hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
白色発光するキラル液晶ガラスの創成とレーザー発振の全可視波長チューニング

本研究は、白色発光するキラル液晶ガラスを分子設計・合成し、キラル液晶のフォトニックバンド効果に基づいた全可視波長チューナブルレーザー発振の実現に挑戦する。エネルギー移動を利用して新しい白色発光キラル液晶ガラス材料を設計・合成し、高配向の白色発光キラル液晶ガラス薄膜の中に、ブラッグ反射のグラディエーション構造を創り出す。申請者独自の顕微光計測技術を駆使して、白色発光キラル液晶ガラスによるレーザー発振の全可視波長チューニングを実証する。周期構造を持つ媒質に、その繰返し周期と同程度の波長を持つ光が入射すると、媒質と光の相互作用が極めて大きくなることがある。これは、「フォトニック結晶」の「フォトニックバンド効果」が起因している。フォトニックバンドギャップを活用すると、光子の局在化や誘導放射といった特異的な量子光学現象や光を完全に閉じ込める可能性があるので、近年、フォトニック結晶に関する研究が盛んである。従来、フォトニック結晶は、半導体デバイスのために開発された微細加工技術を駆使して集積されているが、煩雑な作製工程のために、簡便に得ることは容易でない。一方、キラル液晶(コレステリック液晶)は材料の中に分子キラリティーが存在すると、サブマイクロメートルの周期を持つ超分子らせん構造を自発的に形成できる。この構造は屈折率が変調しているため、ブラッグ条件を満たす特定の波長の円偏光を選択的に反射し、一次元フォトニック結晶と見なすことができる。近年、レーザー色素を添加したキラル液晶を用いて、外部共振ミラーを必要としないレーザー発振に関する研究が世界的に活発である。しかしながら、ほとんどの報告において、企業から提供された液晶ディスプレイ(LCD)用材料の混合物であり、その化学構造式と成分は企業秘密である。さらに、市販のレーザー色素を液晶に添加しているので、局所的な色素/液晶の相分離や分子配列の乱れも軽視できない。分子デザインされた発光性キラル液晶を用いれば、今後、レーザー発振特性のさらなる向上が期待できる。最近の研究動向を調べてみると、キラル液晶セルが呈する反射バンドに一次元的なグラデーション構造を作製し、励起領域を移動させることによってレーザー発振の波長をチューニングする試みが数多く報告されている。本研究では、ガラス状態を示す中分子量キラル液晶材料を合成し、新しいチューナブル固体レーザー発振デバイスの作製を行った。周期構造を持った媒質に、その繰返し周期と同程度の波長を持つ光が入射すると、媒質と光の相互作用が大きくなることがある。近年、フォトニック結晶に関する研究が盛んであるが、フォトニック結晶は、半導体デバイス作製のための微細加工技術を駆使して集積されている。しかし、煩雑な作製工程のために簡便に得ることは容易でない。一方、キラル液晶(コレステリック液晶)は材料の中に分子キラリティーが存在すると、数百nmの周期を持つ超分子らせん構造を自発的に形成できる。しかし、ほとんどの報告において、企業から提供された液晶ディスプレイ用材料の混合物であり、その化学構造式と成分は企業秘密である。今年度は、ガラス状態を示すコレステリック液晶材料をデザインし、合成することで、新しいチューナブル固体レーザーへの展開を行った。この液晶材料を過冷却すると、ファンデルワールス力を介してガラス状態に固定化でき、しかも、過冷却操作を応用することでレーザー発振の波長をチューニングすることに成功した。さらに、自己組織化フォトニック結晶に関する研究の一環として、コロイド結晶ゲルを用いたチューナブルレーザー発振にも成功した。高分子ゲルで固定化したコロイド結晶膜にイオン液体を導入することで永続的に安定化し、膜厚方向に機械的応力を加えてフォトニックバンドギャップをコントロールした。これに伴ってレーザー発振の波長もチューニングすることができた。この研究成果は、Nature Asia Materials誌のハイライト記事に紹介された。
Ｂｅｌｌｅ　ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ

宇宙の見える質量はだいたい強い相互作用のエネルギーで作られています。強い相互作用の最も低い質量のクォークとグルォンを作られた粒子は陽子、中性子やp、kハドロンです。その強い相互作用の理解のためにどうやって高エネルギーのクォークがQCDの安定な数ハドロンのJetの生成するの研究が必要です。その反応は破砕関数という関数です。この科研費の研究で得の日本のBelle実験クォークのp、k生成の断面積を測りました。またはその元のクォークもスピンを持っていますので横偏極の関係の断面積の生成角度的な非対称を測りました。Belle実験で取得した破砕関数の解析結果がである荷電パイ中間子の非偏極破砕関数は米学会誌Physical Review Letterに投稿した。現在レフリーのコメントに対する返答を作成中である。解析は米イリノイ大学の学生と供に進められ、Belle実験の最初の荷電パイ中間子やK中間子の破砕関数となったでした。この結果は既存のLEPや他の電子陽電子衝突実験データに比べて一番精度の高い結果となりました。さらにDi-Hadronの破砕関数もしくはDi-Hadronの元のResonanceについても破砕関数を評価するの準備を進めている。Collins効果の解析でも荷電パイ中間子から始まり現在までにK中間子やRho, Eta中間子にまで進んでいます。