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原子層制御技術によるスピン波プリズムの創成

強磁性体のスピンの集団的歳差運動が波として伝搬するスピン波は省エネルギーな情報伝達手段として注目されている.スピン波技術が更に発展すれば,異なる波長のスピン波を同時に用いて並列演算を行う「多重波長スピン波」デバイスの実現も期待される.そこで本研究ではスピン波を波長ごとに分離(分波)する技術の確立を目指す.これまでにスピン波を輸送する母材量として有望なホイスラー合金をレーザーMBE法を用いて成長することや,スピン波の長距離化が期待できるイットリウム鉄ガーネット膜の成長およびダンピング定数の低減方法の探索を行った.本研究ではスピン波を分波する「スピン波プリズム」を創成する.スピン波はスネルの法則に従うという理論的予測があり,光のプリズムと同様に急峻かつ平行でない強磁性ヘテロ界面を2つ作製すれば,スピン波の分波が可能であると期待されている.本研究では結晶構造を維持した状態で磁気特性を変調する為に強磁性ホイスラー合金を用いる.申請者のシーズ技術である強磁性体の原子層制御技術を駆使し,膜面直方向に三角形状の強磁性体ヘテロ構造を作製し,世界で初めてのスピン波プリズムの動作実証を目指す.初年度はスピン波検出の技術確立および単結晶強磁性ホイスラー合金の作製について検討した.前者についてはネットワークアナライザおよびシグナルジェネレータを用いて高周波磁界を発生させ,スピン波および強磁性共鳴を発生させた.これらをAu細線を用いて,スペクトラムアナライザーで検出したところ,誘導電流に起因する電圧信号を検出することに成功した.従って,スピン波の生成・検出技術は概ね確立されたと言える.後者についてはレーザーMBE法を用いてFe3Si薄膜を堆積したところ,薄膜の中に数マイクロメートルのドロップレットが形成され,単結晶成長することが困難だった.これは主にレーザー強度が強い時に起こる現象である為,パワー調整機構としてアッテネーターの取り付けを行った.その結果,堆積レートのコントロールが可能となり,ドロップレットの密度の低減も可能となった.現在,エピタキシャル成長の条件探索を行っている.本研究ではスピン波を分波する「スピン波プリズム」を創成する.スピン波はスネルの法則に従うという理論的予測があり,光のプリズムと同様に急峻かつ平行でない強磁性ヘテロ界面を2つ作製すれば,スピン波の分波が可能であると期待されている.本研究では結晶構造を維持した状態で磁気特性を変調する為に強磁性ホイスラー合金を用いる.申請者のシーズ技術である強磁性体の原子層制御技術を駆使し,膜面直方向に三角形状の強磁性体ヘテロ構造を作製し,世界で初めてのスピン波プリズムの動作実証を目指す.本年度はより高感度にスピン波を検出するため,高周波電圧を検出する技術の確立を行った.その結果,高周波スピン流に起因する信号の検出に成功した.本年度はスピン波の輸送長がミリメートルスケール以上と非常に長いイットリウム鉄ガーネット単結晶膜を用いた磁化ダイナミクス特性の評価を行った.まずスピンポンピング法により磁化ダイナミクスからのスピンを注入する際の定量評価について検討し,強磁性共鳴におけるマイクロ波吸収強度の2乗とスピンポンピング量に線形の関係が存在することを発見した.本成果はApplied Physics Expressに報告済みである.次により長いスピン波輸送に重要となる磁化ダンピングについて詳細な検討を行い,低温化では歳差速度が遅いXバンドによる強磁性共鳴の方がQバンドと比較して強磁性共鳴の半値幅が大きくなるという現象を発見した.当該現象は通常の強磁性共鳴では説明がつかず,イットリウム鉄ガーネット中に希土類元素などの局在スピンとの相互作用を考慮することで説明できることを示した.本成果はスピン波のダンピングを低減し,長距離スピン輸送を実現する設計指針を得たと言える.結果はApplied Physics Expressに報告した.強磁性体のスピンの集団的歳差運動が波として伝搬するスピン波は省エネルギーな情報伝達手段として注目されている.スピン波技術が更に発展すれば,異なる波長のスピン波を同時に用いて並列演算を行う「多重波長スピン波」デバイスの実現も期待される.そこで本研究ではスピン波を波長ごとに分離(分波)する技術の確立を目指す.これまでにスピン波を輸送する母材量として有望なホイスラー合金をレーザーMBE法を用いて成長することや,スピン波の長距離化が期待できるイットリウム鉄ガーネット膜の成長およびダンピング定数の低減方法の探索を行った.測定手法について高度化が順調に進んでいるため,上記の評価とした.スピントロニクス面直方向スピン波プリズムを用いてスピン波の分波の実証を行う.スピン波検出電極を上下に2つ配置する.個々の電極に到達したスピン波を定量評価することにより,スピン波の輸送軌道を評価する.生成するスピン波の波長を変調し,2つの検出電極に検出される信号がどのように変調されるかを検討する.更に組成変調によりプリズムの磁気特性をシステマティックに変調し,スピン波の軌道がどのように変調されるかについても検討する.スピン波の検出技術については概ね順調に進んでいると言える.しかし,ホイスラー合金の結晶成長技術については想定していない問題に直面し,その問題解決に時間を割かれる結果となった.これらの問題については既に解決済みであるため,今後は予定どおり研究を遂行できると考えている.当初予定していた蒸着材料を本年度中に購入する必要がなくなったため.来年度は結晶成長技術の確立および傾斜基板を用いた成長技術の探索および強磁性ヘテロ界面におけるスピン波輸送特性の解明について遂行する予定である.
接触刺激と光質は植物のテルペン類放出モデルの新たな説明変数となるか

