さらに,SnTe膜厚を変化さすことによって,波長領域を変化さすことも可能である。以上のことから,これまで提案されているCdTe/HgTeで問題となっているHgの不安定性の問題のない赤外線デバイスがCdTe/SnTeで実現出来る可能性があることが明らかになった。
高分子結晶ケージに収容された低分子の運動性に関する中性子散乱法による研究

シンジオタクチックポリスチレン(sPS)がその結晶格子内に低分子をゲストとして取り込んで共結晶を形成する。このsPS/低分子共結晶におけるゲスト交換過程を中性子小角散乱法を用いて調べて、sPS共結晶中におけるゲスト分子の拡散性を評価に成功した。更に放射光を利用したX線小角・広角同時測定、赤外分光測定等の手法も活用して、ゲスト交換現象における結晶格子や高次構造の変化を明らかにした。また、エチレンオキシド基を繰り返し単位とする高分子量の化合物もゲストとして導入可能であることを示した。シンジオタクチックポリスチレン(sPS)は、低分子化合物をゲストとして結晶領域に取り込んだ高分子・低分子複合体を形成する。ここでは、(T_2G_2)_2コンフォメーションをとるsPS鎖が並列して高分子シート構造をつくり、そのシード間に生じる単位格子当たり2個のケージにゲスト分子が導入されている。適当な処理をおこなうことでゲスト分子を他の分子に置換することでき、種々の低分子化合物を結晶領域内に導入できることが明らかになってきた。本研究は、当初ケージ内におけるゲスト分子の運動性ならびにゲスト分子のケージ間拡散運動の二本立て研究する予定であったが、海外の連携研究者の都合によりケージ間拡散運動の研究に集中することにし、ミュンヘン工科大学内に設置されているFRM II炉を中性子線源とした小角散乱装置KWSを利用してゲスト交換過程を追跡することを計画した。この中性子実験のために、バックグランドとなる非干渉性散乱の少ない重水素化sPSを合成を合成し、試料として用いた。中性子小角散乱実験を行い、この重水素化試料と溶媒蒸気曝露ゲスト交換法により良好な散乱データが得られることを確認した。この実験では、より重合度の高いsPS試料が必要であること、蒸気曝露装置に改良が必要なことが明らかになった。来年度6月に予定されている次回の中性子散乱実験に向けて、重水素化8PS試料と実験装置の準備を進めた。一方、中性子散乱実験と並行して、KEK(つくば)の放射光施設を利用して、ゲスト交換過程における構造変化を追跡する実験を行っている。新旧ゲストの組合せの違いにより、ゲスト交換における構造変化に違いが見られることが明らかになった.シンジオタクチックポリスチレン(sPS)は、低分子化合物をゲストとして結晶領域に取り込んだ高分子-低分子複合体を形成する。ここでは、(T_2G_2)_2ラセン鎖形態をとるsPS鎖が並列して高分子シート構造をつくり、そのシート間に生じる単位格子当たり2個のケージにゲスト分子が導入されている。適当な処理をおこなうことでゲスト分子を他の分子に置換することできる。この現象を利用すると種々の低分子化合物を結晶領域内に導入できることが明らかになってきた。このsPSのゲスト交換過程をミュンヘン工科大学内に設置されているFRM II炉を中性子線源とした小角散乱装置KWSを利用して追跡することを計画して実験を行い、中性子小角散乱によりゲスト交換に関する有用な情報が得られることを実証した。しかしその後、FRM II炉が定期検査に入り、また定期検査後の立ち上げが周辺装置の不具合等の原因で非常に遅れることが判明したために、以下の二点を中心にした研究を行った。1.エチレングリコール(C_2H_4O)_n骨格をもつ分子が、sPSの結構格子と親和性が高いことを見出した。この骨格構造をもつ線状化合物であるポリエチレングリコールオリゴマー、そして環状化合物であるクラウンエーテルがsPSの結晶格子内に導入されて包接化合物を形成することを明らかにした。2.KEK(つくば)の放射光施設を利用して、ゲスト交換過程における構造変化を追跡するX線小角および広角散乱実験を行った。通常の単に分子が入れ替わるゲスト交換では結晶のラメラの周期には変化が生じない。しかし、空孔内のゲスト分子が一個から二個に増加する交換過程においては、ラメラ周期の増大を伴うことが判明した。ミュンヘン工科大学に設置されているユーリッヒ中性子科学研究センターの中性子小角散乱装置KWS-1およびKWS-2を利用して、シンジオタクチックポリスチレン(sPS)の共結晶が示すゲスト交換過程を追跡した。今回は気相から供給してゲスト交換を行うことができる比較的小さな化合物について中性子小角散乱実験を行い、ゲスト交換が確かに結晶領域において進行することを確認し、同時に結晶領域におけるゲスト分子の拡散性の評価をおこなった。この評価を行うために、全水素化分子と全重水素化分子とのゲスト交換では結晶領域の散乱長密度が著しく変化することを利用して、結晶領域ラメラに由来する中性子小角散乱強度の経時変化を測定した。得られた散乱強度の経時変化データを、結晶領域における低分子を振る舞いを一次元拡散モデルで近似して解析した。その結果、結晶領域におけるゲスト交換の時の拡散係数は非晶領域の拡散係数よりも7桁程度も小さな値を示すこと、またゲスト分子の分子容が増大するに従ってゲスト分子の拡散性が著しく低下することを明らかにした。分子量が大きい化合物の場合には、液相からゲスト交換を行うことが必要である。

このような比較的大きな化合物が示すゲスト交換過程における構造変化を、高エネルギー加速器機構放射光施設(つくば)を利用して、時間分解X線小角・広角散乱同時測定により追跡した。その結果、結晶領域におけるゲスト交換は、結晶ラメラの周期が拡大する高次構造の変化を伴うこと、そしてこの構造変化はある一定の潜伏期間を経たのちに開始されることが明きからになった。嵩高い分子のゲスト交換は、添加剤を混合すると、しばしば著しい促進効果が得られる。この添加剤効果についても調べ、添加剤により潜伏期が著しく短縮されることを明らかにした。24年度が最終年度であるため、記入しない。
ヘテロクロマチン領域形成にかかわるDNA配列の解析