Collins破砕関数の横運動量分布解析のため新しいサーバを購入しました。これを用いて理化学研究所のCCJ計算ClusterでBelle破砕関数のシミュレーションを走らせています。今後横運動量の関数として多彩な破砕関数のシミュレーションを走らせる予定です。CCJ計算Clusterのシミュレーションで生成したデータ保存ために新しいHarddiskを購入しました。さらに非荷電パイ中間子そしてK中間子のInterference破砕関数の解析も進んでいます。これまでPreliminaryとしていたBelle実験で破砕関数の解析結果が最終版になりました。この解析結果はBelle共同実験者内の査読者組織、及び米学会誌のPhysical Review Letterのレフリーの査読を経て論文が発行されました。これは粒子加速器によるハドロン生成実験からInterference破砕関数を直接測定する世界で初の測定です。K中間子の解析は東工大の学生と共同解析し、来年にはPreliminaryの結果が発表できる見込みです。これにより理化学研究所のCCJ計算ClusterでBelle破砕関数のシミュレーションを走らせる準備が整いました。今後多彩な破砕関数の横運動量の関数としたシミュレーションを走らせる予定です。非偏極の破砕関数については、米イリノイ大学の学生と供にBelle実験の最初の荷電パイ中間子やK中間子の破砕関数のPreliminaryな結果をリリースしました。核子構造荷電パイ中間子の非偏極破砕関数を評価した解析結果は米学会誌PRLに投稿しました。現在レフリーのコメントに対する返答を作成中です。この解析を主導したイリノイ大学の大学院生Martin Leitgabは博士号を取得しました。それに続いてDi-Hadronの破砕関数(二つの生成したハドロンの破砕関数)の解析も始まりました。Di-Hadronの破砕関数は同じ方向や反対向きのハドロンの解析に分けて、同じ方向でRho、K*, Phiの破砕関数が同時にハドロンーハドロン質量分布で解ります。K中間子のCollinsの解析は順調に進み、今年度中にPreliminaryを取れる見込みです。思ったとおりに進みました。他のInterference破砕関数の解析が続いています。これによってK中間子や非荷電中間子の破砕関数を決定します。これらはいずれも電子陽子衝突や陽子陽子衝突の実験データの解釈に必要なものです。Collins効果のK, Rho中間子の測定も同様に順調に解析が進められていおり、K中間子の解析は今年度中にPreliminaryが取れる見込みです。新しいシミュレーションを走らせることで元々のクォーク/反クォークからの運動量の非偏極の破砕関数やCollins破砕関数の横運動量分布の測定をします。特にシミュレーションで横運動量の分解能による広がりを調べる事により、実験のAcceptance効率を補正する事ができます。H25年には最初の横運動量の結果を発表する予定です。それでK中間子や非荷電中間子の破砕関数を決定します。

Collins効果のK,Rho中間子の測定も同様に解析が続きます。新しいシミュレーションを走らせることで元々のクォーク/反クォークのスピン方向がわかり、非偏極の破砕関数やCollins破砕関数の横運動量分布の測定の準備ができます。特にシミュレーションで横運動量の分解能による広がりを調べる事により、実験のAcceptance効率を補正する事ができます。H24/25年には最初の横運動量の結果を発表する予定です。非偏極の破砕関数のPreliminaryな結果は、H24年中に論文出版の準備をします。今までとこれからのPreliminaryや論文出版した結果を国際会議で発表する予定です。Belle実験のBelle General Meetingや解析打ち合わせに参加するための高エネルギー研究所への交通費を予定しています。研究は順調に進みましたが、去年参加する予定でしたBelle解析ミーティングに不参加になりました。不参加の理由は、PHENIX実験の担当があり、その実験のための出張が必要になりました。このため去年度の科研費が余りました。この分は、今年Belle解析ミーティングに使うつもりです。次年度使用額:84,165円。これは研究会の出張や参加費に使うつもりです。去年購入したサーバとCCJ計算Clusterのシミュレーションで生成したデータ保存ために新しいHarddiskを購入予定です。今までPreliminaryや論文出版した結果を国際会議で発表する予定です。またH24年の秋には、日本と海外の破砕関数の理論及び実験及び研究者を招待し、理研で破砕関数の研究会を開催する予定で、その開催費に使用する予定です。
衝突自励振動系による広帯域・高出力な環境振動発電