一昨年製作しだ実験装置を用いて,振動強度とテルペン類の一時的な放出量の関係を詳細に検討した.モノテルペン蓄積・放出植物(ヒノキ,スギ,クスノキ,レモンバーム)とイソプレン放出植物(コナラ)を用いた.葉の表面にモノテルペンの貯蔵器官をもつヒノキやレモンバームでは,振動後直ちに放出速度は高まった.振動は10, 30, 60秒間行ったが,振動時間が長いほどモノテルペンの一時的な放出量が増大した.葉の内部に貯蔵器官を持つクスノキでは,上昇はわずかで,振動時間による違いが明確でなかった.スギのモノテルペン放出は振動によりわずかに高まったが,振動継続時間による差異はなかった.セスキテルペン放出は影響を受けなかった.コナラからのイソプレン放出速度は振動時間によらず増大せず,貯蔵器官を持たず生産後直ちに放出されるタイプでは振動の影響はないと考えられた.以上をまとめると,振動によりテルペン類の放出が50倍以上高まったものはハーブ植物のレモンバームで,その上昇が550倍の範囲であるものはヒノキであった.25倍がクスノキで,2倍以下がスギであった.変化なしがコナラであった.このように風による振動にともない葉が擦れ合うなどの物理刺激が,植物のテルペン類の放出におよぼす影響は,植物種により大きく異なることが明らかになり,これまで広く使用されてきた放出モデルに,新たに風の影響を加味する必要性が明らかになった.実験1枝葉同士の接触刺激がテルペン類の放出に及ぼす影響を調べる実験装置の試作人工的に起こした振動による枝葉同士の接触刺激の影響を調査可能な実験装置を製作した.本研究では,人工的に枝葉を振動させるために,ステッピングモーター駆動の電動シリンダを用いて植物を鉢ごと左右にスライドし,枝葉にかかる慣性力の方向を切り替えることで,接触を誘起する実験装置を試作した.スライド長さは500mmまで設定可能で,鉢の移動速度を最大500mm/sまで高めることで,接触強度を調節可能とした.実際に,8号鉢に植えたマツとコナラをシリンダ台に固定してスライドさせた結果,高い慣性モーメントに耐えるよう鉢の固定方法を改良することで,10分の連続運転でも鉢および土壌に異常はなかった.また,比較的大きな樹木苗用に,幹をつかむアームを電動シリンダで駆動し左右方向へ幹を揺らす装置を製作した.接触刺激以外に境界層抵抗におよぼす風の影響を調べるため,風速2m/s程度まで実現できるテフロン製空気攪拌ファンを設置した.開放式同化箱法に基づく計測システムを製作しガスクログラフ質量分析計にて,植物のないブランク状態で発生する揮発性炭化水素(VOC)を測定した結果,目的とするイソプレンとモノテルペン類は検出されなかった.他のVOCは一部観測されたが,検出限界付近の濃度域であり,実験上問題とならないと判断した.実験2光質がテルペン類の放出におよぼす影響を調べる実験装置の試作光質のみを変化させ他の環境条件を一定に保つために,市販の携帯用光合成測定装置を用いる.人工光源には発光ダイオード(LED)パネルを購入した.青色,赤色遠赤色,白色のLEDを光を最大500μmo1m^<-2>s^<-1>まで出力可能である.実験1枝葉同士の接触刺激がテルペン類の放出に及ぼす影響昨年製作した実験装置を用いて,振動強度とテルペン類の一時的な放出量の関係を検討した.モノテルペン蓄積・放出植物(ヒノキ,スギ,クスノキ,レモンバーム)とイソプレン放出植物(コナラ)を用いた.葉の表面にモノテルペンの貯蔵器官をもつヒノキやレモンバームでは,振動後直ちに放出速度は高まった。葉の内部に貯蔵器官を持つクスノキでは,上昇はわずかであった,振動終了後数分で放出速度は低下し始め,元のレベルに戻るまで30分1時間を要した.スギのモノテルペン放出は振動の影響を受けたが,セスキテルペンは影響を受けなかった.コナラからのイソプレン放出速度は振動で変化せず,貯蔵器官を持たず生産後直ちに放出されるタイプでは振動の影響はないと考えられた.実験2光質がテルペン類の放出におよぼす影響イソプレン放出植物であるコナラを用い,光質の影響を調べた.赤色光,青色光,白色光の照射では,イソプレンの光飽和点に近い500μmol m^<-2>s^<-1>の光強度(PPF)に設定した.また,遠赤色光を付加した場合のイソプレン放出も測定した.いずれの場合もコナラからのイソプレン放出は変化がなく,光質がイソプレン放出におよぼす影響は認められなかった.次年度は,振動の影響をより詳細に調べ,自然条件下での風が植物のテルペン類放出に及ぼす影響を定量化する方法について検討する.一昨年製作しだ実験装置を用いて,振動強度とテルペン類の一時的な放出量の関係を詳細に検討した.モノテルペン蓄積・放出植物(ヒノキ,スギ,クスノキ,レモンバーム)とイソプレン放出植物(コナラ)を用いた.葉の表面にモノテルペンの貯蔵器官をもつヒノキやレモンバームでは,振動後直ちに放出速度は高まった.振動は10, 30, 60秒間行ったが,振動時間が長いほどモノテルペンの一時的な放出量が増大した.葉の内部に貯蔵器官を持つクスノキでは,上昇はわずかで,振動時間による違いが明確でなかった.スギのモノテルペン放出は振動によりわずかに高まったが,振動継続時間による差異はなかった.セスキテルペン放出は影響を受けなかった.

コナラからのイソプレン放出速度は振動時間によらず増大せず,貯蔵器官を持たず生産後直ちに放出されるタイプでは振動の影響はないと考えられた.以上をまとめると,振動によりテルペン類の放出が50倍以上高まったものはハーブ植物のレモンバームで,その上昇が550倍の範囲であるものはヒノキであった.25倍がクスノキで,2倍以下がスギであった.変化なしがコナラであった.このように風による振動にともない葉が擦れ合うなどの物理刺激が,植物のテルペン類の放出におよぼす影響は,植物種により大きく異なることが明らかになり,これまで広く使用されてきた放出モデルに,新たに風の影響を加味する必要性が明らかになった.
植物の気孔発達に関わる小胞形成因子の機能解析

孔辺母細胞の細胞質分裂異常の原因遺伝子であるshabondama40はERからの小胞出芽に働くSec31のホモログ(ATSEC31A)である。細胞質分裂異常はアミノ酸置換アレルshabondama 40でのみ観察され、同遺伝子の破壊株では出現しない。この理由としてもう一つのホモログであるATSEC31との優劣関係がATSEC31B<SHABONDAMA40<ATSEC31Aとなっていることが推測された。そこでアミノ酸置換アレルと破壊アレルのF1の観察を行ったところアミノ酸アレルの表現型である細胞質分裂以上が見られた。このことより上記の優劣関係となっていることが遺伝学的に示された。ATSEC31A破壊株ではアミノ酸置換アレルとは別の表現型、花粉と葯の発育不全、花粉表層のエキシン構造の異常、葯壁の周囲の細胞であるタペート細胞中のタペトソームの形態が異常、であることが観察される。タペトソームは小胞体由来のオイルボディーが発達したオルガネラであるため、ATSEC31A遺伝子破壊によってERからの正常な発達が阻害されていると考えられた。そのためタペート細胞で特異的に発現するFBP1プロモーターを用いてATSEC31Aを発現させてみたところ、正常な花粉が回復した。このことより、花粉の正常な発達にタペート細胞(タペトソーム)におけるATSEC31Aの働きが必須であることが示された。これらの実験結果より、植物の発達に関わる小胞形成因子ATSEC31の機能の理解が深まった。細胞質分裂異常はアミノ酸置換アレルshabondama40でのみ観察され、同遺伝子の破壊株では出現しない。そこで結合親和性の比較を行うためにマルチカラーBiFcによる解析を行い、ATSEC31BよりもATSEC31Aの方がATSEC13に対して高い結合親和性を持つ結果が得られた。ATSEC31A破壊株ではATSEC31Bが代替するため細胞質分裂異常が発生せず、shabondama40変異体ではアミノ酸置換型ATSEC31Aが小胞輸送系で働いてしまうために細胞質分裂異常が引き起こされると推測された。ATSEC31A破壊株では新規な表現型として花粉と葯の発育不全が観察された。切片の光学観察や透過型電子顕微鏡観察により、花粉表層のエキシン構造が異常であること、葯壁の周囲の細胞であるタペタム中のタペトソームの形態が異常であることがわかった。エキシン構造は、減数分裂前の小胞子母細胞のステージで形成され始めるカロース層によって制御される。そのため、ATSEC31A遺伝子破壊によってカロースや合成酵素の輸送が影響されていることが考えられた。これら実験結果より、植物の発達に関わる小胞形成因子ATSEC31機能の理解が深まった。
無限ネットワーク上の変分問題とその応用