昨年度に引き続き、ライムギの過剰へテロクロマチン領域に局在する縦列型反復配列であるJNKファミリー配列をもとにした、人工ヘテロクロマチン領域の作製を行った。昨年度作製した1.2kbの反復単位を7単位含むプラスミドインサートをライゲーションにより約200kbの長さに縦列連結し、長鎖DNAが維持可能なベクターへの挿入を試みた。しかし、導入した断片は大腸菌内では安定に維持されず、10kb程度になってしまった。大腸菌株やベクターを組換えを抑制しインサートの安定性を増すように設計されたものに変更し、同実験を試みたが同様な結果しか得られなかった。本研究室では日常的にPAC系のベクターを使った長鎖DNAライブラリーの作製が動いているにもかかわらず、他のヘテロクロマチン領域由来の他の縦列型反復配列で同様の実験を行っても同様な結果しか得られない。このことから、この種の配列は大腸菌内で安定に維持できないもしくは人工的に連結を行う系に問題があると考えられた。平行して、約200kb以上に人工連結したヘテロクロマチン領域由来の配列をクローン化せずに直接マウス細胞への導入を試みた。この実験においても長鎖DNAを含むサンプルははコントロールのプラスミドのみのものに比べて著しく低い形質転換効率しか得られなかった。高濃度に濃縮した長鎖連結DNAが形質転換の系に悪影響を及ぼしている可能性がある。得られた形質転換細胞の染色体観察を行ったが、付加的なヘテロクロマチン領域を示すものは得られなかった。ライムギの過剰へテロクロマチン領域に局在するJNKファミリー配列の1.2kbの反復単位から長鎖反復領域を作るための第一段階として、この反復単位を7単位縦列に連結し、pUC18ベクターヘクローン化した。このインサートの末端にそれぞれ制限酵素BamHIとBglIIのサイトを付加した。これらの制限酵素は、互いに連結可能な突出末端を生じるので、ligaseと両制限酵素を同時に働かせることにより、このインサートをさらに縦列連結し、およそ200kbの長鎖反復領域を得た。ベクターにBAC、大腸菌にDH10B株を用いて、この長鎖反復領域のクローン化を試みたが、この領域は大腸菌内では安定に維持されず、10kb以下になってしまった。ベクターにPAC、大腸菌に組み換え能を持たないSTBL4を用いるなど、解決をはかったが、現在のところ安定に維持できていない。平行して、200kbの長鎖反復領域のマウスFM3A細胞への形質転換を行った。長鎖反復領域とマーカー遺伝子をエレクトロポレーションによりコトランスフォームした。長鎖反復領域を含む系はDNA濃度が著しく濃くなってしまうため、マーカー遺伝子のみのコントロールに比べて形質転換効率は約10分の1であった。これまでに得られた形質転換体にJNK配列を含みヘテロクロマチン領域を示すものは無かった。現在、長鎖反復領域を安定に形質転換するためにDNA濃度にあまり影響を受けないリポフェクションの系の導入を試みている。
認知言語学的観点を取り入れた格助詞の意味のネットワーク構造解明とその習得過程

1)日本語の格助詞の体系的な特徴づけを行った。ガ:プロセス的把握ではプロファイルされた動力連鎖の最上流にあって、最大の際立ちが与えられた参与者(プロトタイプとしては動作主)を表す。存在論的把握では、ニ格で表される場所に位置づけられる存在物を表す。両者は「表現の対象としてプロファイルされた部分の中で、最大の際立ちを与えられた参与者」というスキーマを共有している。ヲ:ガ格で表された参与者を起点とした動力圏の内に存在する受動的な参与者を示す。プロトタイプとしては被動作主や移動主であるが、知覚、所有、能力、感情などの経験的な事態では経験対象である。ニ:プロセス的把握では、ガ格で表された参与者(プロトタイプとしては動作主)を起点とした動力圏の外にある自立的で能動的な参与者を示す。存在論的把握では、ガ格で表される存在物(モノ)が位置づけられる場所を表す。両者は「ガ格で表された参与者に対峙する」というスキーマを共有している。デ:前景を構成する動作連鎖全体に対し、ある背景を補足的に示す。プロトタイプとしては背景としての場所を表す。時間、道具、原因、様態などの用法はプロトタイプとしての場所用法からの拡張的用法である。ヘ:プロセス的把握において、移動のプロセスをベースとし、その経路をプロファイルする。カラ・マデ:プロセス的把握で、カラは起点、マデは着点をプロファイルする。2)格助詞デを取り上げ、その様々な意味・用法がどのようなプロセスで習得されるかを明らかにし、習得プロセスが、認知言語学で主張する「プロトタイプを中心とした意味の放射状カテゴリー構造」と密接な関係があることを示した。3)格助詞習得のプロセスや誤りの発生に意味的要因や認知的要因が深く関わっていることを示した。1.先行研究分析先行研究の中で、(1)格助詞の習得を扱った研究、(2)格助詞の多義性に関する認知言語学的研究、(3)第二言語習得を扱った認知言語学的な研究を収集し、整理した。2.認知言語学的観点からの格助詞の意味構造分析先行研究を参考にしつつ、多義語としての格助詞の意味構造を研究した。研究対象として格助詞ヲ、ニ、デ、ガを扱い、その成果は論文として発表した(11.研究発表参照)。それによれば以下の内容が明らかになった。(1)格助詞デは場所用法を中心とし、共通のスキーマ(前景を構成する動作連鎖に対し、ある背景を明示化する)を共有しつつ放射状カテゴリー構造をなしている。(2)格助詞ニは「ガ格を起点とする移動の着点で、典型的には能動的参与者としての人を表す」用法(与格用法)をプロトタイプとし、「ガ格を起点とする動力連鎖の目標領域にありながらも、ガ格からの動力の影響下に存在せず、ガ格から独立的に対峙している」という共通のスキーマを共有しつつ、放射状カテゴリー構造をなしている。(3)格助詞ヲの研究は現在投稿中であり、格助詞ガの研究は現在進行中である(一部内容は日本言語文化学研究会の講演「ハとガ:認知言語学的考察」(12月)で紹介された)。またこれら格助詞の習得順序について認知言語学的な解釈を試み、「日本語の格助詞習得はどのようになされるか」として発表されている。それによれば、格助詞の習得や誤りが生じる過程には意味的要因や認知的要因が深く関与している可能性が示された。3.その他その他