未利用のまま環境中に廃棄されている力学的エネルギを回収して微小電力源として用いる振動エナジーハーベスティング技術が注目されている.本研究では,衝突振動子や双安定振動子などハードニング性を有する非線形振動子に機電変換器を組み込み自励発振制御を行うことにより,広帯域で高出力を発揮することのできる新しい振動発電デバイスを実現する.これによって既存のデバイスの実用を妨げる最大の問題である帯域-出力トレードオフを,周期的振動源の場合について改善し,さらに低周波入力に対する高出力化に繋がる新たな着想も得ることができ,振動発電技術の幅広い実用に繋がる成果を得ることができた.本研究は,ハードニング特性を有する振動子に機電変換器を組み込み自励発振制御を行うことにより,広帯域で高出力を発揮することのできる新しい振動発電デバイスを実現するものである.研究期間全体を通じて実施した研究の成果を以下にまとめる:(1)ハードニング振動系に負荷切替回路を接続した自励振動系について二種類の負荷切替則を適用した場合の求解を平均法および数値解析によって行い,加振振動数,加振振幅としきい値に対する高エネルギ解の大域的安定性の依存性について解析した.その結果,大域的引き込みが生じる条件は平均法解析によって得られるものより厳しく,しきい値の適応的制御が必要であることが示唆された.(2)負荷切替による自励発振回路の開発を行い,電磁型のハードニング振動子に適用して,自励発振による高エネルギ応答への引き込み制御の効果を実験的に評価した.また,位相縮約理論による引き込み解析および数値解析を併用してより効率的な引き込み方法の検討を継続し,状態量に応じて正負の抵抗値をきめ細かく切り替える新しい制御アルゴリズムを提案した.(3)片持ちはり振動子の両側にストッパを設置することによってハードニング特性を付与した衝突振動子に,振動子のポテンシャル形状の整形の自由度を拡大するために永久磁石を追加して双安定化を行った.正弦波掃引による応答解析および実験によってポテンシャル形状と発電性能の関係の整理と物理的考察を行い,高エネルギ解の広帯域化の観点から最適なポテンシャル形状を導いた.外乱作用下における高出力応答の維持のためには上述の引き込み制御の適用が必要であり,継続して検討中である.(4)(3)で述べた双安定ポテンシャルの利用をさらに展開して永久磁石によるプラッキングの利用を検討し,回路切替技術の併用によって低周波入力に対するエネルギ変換効率を大幅に拡大できる見通しを示した.未利用のまま環境中に廃棄されている力学的エネルギを回収して微小電力源として用いる振動エナジーハーベスティング技術が注目されている.本研究では,衝突振動子や双安定振動子などハードニング性を有する非線形振動子に機電変換器を組み込み自励発振制御を行うことにより,広帯域で高出力を発揮することのできる新しい振動発電デバイスを実現する.これによって既存のデバイスの実用を妨げる最大の問題である帯域-出力トレードオフを,周期的振動源の場合について改善し,さらに低周波入力に対する高出力化に繋がる新たな着想も得ることができ,振動発電技術の幅広い実用に繋がる成果を得ることができた.平成24年度は,衝突振動系モデルの構成,ハードニング振動系に負荷切替回路を接続した自励発振振動発電装置の特性解析と高効率な引き込みを実現する自励発振制御アルゴリズムの開発,を目標として研究を行い,次の知見を得た:(1)片持ちはり振動子の両側にストッパを設置した衝突振動系に圧電素子および負荷回路を接続した実験装置を設計製作した.同時にストッパ衝突による境界条件変化を考慮した圧電素子積層はりの数学モデルを作成し,モード展開による低次元化を行って平均法による定常応答解を求解し,正弦波加振実験の結果との整合性を確認した.実験機に対する負荷切替制御機構は現在開発中である.(2)ハードニング振動系に負荷切替回路を接続した自励振動系について二種類の負荷切替則を適用した場合の求解を平均法および数値解析によって行い,加振振動数,加振振幅としきい値に対する高エネルギ解の大域的安定性の依存性について解析した.その結果,大域的引き込みが生じる条件は平均法解析によって得られるものより厳しく,しきい値の適応的制御が必須であることが示唆された.(3)少量のエネルギ消費で外部環境振動に確実迅速にロックインすることを目指すために,振動源からのパワーフローに注目した制御アルゴリズムの検討を行った.その結果,しきい値の適応的調節とは異なるアプローチ,すなわち振動子の位相を明示的に制御して加振源からのパワーフローを促進することが有効であることが示唆された.位相の調節機構としてはこれまでの抵抗性負荷に加えてリアクティブな負荷を利用することが考えられる.また,これまでは解析的アプローチとして平均法に基づく検討を行ってきたが,平均法では引き込み後の解の安定判別が行えるのみで,引き込みに至る過渡現象を記述できない.そこで,あらたに位相縮約理論を用いた引き込みダイナミクスの解析に着手し,引き込み特性の解析を行っている.衝突振動系モデルの構成と実験装置の製作については,後者について遅れが生じているが研究計画の修正により対応可能である.自励発振振動発電装置の特性解析と発振制御アルゴリズムの開発については,前者の結果,これまでのアプローチの課題が明らかになったため,一部の研究計画を変更して対応中である.研究計画を修正し,次年度の目標を以下のように設定する:(1)負荷切替による自励発振回路の開発を行い,本年度製作した衝突振動子および磁石を用いたハードニング振動子に適用して,自励発振による高エネルギ応答へのロッキングの効果を総合的に評価する.

(2)位相縮約理論による引き込み解析および数値解析を併用してより効率的な引き込み方法の検討を継続し,しきい値の適応調整や受動回路の切替を含む新しい制御アルゴリズムを開発する.(3)高エネルギ応答を得るための新たな受動的方策として,双安定振動子の利用を検討する.本年度製作した実験装置に永久磁石を追加して双安定化を行い,基礎的な特性解析を行う.さらにこれに自励発振回路を負荷した場合の特性について数値実験により検討する.本年度は実験装置の製作に遅れが生じたために使用しなかった研究費が発生した.これについては予定通り実験装置の製作費に充当する.他については申請時の計画に準じた使用を行う.