1.Wirtingerの不等式,Hardyの不等式,ソボレフ・ポアンカレの不等式,強等周不等式等の有名な不等式は変分法の研究において重要であることが知られている。本研究では,無限ネットワーク上でこれらの不等式の相互関係を考察し,これらの不等式から得られる離散ポテンシャル論的な興味深い結果を与えた。広島工業大学村上教授との共同研究である。2.種々の極値問題を調べる際に,その双対問題を利用することの有効性はよく知られている。このことを無限ネットワーク上の一般化された容量に関する研究に応用した。すなわち,無限ネットワーク上の凸計画問題とその双対問題を無限計画問題として定式化して,双対定理が成立するための十分条件を吟味することにより,新たな知見を得た。ドイツ国マンハイム大学Oettli教授との共同研究である。3.無限ネットワーク上で重みつきのソボレフ・ポアンカレ不等式と離散ラプラシアンに関する重み付き固有値問題の関係に着目して,最小固有値に関する結果を証明した。連続型ラプラシアンについて幾何学分野の手法は離散型にはあてはまらない。最小固有値を到達する固有関数のディリクレ和有限性についても検討を加えた。4.島根大学総合理工学部陳助教授との共同研究で,線形補償問題を微分不可能な方程式に書き直し,それを用いて与えられた問題が解をもつか否かを検証するために,線形計画法におけるファルカスの補助定理を利用する方法を提案した。1.ネットワーク上でHardyの不等式を研究する際に,倉持関数の性質を応用できることを示した。すなわち,離散ラブラシアンの重み付き固有値問題を研究する際に,最小固有値に関する情報が重要である。ネットワークの節点数が大きくなると,計算機で最小固有値を直接に計算する方法には限界がある。直接計算ではなく,重みによる倉持ポテンシャルの大きさを用いて,最小固有値を評価する方法を提案した。抵抗を変化させることにより,この評価方法の有効性についての数値実験例も与えた。2.無限ネットワークの離散倉持関数の性質をその有限部分ネットワークの離散倉持関数で近似することにより明らかにした。この結果は,離散倉持関数に関する数値実験等を行う際に有効である。3.種々の極値問題を調べる際に,その双対問題を利用することの有効性はよく知られている。すなわち,これらの問題を無限計画問題として定式化して,双対定理が成立するための十分条件を吟味し,新たな知見を得た。4.Wirtingerの不等式,Hardyの不等式,ソボレフ・ポアンカレの不等式,強等周不等式等の有名な不等式は変分法の研究において重要であることが知られている。島根大学総合理工学部陳助教授との共同研究で、線形補償問題を微分不可能な方程式に書き直し、それを用いて与えられた問題が解をもつか否かを検証する方法を提案した。

すなわち,無限ネットワーク上の凸計画問題とその双対問題を無限計画問題として定式化して,双対定理が成立するための十分条件を吟味することにより,新たな知見を得た。ドイツ国マンハイム大学Oettli教授との共同研究である。3.無限ネットワーク上で重みつきのソボレフ・ポアンカレ不等式と離散ラプラシアンに関する重み付き固有値問題の関係に着目して,最小固有値に関する結果を証明した。連続型ラプラシアンについて幾何学分野の手法は離散型にはあてはまらない。最小固有値を到達する固有関数のディリクレ和有限性についても検討を加えた。広島工業大学村上教授との共同研究である。4.島根大学総合理工学部陳助教授との共同研究で,線形補償問題を微分不可能な方程式に書き直し,それを用いて与えられた問題が解をもつか否かを検証するために,線形計画法におけるファルカスの補助定理を利用する方法を提案した。
新規一分子計測のためのガラス基板の作製とDNA結合蛋白質研究への応用