こうした多義語としての格助詞をどのように教えるかといった研究も進めており、その成果は「認知言語学を活かした日本語教育」(お茶の水女子大学留学生センター第2回教員研修)、「認知言語学的観点からの教授法・教材分析」(韓国・同徳女子大学校での集中講義)で紹介した。本研究では認知言語学的観点から格助詞の放射状カテゴリー構造を解明しているが、本年度は2年目として、格助詞デ、ニ、ヲ、ガについての考察を行った。格助詞デについては、2002年の森山の先行研究で明らかにした「プロトタイプ的な用法が場所格であること、デの個々の意味は前景を構成する動作連鎖全体に対し、ある背景を補足的に示すといったスキーマ的意味を共有していること」に対する考察をさらに深め、具体的な放射状カテゴリー構造を明らかにした。また、そうした意味構造が習得とどのような関係にあるのかを分析した。さらに言語習得とはカテゴリー化の過程と表裏一体であることを示した。格助詞ニについては、2003年の森山の先行研究にあるように、様々な意味用法を有しているが、それらの多義性が認知主体の認知の仕方と関係があることを示した。具体的には、事態に対する把握のプロセス性(プロセス的把握/存在論的把握)と、事態に対する把握の主観性(客観的把握/主観的把握)により4通りの把握の仕方が生まれ、これが多義を生み出している一つの原因になっているとした。格助詞ヲについても、その放射状カテゴリー構造を明らかにした。ヲのプロトタイプは対格用法であり、ここから場所、状況、時間などの意味が拡張して生じたことや、ヲが共有するスキーマは「動作主(ガ格)からの動力連鎖が結ばれ、その動力圏内(動力連鎖の終点)に置かれている」であることを示した。格助詞ガについても、その放射状カテゴリー構造について考察し、以下のような点を明らかにした。(1)格助詞ガはニと同様、「プロセス的把握における動的な参与者としての用法」と「非プロセス的、存在論的把握における静的な参与者としての用法」とがある。(2)ガの「プロセス的把握における動的な参与者としての用法」には客観的把握による「プロセス的主体」の用法と主観的把握による「プロセス的対象」の用法とがあり、「非プロセス的、存在論的把握における静的な参与者としての用法」にも客観的把握による「非プロセス的主体」の用法と、主観的把握による「非プロセス的対象」という用法がある。それぞれにおいて後者(主観的把握)は、認知主体の何らかの動機づけにより前者(客観的把握)から派生した拡張的用法である。(3)ガの「プロセス的把握における動的な参与者としての用法」と「非プロセス的、存在論的把握における静的な参与者としての用法」とは、「表現の対象としてスコープされた部分の中で、最大の際立ちを与えられた参与者(トラジェクター)を表す格」であるといった超スキーマにより一つのカテゴリーとしての連帯を保っている。本年度は以下の研究を行った。(1)多義語としての格助詞の意味構造に対する分析これまで格助詞デ、ヲ、ガについてはその意味構造を明らかにしたが、本年度は昨年度の研究を基盤にニの意味構造について明らかにした。この研究結果は「認知主体の把握のしかたと格助詞二の多義構造」、「格助詞ニの意味構造についての認知言語学的考察」として発表した。また3年間の格助詞の意味構造研究の成果は日本エドワード・サピア協会の第19回研究発表会で「日本語の格に対する体系的特徴づけ」という題目で口頭発表した。(2)格助詞の意味構造と習得との関係に関する分析
酸化物高温超伝導体の放射線照射による改質

高疾超伝導酸化物の材料化のためには、臨界温度(Tc)の向上とともに、臨界電流密度(Jc)の向上が重要な課題である。超伝導体に放射線照射を行ない、積極的に、照射欠陥を生成することにより、Jcの向上をはかる実験が行なわれており、主に磁化のヒステリシスからビ-ンモデルを用いて算出したJcの向上が報告されているが、特に輸送電流については、その効果は十分には定量化されていない。本研究では、照射欠陥生成によるJc向上を目指し、イットリウム系(Ba_2YCu_3O_x,以下BYCO)バルク試料および高配向性薄膜試料、あるいはビスマス系(Bi_2Sr_2CaCu_2O_y、以下BSCCO)試料に中性子、γ線、電子線、イオンビ-ムなどを照射した時のTc、Jcの変化を測定し、照射欠陥生成のメカニズムとJcへの寄与を明らかにすることを目的としている。平成2年度はC軸配向性BYCO薄膜試料(77KにおけるJcは10^5A/cm^2のオ-ダ-)にAr^+イオン、He^+イオン、電子線照射を行ったときのTc、および輸送臨界電流密度(Jc_T)の変化および結晶構造の変化について測定を行った。高フルエンス照射時においては、TcおよびJc_Tの低下、結晶構造のアモルファス化と結晶のc軸方向への膨張を確認した。なお、これらの超伝導特性や結晶構造の変化を引起こす“臨界フルエンス"は、照射粒子のエネルギ-や質量によって異なり、質量の大きいイオン程その効果は顕著であった。一方低フルエンス照射時においては、照射損傷によって導入される磁束のピン止め中心の数密度の増加によると思われる結晶粒内臨界電流密度(Jc_M)の向上を確認したが、このときTcの変化は見られなかった。またBSCCO(80K級)単結晶試料を用い、電子線照射を行い、Jcが照射により著しい増加を示す(最大値は、40K、0.3Tにおいて80倍の上昇率)という結果を得た。
グラフェン／超伝導金属接合の強磁場下に於ける輸送現象の研究