ラーホールでのウルドゥー文学空間の研究:現代南アジアにおける「知」の動態的研究

本研究は、文学活動を通してラーホールにおけるインド・ムスリム知識層の形成過程を明らかにするものであり、その成果が、ウルドゥー文学研究のみならず、南アジア近現代史においても「知」の動態を知る手がかりとなることを目指した。期間中大英図書館を2度訪問し、19世紀後半から20世紀初期にかけてのパンジャーブ州における出版事情に関する資料を多数集めた。特に同図書館のみの所蔵にかかる出版物目録は、1868年から100年間のパンジャーブでの主たる出版物をまとめた記録であり、本資料によって、ラーホールにおける出版活動が19世紀半ば以降恒常的に増加していた傾向を明らかにできた。また、パンジャーブでの出版活動隆盛の背景には、ウルドゥー語のみならず、パンジャービー語による旺盛な出版活動があったことや、パンジャーブ各地の出版社が20世紀になって最新の印刷機械を導入したことで出版量が飛躍的に増大したことなどが確認できた。本研究成果は、岩波書店より『パキスタン-民族・国民・国家』(仮題)として平成15年内に刊行される。同書は研究代表者が編者の一人となって出版する、パキスタンに関する学術書だが、研究代表者は、ラーホールにおける文学空間の影響をパキスタンの国語問題の一例として示した。上記研究活動とともに、同時多発テロ以降のイスラーム復興運動に対する関心の高まりから、研究代表者は、南アジア、特にラーホール在住のムスリム知識人の紹介も行った。それは辞典・事典類における知識人の紹介や、ラーホールを中心とするムスリム知識人の思想や著作の紹介、あるいは知識人同士の交流・ネットワークを調査したものであった。さらに、南アジアのムスリム知識人マウドゥーディーの思想的影響を受けたアフガニスタンの動向に関しても単行本を含めた執筆活動を行った。本研究の初年度である今年は,当初の計画通り,資料収集のためイギリスとドイツに出張した.イギリスでは大英図書館で1868年から1967年までの100年間のパンジャーブにおける出版物総目録を見た.本資料は,1巻が約500ページ以上で構成される,総数28巻の大部(うち最初の3年分は所在不明)で,パンジャーブでの出版物をテーマ,言語,著者,出版社,刊行物のサイズ等を網羅的且つ詳細に記述したものである.本目録の存在は知られていたが,本格的に紹介されたことがなかった.その意味で本目録の発見は今年度の一大成果であった.今次出張では,膨大なぺージ数のため複写が困難だったため,1870年と80年,90年の3年にわたる出版状況を筆写して持ち帰った.この30年間を見ても,ラーホールでの出版量の激増状況は顕著であり,本研究の主題であるラーホールでのウルドゥー文学の著しい発展状況が証明できる有力な資料の一つとなった.しかし研究成果を提示するにはデリーの出版状況なども精査する必要があり,次(最終)年度はさらなる調査を行ない,結果を出したい.また同図書館に於いては,ラーホールでの出版興隆の背景となるデリーの荒廃状況に関する資料も入手できた.ドイツではハイデルベルグ大学の南アジア研究センター付属図書館を訪間し,19世紀のウルドゥー資料を確認,その一部を複写できた.以上の出版状況の調査とともに,ラーホールでの「知」の動態的研究の一環として,ラーホールで活躍した建国詩人イクバールと,イスラーム復興の思想家マウドゥーディーの交流を軸にしたイスラーム復興運動の研究をテーマに論文を発表し,京都大学大学院の雑誌でも原典紹介を行なった.また今年度9月に発生したアメリカでのテロ事件は,南アジア地域やイスラーム復興運動への関心を高めたため,これに関連して論文等を発表した.本研究は、文学活動を通してラーホールにおけるインド・ムスリム知識層の形成過程を明らかにするものであり、その成果が、ウルドゥー文学研究のみならず、南アジア近現代史においても「知」の動態を知る手がかりとなることを目指した。
ケアサービス分野における社会的企業の社会政策的意義に関する国際比較研究

本研究は、ケアサービス分野における社会的企業を対象に、その社会政策的意義を明らかにすることを日的としている。以下、12年度から14年度にかけてイギリスとスウェーデンの社会的企業、日本の高齢者協同組合等を対象に実施した研究成果の概要について述べることにする。本研究により明らかになったのは、社会的企業の台頭の背景には、地域経済の衰退といった社会経済的変化のみならず、社会政策の変化といった政治的変化の影響があるという点である。わが国でも介護保険制度導入に代表されるように、公共サービスの民営化・外部化といった社会政策の変化が、高齢者協同組合や在宅福祉ワーカーズ・コレクティブの発展の背景をなしている。しかし、イギリスなどでの社会的企業重視の社会政策には、行政サービスの効率化の視点のみならず、多様なステークホルダーによるコミュニティ・ガパナンスという視点が強く反映されている。特に、EU諸国では、貧困や社会サービスへのアクセスの欠如等の社会的排除(social exclusion)の解消が社会政策上の優先課題となっているが、コミュニティ密着型の社会的企業には社会的に俳除されやすい人々のためにケアサービスなどの社会サービスを提供する役割が期待されている。近年社会サービスの提供といった社会政策は、コミュニティ・ガバナンスの視点から、政府のみならず民間セクターとのパートナーシップの形態で遂行される傾向がある。イギリス政府などは社会的企業の支援部局を設置したが、その背景には、社会的企業の企業家精神が社会サービスを革新する能力への期待がある。