高濃度蛍光標識生体分子を1分子レベルで結合解離の様子を観察・解析可能なナノ開口基板を用いて、大腸菌のHolliday構造DNAの分岐点移動を促進するモーター蛋白質であるRuvBの機能解析やエピジェネティック制御、特にメチル化DNA維持機構に大きく関与するヘミメチルCpG結合ドメインであるSRAの機能解析を中心に研究を進めました。RuvB蛋白質についてはADPやATPγS等の様々なヌクレオチド存在下でRuvBとRuvA-Holliday構造DNAとの相互作用を解析した結果、RuvBの6量体形成は、ATPとの結合だけでなく、ATP加水分解により促進することを示唆する結果を得ました。エピジェネティクス制御、特にメチル化DNA維持機構に大きく関与するヘミメチルCpG結合タンパク質であるヒトUHRF1とゲノム構造維持に重要な働きを示す大腸菌UvrD DNAヘリケースやRuvABタンパク質の機能を蛍光一分子イメージング技術を用いて解析を行っています。UHRF1についてはヘミメチルCpGの探索過程を明らかにできるように、UvrDについてはUvrDの加水分解とDNA unwindingの連関関係を明らかにできるように、RuvABについてはRuvBの6量体リング構造を二本鎖DNA上で形成する過程を明らかにできるような研究を行っています。しかしながら、本研究で解析対象となるタンパク質はそれぞれDNAやATPとの解離定数が数百nMから数十μMと非常に高く、従来の蛍光1分子イメージング技術で解析が非常に困難でした。本研究では解離定数の非常に高いサンプルでも蛍光1分子イメージングを可能とするナノ開口基板を自らの手で作製し、作製したナノ開口基板を用いて、研究を行いました。これまでに蛍光標識されたUHRF1のヘミメチルCpG結合ドメインであるSRAに関する結果とRuvBに関する結果が得られました。SRAに関しては二本鎖DNAまたはヌクレオソームを固定したナノ開口基板上に蛍光標識されたSRAを加え、DNA又はヌクレオソーム上に結合したSRAの数を求める事が出来ました。RuvBに関しては、RuvBはATP依存的に二本鎖DNAと結合しますが、ATPアナログであるATPγSやADPまたは両者が共存した状態でのRuvBのDNA上での結合数に関する結果が得られました。エピジェネティクス制御、特にメチル化DNA維持機構に大きく関与するヘミメチルCpG結合蛋白質であるヒトUHRF1とゲノム構造維持に重要な働きを示す大腸菌UvrD DNAヘリケースやRuvAB蛋白質の機能を蛍光1分子イメージング技術を用いて解析を行っています。しかしながら、本研究で研究対象となる蛋白質はそれぞれDNAやATPとの解離定数が数百nMから数十μMと非常に高く、従来の蛍光1分子イメージング技術では解析が非常に困難でした。SRAに関しては昨年に引き続きまして、DNAとの結合活性を調べています。その過程でSRAはヘミメチルCpGを含む二本鎖DNAだけでなく、メチル化シトシンを含む一本鎖DNAに対しても高い親和性を示すという結果が得られました。RuvBに関しては6量体リング構造形成に関して、ATPの結合だけでなく、加水分解が非常に重要な働きを示すことを示唆する結果が得られました。DNA相同組換え中間体であるHolliday構造DNAの分岐点移動反応に関与する大腸菌RuvA-RuvB蛋白質複合体やエピジェネティクス制御の中でメチル化DNA維持機構に関与するヘミメチルCpG結合蛋白質であるヒトUHRF1の機能解析を蛍光1分子イメージング技術を用いて解析を行っています。RuvA-RuvBについてはRuvBの6量体リング構造を二本鎖DNA上で形成する過程を明らかにできるような、UHRF1についてはヘミメチルCpGの探索過程を明らかにできるような研究を行っています。また、本研究で対象とする蛋白質のDNAやその他生体分子に対する解離定数が数百nMから数十μMと非常に高く、従来の全反射照明のような蛍光1分子イメージングでは解析が非常に困難でした。今年度は特にRuvB蛋白質に関して、様々な結果が得られました。RuvA-Holliday構造DNA複合体とのRuvBの複合体形成において、RuvBはADPやATPγS存在下で効率よく複合体形成を行うことが観察され、特にADPとATPγSの両者が存在すると更に多くのRuvBがRuvA-Holliday構造DNA複合体と相互作用することが確認されました。また、生化学的解析からRuvA-RuvBによるHolliday構造DNAの分岐点移動反応のKineticsを解析しました。以上の結果よりATPの加水分解によりRuvA-RuvB-Holliday構造DNA複合体形成が促進されることが示唆される考えられ、これまでの研究結果を雑誌論文に発表いたました。

高濃度蛍光標識生体分子を1分子レベルで結合解離の様子を観察・解析可能なナノ開口基板を用いて、大腸菌のHolliday構造DNAの分岐点移動を促進するモーター蛋白質であるRuvBの機能解析やエピジェネティック制御、特にメチル化DNA維持機構に大きく関与するヘミメチルCpG結合ドメインであるSRAの機能解析を中心に研究を進めました。RuvB蛋白質についてはADPやATPγS等の様々なヌクレオチド存在下でRuvBとRuvA-Holliday構造DNAとの相互作用を解析した結果、RuvBの6量体形成は、ATPとの結合だけでなく、ATP加水分解により促進することを示唆する結果を得ました。SRAに関する研究では、これまでSRAはヘミメチルCpG結合につきましては、その活性が詳しく調べられていましたが、本研究ではSRAはヘミメチルCpGだけでなく、メチル化シトシンを含む一本鎖DNAに対してもヘミメチルCpG同様の親和性を持つことを示唆する結果を得ました。また、研究計画のように穴の直径が70 nmのナノ開口基板作製に関しては、本年度ではこのような基板が大量に作製する必要があるため、昨年度までのように、カバーガラス型の石英ガラス基板に電子線描画するのでは無く、直径が10 cmのウェハ型の石英ガラス基板を用いて、ナノ開口基板を作製することを開始しました。ほぼ作製手法が確立した考えています。また、RuvBに関する結果につきまして、この2、3ヶ月で論文投稿に進めることができる状態です。以上、平成26年度は研究計画に近い形で研究が達成したと考えていますので、おおむね順調に進展していると自己評価しました。生物学SRAに関する研究につきましては、SRAと相互作用することが知られているDNAメチル基転移酵素であるDNMT1がSRAとヘミメチルCpGDNA複合体の安定性にどのような影響を及ぼすのかを明らかにするため、これまでの研究から引き続き、DNMT1とDNMT1中のSRAと相互作用するドメインであるRFTドメインの2つの蛋白質を準備し、ナノ開口基板上で形成されたSRA-DNA複合体上にDNMT1またはRFTを加えることで、SRA-DNA複合体がどのような影響を受けるのかを調べる予定です。RuvBにつきましてはATP存在下での6量体リング構造形成過程を実時間で観察するため、ナノ開口基板にシリンジポンプで送液可能となるような改造を行い、二本鎖DNA上でのRuvBの6量体リング構造形成過程を観察する予定です。SRAとヘミメチルCpGを含むDNAとの結合解離を解析する事を計画していたので、平成25年度の研究計画ではヘミメチルCpGを含むDNAの作製とそのDNAを用いたヌクレオソームの作製を行う事を計画していました。そして、それらの作製が順調に進めば、DNAまたはヌクレオソームをナノ開口基板に固定し、SRAの結合解離を解析する予定でした。研究計画通りにDNAまたはヌクレオソームに対して、SRAがいくつ結合しているのかを計測する事が終了し、DNAとヌクレオソームに対するSRAの親和性に大きな違いが見られる事が観察され、現在ではこれらの結果を発表するための論文投稿準備中です。
高相純度立方晶III族窒化物半導体薄膜成長とヘテロ構造の物性応用