本研究ではグラフェンの有する特異な電子物性に着目し、超伝導状態・量子ホール状態の共存状態の実現とその物性解明を目指した。グラフェンと第二種超伝導体である窒化二オブ(NbN)との接合構造作製技術開発を行い、グラフェン/Ti/Nb/NbN多層構造による良好なコンタクト形成を実現した。そしてNbN/グラフェン/NbN接合に於いて、強磁場中で前記二状態が共存することを実証した。さらにグラフェン中に誘起された超伝導状態を、光励起下での電子輸送測定によって評価する測定手法を開発した。本研究では量子ホール効果が現れる程度の強磁場中に於ける超伝導近接効果の物理的理解を目的とし、本年度は試料作製プロセス技術開発を主として研究を進めた。(1)NbN/グラフェン間のコンタクト形成技術開発:NbNとグラフェンとの良好な電気的接触を実現するためのプロセス開発を行った。NbN/グラフェン間に密着層としてTi(Pd)を挿入し、コンタクト形成を目指した。密着層成膜条件変化による接触抵抗変化を検討したが、両構造とも低い歩留まりでしか良好なコンタクト形成に至らなかった。要因の一つには以下(3)で述べるNbN成膜条件の問題も含まれるが、前記のTiやPdの蒸着条件にあまり依存しないコンタクト抵抗の低減手法を検討し、その条件調整を進めている。(2)トップゲート電極付きグラフェン接合作製技術開発:次年度作製予定の超伝導体/トップゲート電極付きグラフェン/超伝導体接合素子作製のため、トップゲート電極付きグラフェン素子のプロセス検討と試作を行った。原子総堆積装置を用いてAl2O3ゲート絶縁膜をグラフェン上に成膜し、その上にTi/Auから成るトップゲート電極を作製した。輸送測定から、トップゲート、バックゲート両電圧によってグラフェンチャネル中の輸送特性を制御できていることを確認し、トップゲート電極付き試料作製プロセス開発は実現できた。(3)NbN成膜条件調整:コンタクト形成に問題が生じる原因を探る中で、NbN成膜に問題が生じ、Tcが約9K程度に低下していることが判明した。これを受けて、NbNスパッタ蒸着条件出しを再度行った。Arスパッタリング条件を固定し、導入する窒素ガス流量を変化に伴うNbNのTcの変化を測定し、最適なNbNスパッタリング条件を見出した。この結果、Tc14KのNbN成膜を可能になった。次年度は以上の技術を発展させつつ、強磁場中での測定に研究の中心を移す。本年度は、(1)NbN/グラフェン間のコンタクト形成技術開発を進めつつ、(2)極低温・強磁場中での輸送測定を行った。また(3)輸送特性の光応答による超伝導状態のプローブ可能性を検証した。(1)NbN成膜条件調整とコンタクト形成条件出し:昨年度に明らかとなった条件にてNbNを多数成膜し、一定の特性を有するNbN成膜が可能であることを確認した。またNbN成膜条件の変更に合わせて、コンタクト形成条件出しを進めた。当初予定のPd層無しのTi/NbN構造で良好なコンタクト形成を実現した。(2)量子ホール・超伝導状態混在系の輸送測定:T 300mK、B = 0 7TでNbN/グラフェン/NbN接合の輸送測定を行った。B = 4T以上では明瞭にLandau準位(LL)が見られ、B = 7TでもNbNは超伝導状態を保つことを確認した。B = 7Tでの微分抵抗-バイアス電圧(dV/dI-V)特性のゲート電圧変化から、量子ホール状態中に誘起された超伝導状態はLL占有数に応じて変化することが観測された。特にn=0のLL (LL0)近傍では、Andreev反射確率の顕著な増大が見られた。今後は、特にLL0近傍のdV/dI-V特性データ解析を進め、グラフェン固有の量子ホール・超伝導状態混在系の一端を解明できると期待している。(3)超伝導輸送の光応答:波長1.31umのCW光照射下でAl/グラフェン/Al接合の輸送測定を行った。同接合の超伝導臨界電流値の光照射パワー特性から、光照射によってグラフェン中に生成された非平衡定常状態とその緩和過程が光応答をもたらすことを明らかにした。本成果は、量子ポイントコンタクトを有する超伝導接合に対して適当な光照射波長・ゲート電圧下での輸送測定を行えば、LL中の超伝導状態を光照射に対する輸送特性変化でプローブ可能であることを示している。メゾスコピック超伝導今年度はNbN/グラフェン間のコンタクト形成技術開発を実現する予定であった。しかし平成24年23月にかけて、キャンパス移転のために蒸着装置の解体・運搬を行った。それに伴ってチャンバー内の環境が変化し、NbN成膜条件が変化してしまった。

チャンバーの到達真空度、NbNのスパッタ蒸着レートや蒸着膜の表面形態が移設前と変化無いことの確認は十分に行っていたが、低温測定を年度後半に実施したため本問題を認識するのが遅れた。既にNbN成膜条件出しは完了したが、当初計画外のことであったため遅れが生じた。NbN/グラフェン間のコンタクト形成技術開発を継続して行う。これまではTi (Pd)の電子銃蒸着条件を制御することで良い条件を得ようとしたが、それのみでは良い条件を得るのが困難であった。今年度は試料構造とNbNスパッタ条件を調整し、コンタクト形成の安定化を図る。また測定に於いては、トップゲート付き試料を用いた干渉実験に力を入れ、超伝導近接効果によってグラフェンチャネル中に誘起された超伝導位相に起因した現象の観測を目指す。位相は超伝導現象を理解する上で本質的なものであり、それを実験的に検出・解析することで本研究目的の特異系に於ける超伝導現象の解明を行う。本年度予算はほぼ100%使用しており、僅かに残った残額は次年度に繰越す方が効率的であると考えた。平成25年度からの繰越額は平成26年度予定予算に対して約0.2%と小額であるため、当初計画の通り予算執行する予定である。
化学選択的反応を基盤とする高選択的不斉分岐反応

各種ルイス酸-アミン塩基存在下に数種の対称チアゾリジンアミド体、対称ジエステル体、非対称半チオールジエステル体のディックマン型環化反応を試みた。その結果、AlCl_3-Et_3N系が最も効果的であり、半チオールジエステル体についての環化反応の際専ら環状β-ケトチオールエステル体を与えた。本化学選択性は塩基性条件下での環状β-ケトエステル体を与える方法と相補的であることから、光学活性な非対称ジエステル体を用いるエナンチオ分岐的ディックマン型環化反応を試みた。すなわち、プロキラルなσ-対称ジエステル体の酵素加水分解反応によって得られる光学活性なモノカルボン酸エステル体から半チオールジエステル体を合成し、LOAを用いて環化反応を行ったところ、光学活性な二環性β-ケトエステル体が得られた。次に、AlCl_3-Et_3N系反応剤の存在下に同様の環化反応を行いエステル交換すると、塩基性条件下で得た光学活性なβ-ケトエステル体のエナンチオマーを高収率で得ることができた。次に、光学活性バリンより合成したビスラクチムエーテルカルボン酸エチルエステルを基質とし、Mg(II)-Et_3NあるいはSn(II)-N-エチルピペリジン系試薬存在下にアルドール型反応を行なうと、全く異なるジアステレオ選択性で生成物を与えた。生成物は、DIBAL還元反応、酸加水分解反応により光学活性なα-置換セリンγ-ラクトン体へと高収率で変換することができた。本不斉誘導反応はジアステレオ分岐的反応に該当するものであり、σ-対称なジエチルアミノマロネートがキラルセリンカルバニオン等価体して利用できることを実証したことになる。さらに、本反応を免疫抑制活性天然物ISP-I不斉全合成の鍵反応として用い、不斉全合成を完成した。
超臨界噴霧燃焼シミュレータ開発のための基礎研究