すなわち社会政策上、社会的目的とビジネスを両立させる社会的企業には、社会サービス供給に営利企業とは異なる「社会的企業家精神」を持ち込むことにより、より良質なケアサービスを安定的に供給する役割が期待されているのである。混合経済体制におけるケアサービス分野の社会的企業の社会政策的意義を.福祉国家の変容と関連づけながら,理論的実証的に明らかにすることが本研究の目的である。今年度は,この研究目的を遂行するための理論枠組の形成や作業仮説の設定に向けた準備作業,イギリスと日本,スウェーデンのケアサービス分野の社会的企業に関するデータ収集を中心に研究を行なった。併行して調査も実施し,国内については,三重県の「三重県高齢者生活協同組合」と神奈川県の在宅福祉団体「愛コープ」等に関する聞き取り調査、イギリスについては,現地調査を実施し,ボランタリー組織の全国連絡組織「NCVO」と高齢者支援団体「エイジコンサーン・イングランド」において資料収集を行なった。今年度の研究によって,福祉分野におけるサービス供給主体の多元化と準市場の導入という近年の公共政策の変化を背景として,従来公共部門が担ってきたケア,サービス分野において,社会的企業等の民間非営利部門の役割がますます重視されるようになっているという点を確認することができた。とりわけ,社会的企業のような住民参加型企業を通じたケアサービスの供給方式には,公共政策における市民参加モデルとしての意義があると考えられる。しかし,一方で,公共政策と民間非営利部門との関係が密接になるに伴い,民間非営利部門が公的な制度や契約の枠組に過度に適応することでボランタリーな組織文化の変質が生じているという問題点も確認できた。これは「契約文化」などと呼ばれる現象であるが,日本でも介護保険の指定事業者となった社会的企業の間において,こうした傾向が現れつつある。以上が本年度の研究において得られた知見である。日本のケアサービス分野の社会的企業については、引き続き高齢者生協などの社会的企業に関する面接調査を実施したが、日本の非営利セクターの動向を観察するために、NPOサポートセンター、三重県庁NPO室などのNPO中間支援組織に関する調査も実施した。2002年3月の日本NPO学会大会においては、ヨーロッパにおける社会的企業をめぐる概念・理論に関する研究報告を行った。イギリスについては、高齢者ケア分野のボランタリー組織(NPO)のエイジコンサーン・イングランドや非営利セクターの支援に積極的なレディングの自治体職員に対する面接調査を実施し、社会的企業を含む非営利セクターの動向を観察するためにNCVO(NPOの全国協議会)の研究大会にも参加した。

社会的企業が政策レベルで注目されつつあるスウェーデンについては、関連分野の研究所を訪問し面接調査を実施、ケアサービス分野の社会的企業に関する包括的データを入手した。今年度の研究方法は、政府の社会政策と社会的企業・非営利組織との関連に焦点をあてて、中間支援組織や研究機関、自治体に対する調査に重点を置いた。本研究において得られた知見は、イギリスやスウェーデンなどのEU加盟諸国において、従来の社会サービスの外部委託化という文脈からだけではなく、失業やケアサービスからの低所得高齢者の排除など、いわゆる「社会的排除(social exclusion)」の解消をめざす社会政策上のツールとして、社会的企業をはじめとする非営利セクターと政府のパートナーシップ(Public-Private Partnership)が重視される傾向にあるという点である。一方で、政府とのパートナーシップの強化に伴う公財政依存は、社会的企業の政府からの自立性を弱めるという否定的な現象も招来している。来年度は、本研究の課題にかかわるこのパートナーシップの内実について、より質的包括的データに基づき検証したい。本研究は、ケアサービス分野における杜会的企業を対象に、その社会政策的意義を明らかにすることを目的としている。2002年度はイギリスとスウェーデンの社会的企業、日本の在宅福祉ワーカーズ・コレクティブを中心に調査を行った。社会的企業に関する先行研究や、イギリスとスウェーデンの社会的企業を対象とする現地調査により明らかになったのは、社会的企業の台頭の背景には、地域経済の衰退といった社会経済的変化のみならず、社会政策の変化といった政治的変化の影響があるという点である。特に、EU諸国では、貧困や失業、社会サービスヘのアクセスの欠如等の社会的排除(social exclusion)の解消が社会政策上の優先課題となっているが、社会的企業には社会的に排除されやすい人々のために雇用を創出したり、ケアサービスなどの社会サービスを提供する役割が期待されている。近年社会サービスの提供といった社会政策は、政府のみならず民間非営利・営利セクターとのパートナーシップの形態で遂行される傾向がある。社会的企業は社会的目的を利潤追求よりも優先する点で民間非営利組織(NPO)と類似するが、ビジネスに重点を置く点で既存の補助金・寄附に依存するNPOとは区別される。イギリス政府などは、社会的企業を支援する部局を貿易産業省内に設置したが、その背景には、社会的企業の企業家精神が社会サービスを革新する能力への期待がある。社会的企業は高齢介護の分野でも大きく発展しているが、そうした社会的企業には、質の高いケアサービスを安定的に供給する役割が期待されている。
ロボットの高速で安定な行動を実現する運動視センシング機構の開発