III族窒化物半導体GaN,InN,AlNおよび関連混晶の高相純度立方晶薄膜およびヘテロ構造を、有機金属気相成長法ないし分子線エピタキシー法を用いて実現し、相純度、欠陥性状、発光特性、電気伝導特性などの基礎物性を成長条件との関連において明らかにした。とくに立方晶InNおよびInGaNにおいてはYSZ(001)基板の有用性を確認した。また立方晶GaNおよびAlGaNにおいては、Si添加による伝導性制御を確立した。立方晶AlNにおいてはバンドギャップ値を同定した。本研究は、六方晶相の混入を高度に抑制した立方晶相III族窒化物半導体薄膜成長を実現し、それにより立方晶III族窒化物半導体薄膜およびヘテロ構造の特徴ある物性および応用上有利な物性を明らかにするとともに、その物性応用としての、発光デバイス、電子デバイスなどの可能性を探求することを目的としている。この目的に沿って、初年度の平成22年度においては、以下の研究成果を得た。1.MOVPE法によるGaAs(001)基板上の立方晶GaN薄膜成長において、AlGaAs中間層を挿入することによりGaAs基板表面の熱損傷を抑制し、立方晶薄膜の相純度を改善できることを明らかにした。具体的には、GaAs上にAl濃度11%のAlGaAs層を700°Cで400nm積層した後に、600°CでGaNバッファ層、925°CでGaN層をエピタキシャル成長させることにより、立方晶相純度95.2%を実現した。表面平坦性も改善された。2.MBE法によるYSZ基板上の立方晶InNおよびInGaN薄膜成長において、相純度がInリッチ成長表面において向上することを見出し、450°C成長InNにおいて相純度95%を実現した。InGaNにおいては、InNに対してGa濃度を増加させるとともに相純度の顕著な低下がみられ、450°C成長のGa濃度13%のInGaNにおいて、相純度は13%であった。相純度の低下は、表面吸着Ga原子が、GaおよびInの表面マイグレーションを低下させるためであると解釈される。3.MBE法によるMgO(001)基板上のSiドープ立方晶GaNおよびAIGaN薄膜成長において、適度なドープ濃度の範囲内ではSiドープが相純度および結晶性に影響を与えることはないことを確認した。過剰なSiドープは積層欠陥を生成し、六方晶相混入の原因となることを明らかにした。立方晶GaN薄膜においては、電子濃度2.8×1020cm-3、AlGaN薄膜においては、電子濃度1.1×1020cm-3までのn型電気伝導性を確認した。最大電子移動度は、立方晶GaN薄膜においては、27cm2/Vs、AlGaN(Al濃度5%)薄膜においては、14cm2/Vsであった。移動度低下の主原因は積層欠陥による電子散乱と考えられる。この目的に沿って、2年目となる平成23年度においては、以下の研究成果を得た。1.MBE法によるYSZ基板上の立方晶InN薄膜成長において、YSZ(001)基板の異なる微傾斜方位および微傾斜角による六方晶InNの混入形態を明らかにした。【100】方向へ2°傾斜した基板上では、立方晶InNの4個の{111}ファセット面のうち、(111)面と(1-11)面からの六方晶相の混入が顕著であり、微傾斜角度の増加に伴い、(111)面と(1-11)面への六方晶相の混入率が増加し、他のファセット面への混入率が減少する。これらの傾向は、基板の微傾斜角度の増加によって、これらのファセット面上でc軸配向六方晶相の形成がより幾何学的に容易であり安定化するためであると解釈できる。2.MBE法によるMgO(001)基板上の立方晶AlN薄膜成長において、立方晶GaNバッファー層の表面平坦性の向上による立方晶AINの結晶性および表面平坦性の向上を実現した。従来の550°C成長立方晶GaNバッファー層に代えて、400°C成長低温バッファー層および550°C成長立方晶GaNバッファー層の2段階成長バッファ層上に700°Cで立方晶AIN成長を行うことによより、立方晶AIN表面平坦性が顕著に向上した。同時に電子線回折において六方晶回折が消滅し、六方晶の混入が抑制されたことが明らかである。

また、室温光透過測定より、バンドギャップエネルギーが5.05.5eVであることが明らかとなった。3,MOVPE法によるGaAs(001)基板上の立方晶GaNおよびInGaN成長においては、GaAsバッファ層および低温成長GaNバッファ層の成長条件を見直して、高相純度立方晶GaN成長条件の最適化を進めた。本研究は、六方晶相の混入を高度に抑制した立方晶相III族窒化物半導体薄膜成長を実現し、それにより立方晶III族窒化物半導体薄膜およびヘテロ構造の特徴ある物性および応用上有利な物性を明らかにするとともに、その物性応用としての、発光デバイス、電子デバイスなどの可能性を探求することを目的としている。この目的に沿って、最終年度となる平成24年度においては、以下の研究成果を得た。1.MBE法によるMgO(001)基板上の立方晶AlN薄膜成長において、2段階成長立方晶GaNバッファー層を採用することにより、表面平坦性に優れた立方晶AlN薄膜を安定的に得られるようになった。400°C低温成長および550°C高温成長の2段階成長立方晶GaNバッファ層上に700°Cで立方晶AlN成長を行うことにより、立方晶AlN表面平坦性は、RMSラフネス値で、低温バッファ層が無い場合の2.3nmから1.6nmに顕著に向上した。X線回折逆格子空間マッピングから見積もったAlN層の立方晶相純度は、低温バッファ層が無い場合の18%から62%に顕著に向上した。室温光透過測定から立方晶AlNのバンドギャップエネルギーが5.05.5 eVと見積もられたが、分光エリプソメトリーの解析結果からはほぼ6.0eVの値が得られた。これはなお六方晶が混在していることが原因であると推定している。2.MOVPE法によるGaAs(001)基板上の立方晶GaN、InGaNおよびAlGaN成長において、GaAsバッファ層および低温成長GaNバッファ層の成長条件を見直して、高相純度立方晶相成長条件の最適化を進めた。InGaN成長においては、キャリアガスを水素に代えて窒素を採用することにより、Inの取り込み効率が向上することを確認した。AlGaN成長においては、水素キャリアにより、Al濃度20%までの立方晶相成長に成功した。MBE成長立方晶InNおよび立方晶AINにおいて、当初の目的に沿った顕著な進展をみた。MOVPE成長立方晶GaNおよびInGaNにおいては、多少の見直しを行って、今後のさらなる高品質結晶実現を期した。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後、MBE成長においては、MgO(001)基板上の立方晶AINに集中して、高相純度化および光学特性などの物性解明に注力する。またMOVPE成長においては、GaAs(001)基板上の立方晶GaNの高相純度化および欠陥評価、さらに立方晶InGaNに展開する。またGaAs(311)基板上の高相純度立方晶GaN成長を、パタン基板上の選択成長を含めてさらに推し進める。
相互依存性の性質と自己解釈図式が対人影響行動に及ぼす効果の検討