超臨界雰囲気中に置かれた単一燃料液滴の燃焼過程の数値シミュレーションを行い、燃焼特性の物理を明らかにした。また、純粋蒸発問題において、液滴の蒸発時間の圧力依存性を調べた結果、所与の雰囲気温度に対して雰囲気圧を燃料の臨界圧から上げていった場合、液滴が雰囲気に晒された瞬間に液滴表面の熱力学的状態が混合系臨界点に達する雰囲気圧力で最小気化時間が達成されるが判明した。雰囲気温度を上げると、最小気化時間を与える圧力の値は減少し、燃料の臨界圧力に近づく。火炎の存在は、蒸発問題で雰囲気温度を上げることに等価であるから、燃料の臨界圧力に一致する雰囲気圧で液滴の最小燃焼時間が起きるという数値計算結果ならびに実験結果と合理的に繋がる亜→超臨界蒸発遷移に係わる輸送特性の明確な物理像が確立できた。最小気化時間を与える雰囲気圧の簡易予測式を構成した。液滴の蒸発モードは、(1)亜臨界域(液滴の生涯を通して表面が存在する)(2)超臨界域(始めから連続的相変化が起きる)およびその間の(3)遷移域(途中で亜→超臨界蒸発遷移が起きる)の3種類に分けられ、これらの領域を分ける雰囲気および初期液滴条件を明らかにした。亜臨界域での液滴の群蒸発・燃焼に関する一般的な特性を理論的に明らかにした。噴霧の蒸発・燃焼モードが個別的になるか集団的であるかは、局所的な噴霧の数密度と気液密度比によって判定でき、その関係式を定式化した。それによれば、圧力の上昇によって非定常性は増すが、液滴間干渉は効かなくなることがわかる。また、超臨界蒸発すいている液滴に対しても、物質の拡散能力が低下して火炎半径が縮小するので、各液滴の影響距離が短くなり、結局、高圧下では独立な液滴の集合体として噴霧を取り扱うことができることがわかった。手持ちの噴霧燃焼シミュレータではラグランジェ的に膨大な数の霧粒の運動が追跡できる。このプログラムの特性を活かし、低圧系噴霧燃焼シミュレータを高圧系へ転換するために、非定常な液滴の蒸発燃焼過程を旨く取り込む新しい数値計算方法を考えだした。各液滴の蒸発燃焼特性を簡単な数式で表す簡易モデルの構成を行った。他方、高圧下では表面張力の低下あるいは消失による液滴の変形や、蒸発速度と共に吹き出し速度が大きくなり、力学的側面での寄与が重要になってくるので、これに関する基礎的な研究を行った。実験では、連続的相変化を行っている霧滴を想定して、液体中に液体を単発的に噴射したときの非定常噴流の測定っって、渦による混合の有効性を確かめた。また、噴流先端距離の時間的変化を調べ、新しいべき法則を見いだし、物理的解釈を与えた。

高圧雰囲気中に置かれた単一燃料液滴の燃焼過程を有限反応速度を用いて数値的に解析し、燃焼特性を物理的に明らかにした。これにより、特に、最小燃焼時間は、亜→超臨界蒸発遷移時間が着火時間にほぼ等しくなる(燃料の臨界圧より僅かに高い)雰囲気圧で起きることが判明した。超臨界圧下の液滴燃焼では、燃焼時間に比べて遷移時間は非常に短く、実質上最初から超臨界蒸発状態にあるとみなしてもよい。この結果単に燃焼時間の圧力依存性だけを考えるのであれば、遷移に至る過渡的な現象を正確に記述する必要はなく、遷移条件を考慮しない数値計算でも、燃料の臨界圧付近で最小燃焼時間を予測する結果を得る。しかし、低い雰囲気温度での蒸発問題では、燃料の臨界圧よりかなり高い雰囲気圧で最小気化時間が達成されるため、遷移条件を無視した計算は定量的に誤った予測を導く。圧力の増大に伴って、拡散能が低下するので、物質輸送は局在し、最大火炎半径が減少する。これは、高圧で液滴の影響半径が小さく、噴霧は独立な液滴の集合体として振る舞うことを意味するから、噴霧の蒸発燃焼式を構成するのに、単一液滴に対する知見が直接利用できることになる。上記の燃焼特性を定式化し、低圧系噴霧燃焼の数値計算プログラムを高圧系シミュレータに改変する作業に着手した。高圧下では拡散係数が小さくなるために、燃焼速度を高めるには、燃料と酸化剤の接触面積を拡大して混合を促進する必要がある。着色水を用いた高圧噴霧の模擬実験で間欠ジェットの混合過程を調べた結果、効率的な周囲流体のエントレインメントが得られ、噴流の先端到達距離が時間の4分の1乗に従って伸びる新たな領域を見出し、その物理過程のモデル化に成功した。超臨界雰囲気中に置かれた炭化水素燃料液滴の蒸発時間の圧力依存性を理論的に調べた結果、所与の雰囲気温度に対して雰囲気圧を燃料の臨界圧から上げていった場合、液滴が雰囲気に晒された瞬間に液滴表面の熱力学的状態が混合系臨界点に達する雰囲気圧力において最小蒸発時間が達成されるが判明した。雰囲気温度が上昇すると、蒸発時間が最小になる圧力の値は減少し、燃料の臨界圧に近づく。火炎の存在は蒸発問題で雰囲気温度を上げることに等価であるから、燃料の臨界圧力に一致する雰囲気圧で液滴の最小燃焼時間が起きるという数値計算結果ならびに実験結果と合理的に繋がる亜→超臨界蒸発遷移に係わる輸送特性の明確な物理像を確立できた。最小蒸発時間を与える雰囲気圧の簡易予測式を構成して工学的応用に資した。超臨界圧下では物質の拡散能力が低下するので、各液滴の影響距離が短くなり、独立な液滴の集合体として噴霧を取り扱うことができる。手持ちの噴霧燃焼シミュレータではラグランジェ的に膨大な数の霧粒の運動が追跡できる。このプログラムの特性を活かし、低圧系噴霧燃焼シミュレータを高圧系へ転換する作業に取りかかった。特に、気相熱・物質輸送現象と液滴の蒸発・燃焼過程を繋ぐ新しい数値計算方法を創造できたことにより、これまで行ってきた単一液滴の蒸発燃焼特性の研究結果を直接実用的な問題に応用できる手段を得た。また、計算の効率化を図るため、数値計算結果を物理的に解釈して、特性を簡単な数式で表す簡易モデルの構成を行った。以上の成果は今年開催予定の日米セミナー、国際熱焼シンポジウムおよびIUTAMにおいて順次発表の予定である。
低磁界着磁用Nd-Fe-B系燃結磁石の開発