能動カメラによる追跡に基づく高速移動体の実時間追跡・形状認識システムを構築してロボットに実装し,ロボットの安定で高速な運動を実現した.また,対象の形状や自己および対象の運動に応じたカメラの効率的な注視制御方法を考案し,効率がどのような要因で決定されるのかなどを理論化した.多様な状況を設定し,多数の画像を取得して,有効性を確認した.以上を総合して、ロボットの高速で安定な行動を実現する運動視センシング機構の構築を完成させた.能動カメラによる追跡に基づく高速移動体の実時間追跡・形状認識システムを構築してロボットに実装し,ロボットの安定で高速な運動を実現した.また,対象の形状や自己および対象の運動に応じたカメラの効率的な注視制御方法を考案し,効率がどのような要因で決定されるのかなどを理論化した.多様な状況を設定し,多数の画像を取得して,有効性を確認した.以上を総合して、ロボットの高速で安定な行動を実現する運動視センシング機構の構築を完成させた.本研究の目的は,視覚機能を運動制御に積極的に利用してロボットの運動機能を高めることにある。すなわち、ロボットの視覚を用いた動作計画,動作制御,バランス制御といった種々の運動制御系のための有効情報を獲得する運動視センシング機構を開発する.特に,2足歩行ロボットが高速で安定に歩くための視覚センサーの役割を解明・実装することで,新しいセンシング機構を構築する.18年度期間中には,次の3つのシステムを設計し,構築に取り掛かった.(1)能動カメラによる追跡に基づく高速移動体の実時間追跡・形状認識システム(2)自己の運動,対象の運動により移動する対象を安定して注視し続ける,注視制御システム(3)注視機構からの運動情報を有効に利用した運動制御システム第一のシステムは,たとえば,移動ロボットの前方を横切る物体,監視カメラの前方を横切る車両などの立体形状を実時間で認識し,追跡するシステムである.このとき,シーン中を移動する物体に視点を固定して追跡するようにカメラのパン,チルトを制御することで,立体形状が容易に計測しうる数理的な仕掛けが,すでに研究代表者らによって示されている.この原理をシステム化し実用性を確認する.第二のシステムでは,人間の両眼を模した2台のカメラが注視点をそろえて協調して対象の動きをとらえ,安定して注視し続けると共に,対象形状を計測する.第三のシステムでは,上記の注視機構で得た成果を,現有のヒューマノイドロボットに実装し,運動視システムとしてロボットの安定で高速な運動を実現し,実システムとして提示する.対象の形状や自己および対象の運動に応じたカメラの効率的な注視制御方法があるか,それは,どのような要因で決定されるのかなどを理論化することも,研究の目的である.そのために,今年度は,2台の小型高速ロボットアームを導入し,それぞれにパン,チルトを制御できるカメラを取り付け,多様な状況を設定し,多数の画像を取得して,2台の能動カメラによる協調した運動視のセンシング機構の開発と解析を行った.本研究の目的は,視覚機能を運動制御に積極的に利用してロボットの運動機能を高めることにある。すなわち、ロボットの視覚を用いた動作計画,動作制御,バランス制御といった種々の運動制御を「ロボット動作の高速化と安定化」に結びつけ,運動制御系のための有効情報を獲得する運動視センシング機構を開発する.本課題の期間では,特に,2足歩行ロボットが高速で安定に歩くための視覚センサーの役割を解明・実装することで,新しいセンシング機構を構築する.19年度には,次の3つのシステムを設計し,試作を行った.(1)能動カメラによる追跡に基づく高速移動体の実時間追跡・形状認識システム(2)自己の運動,対象の運動により移動する対象を安定して注視し続ける,注視制御システム(3)注視機構からの運動情報を有効に利用した運動制御システムそのために,今年度は,小型ロボットアームを高速化し,それぞれにパン,チルトを制御できるカメラと25眼カメラを取り付け,多様な状況を設定し,多数の画像を取得して,2台の能動カメラによる協調した運動視,自己および対象の運動に応じたカメラの効率的な注視制御手法に基づくセンシング機構の開発と解析を行った.また,上記の注視機構で得た成果を,現有のヒューマノイドロボットに実装し,運動視システムとしてロボットの安定で高速な運動を実現し,実システムとして提示した.これらの成果を,次年度の最終年度における研究仕上げと理論体系化に向けて,研究論文構成としての内容整理と,学会発表を行った。20年度は本研究の最終年度であり、期間中に設計し構築に取り掛かった,次の3つのシステムの性能の向上を図った.(1)能動カメラによる追跡に基づく高速移動体の実時間追跡・形状認識システム(2)自己や対象の運動により移動する対象を安定して注視し続ける,注視制御システム(3)注視機構からの運動情報を有効に利用したロボットのための運動制御システム(1)は,たとえば,移動ロボットの前方を横切る物体,監視カメラの前方を横切る車両などの立体形状を実時間で認識し,追跡するシステムであり,本年度では,全方向カメラを導入して,全周囲を見わたす高速物体検出アルゴリズムの実用性を確認した.(2)では,複数台のカメラが注視点をそろえて協調して対象の動きをとらえ,安定して注視し続けると共に,その対象の立体形状を計測する.

これについても,導入した全方向カメラによる画像と協調してより的確な対象検出を行うシステムとして組み上げた.(3)では,上記の注視機構で得た成果を,現有のヒューマノイドロボットに実装し,運動視システムとしてロボットの安定で高速な運動を実現した.対象の形状や自己および対象の運動に応じたカメラの効率的な注視制御方法を考案し,効率がどのような要因で決定されるのかなどを理論化した.多様な状況を設定し,多数の画像を取得して,有効性を確認した.以上を総合して、ロボットの高速で安定な行動を実現する運動視センシング機構の構築を完成させた.