社会行動様式の文化差の説明用具として,他者との関係における自己の位置づけを統一的に説明する「自己解釈図式」という概念に注目した。本研究では,同一文化圏の人々の自己解釈図式の相違が,さまざまな性質をもつ相互依存的関係性における対人影響行動に及ぼす異なる効果の吟味検証を試みた。1.H.H.Kelleyら(1978他)の相互依存理論で用いられる2×2マトリクスを分析用具として,青年期の親子関係の相互依存構造を吟味した。親と子の間に個々の相互作用状況を越えた一貫性,すなわち行動統制主体の親に対する再帰統制と運命統制を発達させる子,という相互依存関係パターンを同定した。2.Markus and Kitayama(1991)が開発した自己解釈図式測定尺度に改訂を加え,当今の若者の日常生活に普遍的と思われる項目からなる測定尺度を作成し,その妥当性を検証した。(1)自己解釈図式と,物理的知覚課題に関する認知スタイルとの間に若干の有意な関係を見出した。(2)従来,一般的な他者として処理してきた自他関係をウチなる他者とソトなる他者にわけて,両状況での自己図式を測定する測定尺度を開発した。相互依存性はミウチを対象としたとき高くなったが,独立性の高さの対象による変動はあまり見られなかった。(3)ウチなる他者との間に発現する自己図式とソトに対して発現する自己図式のタイプを組み合わせ,恋人との関係に,そのカップルをとりまく社会的関係性がどのように影響するかを実験的に吟味した。3.自己解釈図式の独立性と相互依存性が青年の抱く理想自己の設定と現実自己の定位に及ぼす効果を検討した。その結果,自己解釈図式が相互依存的である者ほど正負の理想自己像を高く認知する傾向が認められた。(1)対人関係における相互依存性の測定と類型化の目的で、H.H.Kelleyらの提唱するマトリクスを用い、関係性成員にとって重要度が異なるインシデントを中学生親子・高校生親子に提示して、青年期の親子関係における相互依存性の構造を吟味した。親子の間には、個々の相互作用状況を超えた一貫する傾向が認められた。再帰統制RCをほとんどもたず行動統制BC主体の相互依存性を示す親に対し、子は発達とともにRCを増大させ、運命統制FC主体の相互依存性を示した。(2)自己解釈図式を独立的対相互依存的の次元で測定するための尺度を構成し、その構成概念妥当性の吟味を行った結果、対象者を一応分類することが可能となった。しかしなお独立と相互依存が一次元尺度の両極を成すのではなく直交する二次元として現れる可能性が認められたため、さらに検討を加えることとした。(3)大学生の恋人関係と同性の友人関係のインシデントを設定し、恋人関係の相互依存性は行動統制BCで規定されるのに対し、友人関係は弱い運命統制FCに規定されることを確認した。さらに、自己解釈図式が相互依存型の人はそれが独立的である人に比べ、親密な二者間の相互作用(相互統制の量)に関係性外部の出来事の影響を受けがちであった。(4)オレゴン大学および広島大学の学生各を対象に“Who am I?"形式で自己についての自由記述を収集した。アメリカ人(独立的)は自己を表現するのに自分の個人的特徴を言及し、日本人(相互依存的)は他者との関係や社会的カテゴリに言及するという仮説を検討中である。(5)H.A.Wickらが知覚実験で見いだした認知スタイルの“場依存性-場独立性"次元と“相互依存的自己-独立的自己"の関係を先の尺度と埋没図形テストで測定し比較したが、明瞭な関係は見いだせなかった。

引き続きデータを補充して結果を取りまとめる予定である。社会行動様式の文化差の説明用具として,他者との関係における自己の位置づけを統一的に説明する「自己解釈図式」という概念に注目した。本研究では,同一文化圏の人々の自己解釈図式の相違が,さまざまな性質をもつ相互依存的関係性における対人影響行動に及ぼす異なる効果の吟味検証を試みた。1.H.H.Kelleyら(1978他)の相互依存理論で用いられる2×2マトリクスを分析用具として,青年期の親子関係の相互依存構造を吟味した。親と子の間に個々の相互作用状況を越えた一貫性,すなわち行動統制主体の親に対する再帰統制と運命続制を発達させる子,という相互依存関係パターンを同定した。2.Markus and Kitayama(1991)が開発した自己解釈図式測定尺度に改訂を加え,当今の若者の日常生活に普遍的と思われる項目からなる測定尺度を作成し,その妥当性を検証した。3.自己解釈図式と,物理的知覚課題に関する認知スタイルとの間に若干の有意な関係を見出した。4.従来,一般的な他者として処理してきた自他関係をウチなる他者とソトなる他者にわけて,両状況での自己図式を測定する測定尺度を開発した。相互依存性はミウチを対象としたとき高くなったが,独立性の高さの対象による変動はあまり見られなかった。5.ウチなる他者との間に発現する自己図式とソトに対して発現する自己図式のタイプを組み合わせ,恋人との関係に,そのカップルをとりまく社会的関係性がどのように影響するかを実験的に吟味した。6.自己解釈図式の独立性と相互依存性が青年の抱く理想自己の設定と現実自己の定位に及ぼす効果を検討した。その結果,自己解釈図式が相互依存的である者ほど正負の理想自己像を高く認知する傾向が認められた。
生物多様性保全を目的とした森林管理の実現と経済的インセンティブ政策に関する研究