目的:Nd-Fe-B系燃結磁石は、保磁力、残留磁束密度が高く、最大エネルギー積が最も高い永久磁石材料である。しかし、着磁によって99%以上の特性を得るには1.2MK-m以上の高磁界が必要であり、高磁界の印加が困難な小型多極磁石の着磁には、低磁界での着磁が要求されている。本研究は着磁特性に及ぼす燃結組織(Nd_2Fe_<14>B磁性粒子の配向、非磁性相の量)および着磁温度の影響を検討することを目的とした。実験方法:Nd_<15>Fe_<77>B_8単一合金微粉末およびNd_<15>E2Fe_<14>B磁性粒子粉末と燃結助剤となるNd-rich粉末とを混合して組成をNd_<14.4>Fe_<79.6>B_<6.0>とした微粉末をボールミルを用いて作製した。配]向磁界0.96MA^<-1>、プレス圧100MPaで成形した後、1333K1393Kで燃結したものを供試料とした。磁気特性の測定にはBHループトレーサー、VSMを用い、着磁特性は、各磁界印加時の磁気特性をパルス着磁時の磁気特性に対する比で表し評価した。組織観察には光学顕微鏡、走査電子:顕微鏡を用いた。またキュリー点(585K)以下の各温度から磁界中で冷却して着磁特性を検討した。結果:着磁特性の向上には、非磁性相量が低く、磁性粒子の配向性の高い燃結磁石とする必要がある。また着磁特性を低下させる主たる要因は、磁性相粒子界面に作用する局所的反磁界にある。反磁界の発生源は磁性相の自発磁化であるので、自発磁化が低下する高温着磁が着磁磁界の低減に有効である。本研究はNd-Fe-B系焼結磁石の着磁特性を左右する要因を回折し、低磁界による着磁が可能なNd-Fe-B系焼結磁石の開発が目的である。本年度は磁性相粒子の配向度の、非磁性相の量、焼結組織の着磁特性に及ぼす影響を明にした。その結果は以下の通りである。1.磁性相粒子の配向度の低下に伴い着磁特性は低下し、等方性磁石は異方性磁石の1/2となる。その変化は磁化エネルギーの変化に対応している。2.非磁性相の量の増加に伴いマクロ的反磁界が増加して着磁特性が低下する。3.焼結における熱処理およびCr、W添加による焼結組織を変化しても着磁特性には有為な差はなく、上記の結果を総合して、Nd-Fe-B系焼結磁石の着磁特性を左右する最大の要因は磁性相粒子界面に作用する局所的反磁界であると考察した。Nd_2Fe_<14>B系焼結磁石の初磁化曲線の立ち上がりは急峻で、磁化が容易であるが、所定の磁石特性を得るには結晶粒内より磁壁を消失させるための高磁界が必要である。本研究は着磁磁界の低減を図る目的で、焼結条件、添加元素の影響を検討するとともに、磁化過程における磁壁の消失について検討し、次ぎの結果を得た。1主磁性相合金と水素処理によって作製した微細なNd-rich粒子との混合して、異方性の高い焼結組織を作製し、(BH)max320kJ/m^3以上の特性を得た。

その着磁特性を調べた結果、着磁に要する磁界は磁化容易軸と着磁磁界とのなす角度によって変化する磁化エネルギーに依存することを明かにし、異方性の向上が着磁特性の改善に有効であることを見出した。2焼結条件によって組織が変化し、磁気特性に影響を与える。焼結後の急冷処理によって微細な主磁性相粒子が析出し、保磁力が低下する。焼鈍よって保磁力は上昇するが着磁特性には殆ど影響がない。また、Wの添加によって焼結組織の結晶粒の平均粒径は約1/2に低下するが、着磁特性は改善しない。3着磁機構を検討した結果、局所的反磁界によって結晶粒内に磁壁が残存し、それによって着磁特性が低下する。完全着磁には局所的反磁界以上の磁界の印加が必要であることを指摘した。4次年度は、着磁温度と着磁特性の関係、局所的反磁界の低減について検討する予定である。目的Nd-Fe-B系焼結磁石は、保磁力、残留磁束密度が高く、最大エネルギー積が最も高い主要な永久磁石材料である。しかし、着磁によって90%以上の特性を得るには1.2MA/m以上の高磁界が必要であり、高磁界の印加が困難な小型多極磁石の着磁には、低磁界での着磁が要求されている。本研究は着磁特性に及ぼす焼結組織(Nd_2Fe_<14>B磁性粒子の配向、非磁性相の量)および着磁温度の影響を検討してきた。これまでの結果より、着磁特性の向上には、非磁性相量が低く、磁性粒子の配向性の高い焼結磁石とする必要がある。また、着磁特性を低下させる主たる要因は、磁性相粒子界面に作用する局所的反磁界にあると考えられる。局所的反磁界が作用する粒子では、外部磁界によって磁壁が消滅し難ので、高い保磁力が得られないと考えられる。本年度は、反磁界の発生源は磁性相の自発磁化であることに着目して、自発磁化が低下する高温での着磁を試みた。方法Nd_2Fe_<14>B磁性相粉末と焼結助剤となるNd-rich相粉末との粉末混合法によって、Nd_2Fe_<14>B粒子の配向性が高い焼結磁石を作製して、キュリー点(585K)以下の各温度から磁界中で冷却して、着磁特性を検討した。結果550K以上の温度から磁界中冷却することによって、高温着磁の効果が発生し、0.4MA/mの磁界で、室温着磁の6倍の磁気特性が得られる。これは高温で自発磁化に連動する局所的反磁界が着磁磁界よりも低下することを示している。局所的反磁界は着磁特性のみならず保磁力を低下させるので、一層の低減が必要である。
新規な混錬直接複合化技術による超伝導線材の開発