睡眠時無呼吸時の低酸素状況における腎脂質応答の検証

睡眠時無呼吸症候群(SAS)を模した慢性間欠的低酸素(CIH)モデルにおいて、CIHは直接腎交感神経活性を亢進し、その下流でレニンアンギオテンシン(RAS)の活性化、酸化ストレスの亢進、血管内皮障害を惹起し、高血圧の発症・進展に寄与することが考えられた。腎交感神経の遮断は、CIHで増強したこれらの変化を抑制することが明らかとなった。一方、肝臓型脂肪酸結合蛋白(L-FABP)は酸化ストレスの軽減に役立っていると示唆され、将来の臓器障害の発生を抑制する可能性があると考えられた。SASモデルは間欠的低酸素モデルを使用した。マウスに使用可能である間欠的低酸素装置を用いて、予備実験として様々なパターンの空気と窒素流量を調整し、FiO2条件を検討した。その結果、FiO2 21→10%(90秒)、FiO2 10→21%(3.5分)の計5分を1サイクルとし、マウスの睡眠時間である明期に8時間繰り返し行い、4週間継続するモデルを作成し,これを最終SASモデルとして設定した。また、以前香川大学薬理学教室にて指導を受けた腎交感神経除神経手技についても、現在も高い成功率を有していることを確認した。今回は1WTマウス+コントロール(大気下飼育)群、2L-FABP Tgマウス+コントロール群、3WTマウス+SAS群、4L-FABP Tgマウス+SAS群、5WTマウス+除神経+SAS群、6L-FABP Tgマウス+除神経+SAS群の計6群を設定した。除神経群においては、SAS負荷を開始する1か月前に除神経の処置を加えた。これは以前、除神経処置の術後侵襲の影響が、1か月で排除されることを確認しているためである。全ての群で本実験を開始しており、各段階で血液・尿検体を採取し、SAS負荷終了後にはサクリファイスを行って腎組織を採取した。現在解析中である。全ての群においてモデルの作成を開始しており、採取した検体の解析を開始している。現時点では仮説に基づく結果をいくつか示しているが、間欠的低酸素装置は1回に作成できるモデルが約5匹と少ないため、実験を繰り返すことで今後もモデルマウスの数を増やしていく予定である。まずSASモデルにおいて、wildtypeによる変化を確認した。交感神経活性の指標である尿中ノルエピネフリン濃度の上昇がみられ、今回のSASモデルにおいて交感神経が活性化していることが確認された。また腎局所においては腎虚血の増強が認められ、全身性酸化ストレスのマーカー8-OHdGの尿中排泄レベルは、有意に増加した。アンギオテンシノーゲン(AGT)の尿中排泄レベルは顕著に増加し、尿中ナトリウムは減少した。すなわち、今回のSASモデルにおいて、酸化ストレスは増加し、RAS亢進、Na貯留が起こっている可能性が示唆された。これに一致するように、血圧はSAS負荷1週間後には上昇が認められ、観察期間中持続した。今回作成したSASモデルでは血圧の上昇以外、明らかな臓器障害(尿中Alb等)は認めなかったが、内皮障害のサロゲートマーカーであるADMAの上昇が観察された。次に、交感神経の除去を行ったモデルで同様のことを確認した。SAS負荷で増加した酸化ストレスマーカー尿中8-OHdGは、除神経処理により抑制されることが観察された。尿中AGTも、除神経でほぼ完全に抑制され、尿中ナトリウムは対照レベルにまで戻った。これに一致するように、血圧上昇も完全に抑制された。また血清ADMA値の上昇を完全に抑制した。以上の結果より、腎交感神経の遮断は、SASで増強したレニンアンギオテンシン系の異常、酸化ストレスの亢進、血管内皮障害を抑制し、高血圧の発症を抑制する可能性が明らかとなった。wildtypeにおけるSASモデル、SAS+除神経モデルでの評価を終えた。現在L-FABPにおけるSASモデル、SAS+除神経モデルを作成し、評価を行っている。昨年度までに今回の睡眠時無呼吸(SAS)モデルにおけるwild typeの変化を確認し、交感神経が活性化を認める事、酸化ストレス増加、レニンアンギオテンシン系(RAS)亢進、Na貯留が生じている可能性を確認した。これに一致するように、血圧上昇が認められた。今回は血圧上昇以外、明らかな臓器障害(尿中Alb等)は認めなかったが、内皮障害のサロゲートマーカーであるADMAの上昇が観察された。さらにSASモデルに腎交感神経の遮断を行うと、SASで増強した酸化ストレスの亢進、RAS亢進、血管内皮障害を抑制し、これに一致するように、血圧上昇も完全に抑制された。今年度はさらにL-FABPトランスジェニックマウス(Tgマウス)に対し同様の実験を行った。まず最初に今回のSASモデルによる内因性のL-FABPの動態を確認したところ、興味深いことにL-FABPの発現がアップレギュレートされることを確認した。機序についてまだ十分に検討できていないが、他の実験においてもストレス下ではL-FABPが上昇することが観察されており、一種の適応反応ではないかと推察している。酸化ストレスのマーカー尿中8-OHdG排泄レベルは、L-FABPのSASモデルにおいても有意に増加したが、Wildtype、Tgマウスそれぞれを比較すると、Tgマウスでは、尿中8-OHdGレベルの増加の程度を抑制することが明らかとなった。今回の観察期間においてはRASや、血圧への影響は観察されなかった。