生物多様性の保全が森林所有者の利益に直結する経済的インセンティブとそれを利用した新たな政策を環境経済学や森林生態学に基づいて分析した。第一に森林所有者に対する意識調査を実施し,森林所有者の行動分析を行った。第二に,森林GISにより森林の空間情報に関する分析を行った。第三に森林管理と野鳥の個体数の関係を分析した。第四に選択型実験により森林生態系サービスの経済価値評価を行った。第五に森林政策により野鳥の個体数を増加させたときの価値を評価した。第六に,評価結果をもとに費用便益分析を実施した。そして,保全的価値と木材価値の合計値を最大化する最適な混交率は50%程度であることが明らかになった。生物多様性を保全する上で森林政策は大きな影響力を持っている。だが、これまでの補助金を中心とした日本の制度は林業振興を目的としたものであり、生物多様性の保全には従来とは異なる新たな制度が不可欠である。本研究では、生物多様性の保全が森林所有者の利益に直結する経済的インセンティブを利用した新たな政策について検討し、その効果を環境経済学と森林生態学の方法論に基づいて分析する。海外ではPES(payment for ecosystem services :生態系サービスへの支払い制度)に関する研究が進んでいるが、本研究では日本型PESの導入により林業振興と生態系サービスの提供を両立させる制度の可能性について、北海道の実証研究をもとに分析を行う。本年度は、人工林において生物多様性を考慮した森林管理のあり方について生態学的観点から分析を行った。千歳国有林のトドマツ人工林とアカエゾマツ人工林を対象に幅100m、長さ200mの調査区を設定し、その中の鳥類個体をカウントした。カウントされた個体数を応答変数、調査地のhaあたりの植栽針葉樹の胸高断面積合計(m2/ha)を説明変数とした一般化線形モデルを構築した。その結果、多くのケースで、植栽針葉樹の胸高断面積合計が増加すると鳥類個体数が単調減少することが明らかになった。この分析結果をもとに、人工林の森林管理が生物多様性に及ぼす影響を検討した。また森林政策が森林所有者の行動に及ぼす影響を検討するためには、森林所有者に対するアンケート調査が必要であることから、現地調査を実施するとともに調査票の設計を進めた。海外ではPES(payment for ecosystem services:生態系サービスへの支払い制度)に関する研究が進んでいるが、本研究では日本型PESの導入により林業振興と生態系サービスの提供を両立させる制度の可能性について、北海道の実証研究をもとに分析を行う。本年度は、昨年度に引き続き人工林において生物多様性を考慮した森林管理のあり方について生態学的観点から分析を行った。また、森林政策が森林所有者の行動に及ぼす影響を検討するためには、森林所有者に対するアンケート調査を実施した。本研究では、生物多様性の保全が森林所有者の利益に直結する経済的インセンティブを利用した新たな政策について検討し、その効果を環境経済学と森林生態学の方法論に基づいて分析した。海外ではPES(payment for ecosystem services:生態系サービスへの支払い制度)に関する研究が進んでいるが、本研究では日本型PESの導入により林業振興と生態系サービスの提供を両立させる制度の可能性について、北海道の森林を対象に実証研究を行った。本研究の成果は以下のとおりである。第一に、北海道の森林所有者を対象にアンケート調査を実施し、森林所有者の森林管理行動の要因を分析した。第二に,北海道の土地利用に関するデータを収集し、GISのデータベースを構築した。第三に,土地利用や森林構造の変化が野鳥の個体数に及ぼす影響について現地調査によりデータを収集し、森林伐採が生物多様性に及ぼす影響を分析した。第四に,野鳥の個体数の変化によって生じる経済的影響を選択型実験により評価した。第五に,以上の分析結果をもとに,日本型森林PES制度を導入したときの費用対効果を分析し,生物多様性の保全を目的とした新たな森林政策のあり方について検討した。26年度が最終年度であるため、記入しない。

環境経済学26年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画では予定されていたとおりに生態学的分析と現地調査を実施した。生態学的分析では,森林管理と野鳥の個体数の関係を明らかにすることができた。現地調査では森林所有者の現況を把握することができた。生態学的分析および森林所有者調査は予定通り実施したが,一般市民対象の調査については,調査設計に予想より時間を要したため,調査実施をよく次年度に延期した。26年度が最終年度であるため、記入しない。今年度の研究成果を踏まえて,現地調査と森林所有者を対象としたアンケート調査を実施する予定である。今年度の研究成果を踏まえて,一般市民を対象としたアンケート調査を実施する予定である。現地調査および研究打ち合わせなどに旅費を使用する予定である。アンケート調査等で人件費および外注費を用いる予定である。今年度に実施予定のアンケート調査を次年度に延期したため。一般市民対象のアンケート調査の委託費として使用予定。
単眼視・超音波複合センシングによる障害物回避可能な自律航法に関する研究

近年、社会的ニーズも高まりつつある自律走行車(人間の操作なしに自律的に走行が可能な車両)の実現において最も重要な問題は、経路上の障害物の発見とその回避である。このためのセンサとして得られる情報量の多い画像を用い、車両を誘導する方法が既にいくつか提案されている。しかしながら、それらの多くは画像処理に要する時間的制約のために、処理毎に車両を一旦停止させなければならないか、あるいは著しく高価なハードウエアを必要としているものかのどちらかであった。そこで本研究では、画像を用いて車両を自律走行させる際に一旦停止させなくとも安定して車両を誘導し続けることができ、さらに経路上の障害物を発見、および回避可能であるような自律走行車のための新たな自律航法を開発し、これを単一のTVカメラと超音波距離センサに通常の画像処理装置という極めて安価なシステム上に実現することを目的とした。本年度は、昨年度までに得られた研究成果を基に、第一に実験システムの構築を行った。実験システムは、超音波距離センサを有する自立走行車と画像処理用のコンピュータから構成した。走行車両としては研究代表者が現有する移動ロボット「山彦」を使用し、これにCCDカメラを装備し、車両とコンピュータ間の画像およびデータの送受は、無線通信により実現した。第二に、昨年度に開発した各種のアルゴリズムに関するソフトウエアを、上記実験システムに実装した。また、実験走行のための準備として、走行経路に関する環境のモデリングも行った。第三に、構築した実験システムを用いて大学構内で実験を行い、本研究で提案する自律航法システムの有用性を総合的に検証した。目的地までの経路誘導を行っている最中に、静止障害物、および移動障害物を回避させる実験を通して、本方式により確実なナビゲーションが可能であることを確認した。そこで本研究では、画像を用いて車両を自律走行させる際に一旦停止させなくとも安定して車両を誘導し続けることができ、さらに経路上の障害物を発見、および回避可能であるような自律走行車のための新たな自律航法を開発し、これを単一のTVカメラと超音波距離センサに通常の画像処理装置という極めて安価なシステム上に実現することを目的としている。本年度は、第一に画像処理中にも車両を走行させ続けるために、画像を得た過去の時点での車両位置を推定情報により修正し、そこから現在位置を再計算するという枠組を考案し、これを自律走行車へ搭載するためのソフトウエアを構築した。第二に、画像中に現れる障害物の検知方法を検討し、その情報に基づいて障害物を回避するアルゴリズムを開発した。障害物に関する情報は、自律走行車が地図として持つ走行経路周辺の環境モデルと、実際の画像から得られる情報とを比較することによって生成される。第三に、超音波センサで得られる距離データから移動障害物を検知するアルゴリズムの開発を行い、実際の超音波センサを用いて実験的にアルゴリズムの検証を行った。また、画像による静止障害物回避行動との整合性についてシミュレーションによりチェックし、本手法の有効姓を確認した。
ユビキタス・スペースネットワークのためのアンテナシステムに関する研究