新規な混錬直接複合化技術による超伝導線材の開発が検討され、多段に押出比を変化させる押出ダイスが考案された。これにより、1mm線材の押し出しに成功した。さらにMg基複合化にも成功し、特許出願した。研究では、研究代表者による3次元溶湯浸透法によりMgB_2超伝導粉末とアルミニウムを一体に成型してビレットを作製し、押出しで線材化を行うプロセスは新たな線材の製法のコンセプトを応用して、熱間押出し過程で直接複合化して線材化できる技術を確立することで、複合材料ビレットの作製を経ることなく高品質でかつ作業工程の簡便な超伝導線材を直接作製することを目指す。混錬性の高いと考えられるダイスを3種類作製し、作製実験を行なった。混錬性に加え、粒子の粒度分布、とりわけ形状が非常に大きく影響していることがわかった。合金として半溶融領域の広いMg合金を用いた複合材料において、超伝導MgB_2が均一に分散した良好な材料を得ることができた。電気抵抗測定および磁化測定においても、37-39Kでの超伝導転移を確認できた。Mgでの超伝導複合材料は世界で始めてであり、国際会議にて発表予定である。イーター事業やNEDO等で展開されている先端核融合炉には大型の超伝導マグネットが使用される予定であり、より高性能な超伝導線材が必要となり、超伝導線材の実用化が各分野で急ピッチで進められている。その候補の1つである超伝導MgB_2線材は、PIT法での作製が主流であるが、充填した粒子間の空隙率および粒子の破損による超伝導特性の劣化が問題となっている。本研究では、研究代表者による3次元溶湯浸透法によりMgB_2超伝導粉末とアルミニウムを一体に成型してビレットを作製し、押出しで線材化を行うプロセスは新たな線材の製法のコンセプトを応用して、熱間押出し過程で直接複合化して線材化できる技術を確立することで、複合材料ビレットの作製を経ることなく高品質でかつ作業工程の簡便な超伝導線材を直接作製することを目指す。混錬性に加え、粒子の粒度分布、とりわけ形状が非常に大きく影響していることがわかり、微細化の末、1mm線の効率的な押出に成功した。電気抵抗測定および磁化測定においても、37-39Kでの超伝導転移が得られた。これは、半溶融を目指して低温化したことにより達成され、特許出願した。Mgでの超伝導複合材料は世界で始めてであり、国際雑誌と国際会議にて発表予定である。本年度は混錬複合化技術の再現性を調査して、製法と試作品の最適化を検証した。作製した試料の評価は、SQUIDによる超伝導特性の測定と、TEM、SEMによるミクロ組織観察で行なう。とくに最高の性能が検出された試料については、TEMにより粒子と母相界面の詳細な調査を高分解能透過型電顕にて行い、密着性を確認する。とくに、混錬複合化技術に最も大切な要素となる、押出ダイスの設定を行った。時間の関係で、試作のアルミナ粒子を使用した段階までを検証した段階で終了したが、ベアリング長、ダイス内テーパを変化させることで、より良好な複合化が可能となった。これは、ダイス内での粒子の粉砕とアルミニウム母相の流れを最適化できたことに起因する。さらに、半溶融3次元浸透加工(SS-3DPC)法による複合化技術を最適化するため、マグネシウム合金を主体とした複合材料美レットの製造に注力した。その結果、鋳造用マグネシウム合金であるAZ系、および川系合金での複合ビレットの製造に成功した。今後は、両技術の融合を図ることで、より良好で低コストな線材化が実現すると考えられる。
分布が周期性を持つ異方性個体プラズマを含んだ半導体平板中のサブミリ波伝搬特性

固体プラズマ材料として0.35ミリ角のn-InSbの棒状試料を1mm厚のテフロン上に24本周期的に挿入した誘電体線路の70GHzのミリ波伝搬特性を常温と液体窒素温度で実験的に検討し、その結果をFDTD解析と比較した。その結果解析と実験とのきわめて良い一致が得られ、この構造が帯域除去フィルターとして動作し、その特性がプラズマ密度やその分布,横磁界の印加によって大きく変化することが明らかになった。また同様の実験を125μm厚のスチレン平板に断面が35μm角のn-InSbの棒状試料を20本挿入した構造を用いて526GHzのサブミリ波帯でも行い、やはりフィルターとしての特性が得られ、実験結果はFDTD解析の結果と一致した。さらにp-InSb中にn型領域を構成した構造についての詳細な解析も行った。これらの結果は、印加横磁界やプラズマ密度によって特性を大きく変化しうるミリ波帯及びサブミリ波帯フィルターの構成が可能であることを示している。また、同様の周期構造からのミリ波及びサブミリ波の輻射を理論的実験的に検討し、その大きさと方向が印加横磁界に依存して変化することを明らかにした。また横磁界中の固体プラズマの周期構造にサブミリ波帯の平面波が入射した場合の反射波の振舞いについての検討を開始した。これらの構造はサブミリ波帯のアンテナやモード変換器としての利用と共に分波器や非可逆素子への応用が可能であるので、今後さらに検討を続ける。さらに,TEモードを伝えるミリ波帯及びサブミリ波帯イメージ線路の表面に10μm厚のInSbの薄板を置いて磁界を印加した構造についてFDTD解析を行って電力分布の偏りが生ずることを見出した。これに対応する実験を70GHzのミリ波と526GHzおよび671GHzのサブミリ波を用いて行い、解析で得られた特性と良く一致する結果を得た。同時に70GHzでのY型サーキュレーターの試作を試み、予想された効果を見出した。この結果は,将来のサブミリ波帯の素子に応用可能である。得られた結果のうち主なものは以下の通りである。固体プラズマの周期構造に関して、現段階ではpn接合からの周期構造プラズマの効率の良い注入の手段が確立していないので、その代わりに0.5ミリ角のn-InSbの棒状試料をテフロン上に12本挿入した二層構造誘電体導波管を伝搬するTMモードの70GHzのミリ波の特性をFDTD法を用いて検討した。その結果、鋭いフィルターとしての特性が横磁界の印加によって大きく変化することが明らかとなった。また液体窒素温度で対応する実験を実際に行って透過波の振幅と位相を測定し、解析で得た特性とよく一致する結果を得た。同様の解析を500GHz帯でも行い、サブミリ波帯フィルターの特性を注入したプラズマの密度によって大きく変化しうるという結果を得ている。これらの結果は、近々マイクロ波研究会での発表を予定しており、また論文に取り纏め中である。他方、TEモードを伝えるミリ波帯イメージ線路の表面にInSbの薄板を置いた簡単な構造に磁界を印加すると、線路内の電力分布に大きな偏りが生じることを、詳細なFDTD解析によって見出した。これに対応する実験を70GHzのミリ波を用いて行い、解析で得られた特性と非常に良く一致する結果を実際に得た。

同様の検討を現在500GHzのサブミリ波帯で行っている。これらの結果は、特にサブミリ波帯での構造簡単なサーキュレーターへの応用に適していると考えており、現在実際にY型サーキュレーターの試作を試みている。これらの結果も近々マイクロ波研究会での発表を予定している。なお、以上二つの素子の可能性については、すでに昨年9月にドイツで開かれたサブミリ波シンポジウムに出席して発表を行っている。本科研費で購入したサブミリ波ダイオードについては現在最終調整中であり、十分な活用はこれからの段階であるが、上記のpn接合からのプラズマの注入の検討に役立つと期待している。さらに、本研究の実験装置に関連して、実験結果が安定に得られるよう、シュタルク効果を利用したサブミリ波レーザーの安定化を試みており、新しい可能性が見つかっている。今年度得られた結果のうち主なものは以下の通りである。周期的に固体プラズマを挿入した線路の伝搬特性に関しては、0.35ミリ角のn-InSbの棒状試料をテフロン上に24本挿入した構造中の70GHzのTMモードミリ波の伝搬特性についてのFDTD解析と液体窒素温度での実験を行った結果、解析と実験とのきわめて良い一致が得られ、フイルターとしての特性が横磁界の印加によって大きく変化することが明らかになった。同様の解析を500GHz帯でも行い、サブミリ波帯フィルターの特性をプラズマ密度によって大きく変化しうるという結果を得ている。これらの結果は、マイクロ波研究会とサブミリ波に関する国際会議で発表した。現在論文を執筆中である。TEモードを伝えるミリ波帯イメージ線路の表面に磁化されたInSbの薄板を置いた構造に生ずる電力分布の偏りについては、FDTD解析とこれに対応する実験を70GHzのミリ波と671GHzのサブミリ波を用いて行い、実際に解析で得られた特性と良く一致する結果を得た。同時に70GHzでのY型サーキュレーターの試作を試み、予想された効果を見出した。これらの結果もマイクロ波研究会で発表を行った。レーザーを用いたInSbのpn接合の作成については、n型不純物としてSeを用いた場合について検討を行い、従来の結果に比べて十分良い特性を得たので、来年度はこれを用いたプラズマの注入と、周期構造による平面型回路中のサブミリ波の偏向に関する検討を開始する予定である。さらに、本研究の実験装置に関連して、実験データの質の向上を目指すシュタルク効果を利用したサブミリ波レーザーの安定化については、予備実験の結果実際に安定化できることが明らかとなったので、現在実用的な装置を構築している。前年度から引き続き検討してきた周期的に固体プラズマを挿入した線路の伝搬特性に関しては、125μm厚のスチレン平板に、断面が35μm角のn-InSbの棒状試料を20本挿入した構造を用いて,526GHzにおいて初めてサブミリ波帯での実験を行った。結果はTMモードの伝搬についてのFDTD解析の結果と良い一致が得られ、実際にサブミリ波帯フィルターの特性が得られることが実験的にも明らかとなった。さらにp-InSb表面波線路中にn型領域を構成した構造についての詳細な解析も行った。これらの結果は、現在論文に取りまとめ中であり,また15年度に開かれるサブミリ波に関する国際会議で発表すべく温度などのパラメーターを変えてさらに実験を続けている。この研究はほぼ最終段階に達したと考えており、将来は別途検討を続けているp-InSb表面波線路との組み合わせ実験を考える。
高アスペクト比マイクロ・ナノポーラス材料の創成

多孔体は、フィルターや超軽量材料と使用されるだけでなく、高い衝撃吸収性、高い熱交換能力、触媒作用、潤滑剤などの保持性などの多くの機能がある。本研究では、従来の方法では製造が非常に困難である孔の直径がミクロンオーダ以下から数10ミクロンの領域で、孔は非常に高いアスペクト比を有した多孔体に注目し、強磁場凝固プロセス、塑性加工による微細化(組織の相似縮小)、電気化学プロセスによる選択的除去を組み合わせた多孔体形成の可能性を明らかにすることを目的に研究を行った。1.強磁場凝固プロセス過偏晶組成領域では磁場の印加により規則的なロッド組織が形成される領域を、Al-In系、Cu-Pb系さらにAlを添加したCu-Pb-Al系で明らかにした。特に、いずれの系においても数T以上の磁場印加により規則的な組織が形成される領域が拡大することが分かった。2.塑性加工プロセス凝固プロセスにより形成されたAl-In合金中のInロッドの形状を縮小するために、溝ロール圧延を試みた。凝固組織の約1/10程度まで縮小した試料においても、Inロッドは連続していることをX線イメージングにより明らかにした。したがって、塑性加工により組織の微細化が可能であることが明らかになった。3.電気化学処理ロッド径が20ミクロン程度のAl-In合金中のIn相を凝固試料から酸性溶液中で除去し、孔を形成できる電気化学的な条件を明らかにした。さらに、微細なロッドに関しても電気化学的処理のより選択的に除去が可能であることが明らかになった。