ユビキタス・スペースネットワーク構築のためのアンテナシステムの要素技術として,リフレクトアレーアンテナの広帯域化・高精度化ならびにフィルタ特性を利用した透過型平面アレーアンテナ等の次世代アンテナ形式について検討した.また,多モードの合成による成形ビームホーンや広帯域低交差偏波ホーン等の給電系に対する最適化設計技術について開発した.さらに,測定評価技術についても平面走査近傍界測定システムを基にして基礎的検討を行った.ユビキタス・スペースネットワーク構築のためのアンテナシステムの要素技術として,放射系ではリフレクトアレーアンテナならびに平面レンズアンテナの開発,給電系では成形ビームホーンアンテナの開発,その他,近傍界測定ならびにコンパクトレンジに関連する電磁波計測技術の検討を行う.ユビキタス・スペースネットワーク構築のためのアンテナシステムの要素技術として,リフレクトアレーアンテナの広帯域化・高精度化ならびにフィルタ特性を利用した透過型平面アレーアンテナ等の次世代アンテナ形式について検討した.また,多モードの合成による成形ビームホーンや広帯域低交差偏波ホーン等の給電系に対する最適化設計技術について開発した.さらに,測定評価技術についても平面走査近傍界測定システムを基にして基礎的検討を行った.アンテナシステムにおいて重要なコンポーネントである放射系ならびに回路素子について基礎的検討を行った.まず,導波管の接続部で用いられているチョーク構造をホーンアンテナの内部に複数段装荷した同軸キャビティ装荷多モードホーンについて検討を行った.このような同軸キャビティによって,低交差偏波特性に有効な高次モードを効果的に発生制御でき,広帯域な周波数特性が得られる見通しを得た.また,このキャビティの寸法を大幅に変えた検討も行っており,主偏波特性の制御が期待できる.一方,方形ホーンにおいては,すでに,主偏波特性の代表的な制御であるビーム成形について詳細な検討を行っており,だ円ビームを得る方形ホーンの設計法について明らかにした.このホーンでは,軸方向にステッブ状不連続をホーン全体にわたって設け,高次モードを発生制御するもので,直交する2つの偏波特性を合わせることができる.このようなホーンは,グローバル成形ビームアンテナとして用いることができ,後述するリフレクトアレー等の空間給電開口面アンテナの一次放射器としても有効である.そして,簡単な構成で薄型構造の実現が期待できる単層リフレクトアレーの高性能化についても検討を行った.従来,広帯域化には多層構造が不可欠であると考えられていたが,本研究では,単層構造でも2共振位相特性をうまく用いて設計すれば広帯域な特性が得られることを見出した.これは,同一面上に複数の共振素子を配列するもので,このアイディアの基になっているのは,提案する周波数選択膜を用いた導波管フィルタであり,従来の空桐共振器単体では実現できない複数共振が簡単に得られるものである.アンテナシステムの高性能化を目指し,放射系ならびに給電系に対して次のような研究成果が得られた.・リフレクトアレーのより一層の高性能化を図るため,複数共振素子を単位セルとして2次元配列する設計法について検討を行った.そのため,まず,周期構造膜の反射位相特性を数値解析し,周波数特性を明らかにした.また,実際にこれを試作し,実験的にも検討を加えている.そして,このような単位セルを基にしてリフレクトアレーの設計も行い,数値的,実験的にアンテナ放射特性を評価している.その結果,従来のリフレクトアレーに比べ,広帯域な特性が得られそおり,このアンテナの平面構造を生かせば展開アンテナへの応用が期待できる。・リフレクトアレーの別の素子形状として,左手系媒質でよく検討されているマッシュルーム構造の素子を導入し,地導体とパッチをつなぐビア位置の偏移量を調整して反射位相を制御する新しい方法について提案した.通常の人工媒質と大きく異なる点は,周期構造ではないことで,リフレクトアレー面上の所望の反射位相を実現するために非周期構造の設計を行っている。・方形ホーンにおいては,すでに,主偏波特性の代表的な制御であるビーム成形について詳細な検討を行っており,今回,だ円ビームを得る方形ホーンの小型化について検討を行った.このホーンでは,側面だけにステップ状不連続を設けた扇形テーパと,上下面だけに設けたものを交互に接続することで,不要な高次モードの発生を抑え,小型化を実現している.平面構造の開口面アンテナとして,平面パッチアレーを空間給電して高い利得を得る反射形及び透過形アンテナについて各々基礎的検討を行った.まず,反射形については,地導体とストリップ素子をビアで接続したマッシュルーム構造素子を取り上げ,ストリップ素子の形状ならびにビアの位置のオフセット量が反射位相特性に及ぼす効果を詳細に検討した結果,リフレクトアレー素子に応用できる見通しが得られた.また,透過形については,誘電体基板の両面にスロットを装荷したパッチを提案し,両者の結合共振を利用して2共振帯域通過特性を実現することによって,これまでにない薄型の平面レンズを構成できる見通しが得られた.マイクロストリップ素子を平面状に配列したリフレクトアレーアンテナの広帯域化については,3つの異なる共振現象を巧みに利用した単位素子配列を提案し,その設計・解析法を明らかにした.このアンテナは,電気的な共振現象を利用して,フェーズドアレーアンテナのように位相を制御するもので,空間給電系のオフセット角とは独立に主ビーム方向を設定できるが,アンテナ開口面での位相分布が理想値からずれるとサイドローブレベルの上昇など放射特性の劣化をまねくことになる.

従来,特にストリップ素子間相互結合によって不要ローブレベルが上昇するという問題があったが,素子長と共振特性の関係について周期境界条件を基にしたモーメント法を用いて詳細に検討し,このような影響を抑えたアンテナ構成を見出している.そして,この考え方を基にして,アレー素子形状を設計し,試作したリフレクトアレーアンテナにおいて,不要ローブを十分抑えた放射特性が広帯域に得られることを数値計算ならびに実験結果の両面から検証している.リフレクトアレーが構成される素子間の相互結合の影響によりサイドローブレベルの上昇を引き起こすという問題を解決するため,リフレクトアレーに任意形状アレー素子を用いることを提案している.任意形状アレー素子によって反射位相特性を任意に制御することで直線的で平行移動した位相特性を実現し,かつ360度分の反射位相量を得ることができる.提案する素子の妥当性は,2次元周期素子配列したものを試作し,実験的にも検討を加えている.そして,このような素子を用いてリフレクトアレーが構成可能であることを確かめるために,アンテナを設計し,その妥当性を放射特性の数値的検証より明らかにしている.そして,これらの特性を実験的に検証するために,リフレクトアレーを試作測定したところ,計算値とよく一致し,良好な放射特性が得られることを確認している.また,アンテナのより一層の小型化,広帯域化,高性能化を達成するため,同軸グループにリングを装荷した新しい構造のホーンを提案し,給電系側の同軸グループ構造によってガウス分布状でなおかつ低交差偏波な電界分布を得,この同軸グループにリングを装荷することによって正確に位相の制御が行えることを明らかにしている.提案する構造を用いれば,円形導波管モードから励振される同軸導波管モードを,より正確に制御することができ,各リング装荷同軸グループにおける電界分布を詳細に求め数値的な検討を加え,リングを装荷しない構造のホーンアンテナに比べて広帯域な特性が得られることを確認している.設計例として,円形カバレッジを高い利得で照射できるホーンアンテナを示しており,X帯で試作したアンテナにおいて良好な放射特性が広帯域にわたって実現できることを実験によって検証している.