L-FABPによる抗酸化作用を付与した場合には、酸化ストレスの軽減につながることが推察される。本研究の結果より、SASは直接腎交感神経活性を亢進し、その下流でRAS、血管内皮障害、酸化ストレスの亢進が惹起され、高血圧の発症・進展に寄与する可能性が考えられた。一方、L-FABPは酸化ストレスの軽減に役立っていると示唆された。睡眠時無呼吸症候群(SAS)を模した慢性間欠的低酸素(CIH)モデルにおいて、CIHは直接腎交感神経活性を亢進し、その下流でレニンアンギオテンシン(RAS)の活性化、酸化ストレスの亢進、血管内皮障害を惹起し、高血圧の発症・進展に寄与することが考えられた。腎交感神経の遮断は、CIHで増強したこれらの変化を抑制することが明らかとなった。一方、肝臓型脂肪酸結合蛋白(L-FABP)は酸化ストレスの軽減に役立っていると示唆され、将来の臓器障害の発生を抑制する可能性があると考えられた。間欠的低酸素装置を使用してモデルマウスの数を徐々に増やしていく予定である。また尿中8-OHdGの測定を開始しているが、加えて尿中L-FABP、血中過酸化脂質、腎組織所見による比較を同時に進めていきたい。L-FABPにおけるSASモデル、SAS+除神経モデルを作成し、酸化ストレス(尿中8-OHdG)、レニンアンギオテンシン系(尿中AGT、尿中Na)、血圧、臓器障害(血清ADMA)での評価を行っていく。またL-FABP自体のSASでの動態についても確認する予定である。酸化ストレス1回に作成できるSASマウスが約5匹と少数であるため、何回が実験を繰り返した後にまとめて解析することとした。現在採取した検体の解析を開始し始めたところであり、解析費用が予定よりもかからなかった。L-FABPマウスを使用したSASモデル、SAS+除神経モデルの作成は終了しているが、解析はこれから行うため、解析費用がかからなかった。モデルマウス数を徐々に増やしていき、次年度は解析を中心に実験を行っていく予定である。次年度に解析を行う予定である。
シナプス前終末形成における脆弱X精神遅滞タンパク質による局所翻訳機構の解明

神経細胞のシナプス前終末形成時における局所翻訳の役割を検討する目的で、まず、シナプス前終末形成時に軸索に集積するタンパク質を同定した。そのうちの多くはRNA結合タンパク質である脆弱X精神遅滞タンパク質(FMRP)のターゲットであった。次に、これらのタンパク質のうちの一つ、Munc-18のシナプス前終末への局在を検討したところ、FMRPと相互作用するタンパク質であるArgonaute2 (Ago2)の挙動と対応していた。従って、FMRP-Ago2複合体がMunc-18をシナプス前終末形成時に局所翻訳により制御する可能性がある。シナプス後に発現し、シナプス前終末を誘導するタンパク質であるLeucine-Rich Repeat Membrane Protein-2 (LRRTM2)をビーズに付加し、当研究室で開発したニューロンボール法で作成した大脳皮質神経細胞軸索上に添加することによりシナプス前終末様の構造を形成させることに成功した。このシナプス前終末様構造は興奮性シナプスマーカーであるvGlut1が集積しており、電位依存的にFM1-43を取り込むことから、シナプス前終末の基本的な機能的を有することが示唆された。シナプス前終末形成に伴い軸索に集積するタンパク質を解析する目的で、ニューロンボールを用いてプロテオミクスを行った。約2,000個のニューロンボールをLRRTM2刺激の有無の二群に分け、軸索と細胞体を分取し、iTRAQ (isobaric Tags for Relative and Absolute Quantitation)法を用いて、四通りの異なった分子量のタグを付加し、ナノ液体クロマトグラフを行った後、MALDI-TOF/TOF法で質量分析を行った。この方法を用いて刺激/無刺激を異なったタグで区別し、タンパク質の量比を正確に算出することができた。その結果、LRRTM2刺激により軸索で増加するタンパク質としてMunc-18、MAP1B等が同定された。次年度以降、さらに詳細に検討する予定である。今年度はRNA結合タンパク質とシナプスタンパク質のシナプス前終末への集積を検討した。シナプス前終末の形成の程度を定量するために、シナプス前終末を誘導するタンパク質であるLeucine-Rich Repeat Transmembrane Neuronal Protein-2 (LRRTM2)をビーズに付加し、大脳皮質を用いたニューロンボール培養法で軸索にシナプス前終末を形成させた。その時にビーズ直下の軸索に集積するタンパク質の染色の蛍光強度を測定することにより、定量的に計測する方法を開発した。この方法を用いてシナプスに集積するタンパク質を定量したところ、FMRP(脆弱X精神遅滞タンパク質)が結合するmRNAの翻訳産物のうち、活性帯(active zone)タンパク質であるMunc-18が三倍程度集積することが確認された。同タンパク質は前年度にプロテオミクスによってシナプス前終末形成に伴い軸索画分で増加するタンパク質として同定されたものであり、プロテオミクスの結果が確認された。また、シナプス前終末の形成に伴いFMRPが集積することを確認する過程で、同タンパク質と相互作用することが知られているArgonaute 2 (Ago2)の集積が確認された。Ago2はマイクロRNA結合タンパク質であり、FMRPと共に翻訳調節を行うことが報告されている。超解像顕微鏡を使用し高精度で解析したところ、Ago2の集積は形成後四時間でピークになることからシナプス小胞が集積した後であると考えられる。このことから、Ago2はMunc-18を含む活性帯タンパク質の翻訳調節に関与する可能性がある。平成26年度に引き続き、マイクロRNA結合タンパク質であるAgo2とシナプス関連タンパク質のシナプス前終末への集積を解析した。平成26年度に抗Ago2抗体でシナプス前終末への集積を確認したが、同抗体がAgo1も認識することが判明したため、V5-Ago1、2をそれぞれ大脳皮質神経細胞に発現させて集積を確認した。その結果、Leucine-Rich Repeat Membrane Protein-2 (LRRTM2)を付加したビーズによるシナプス前終末の誘導に伴い、V5-Ago2のビーズ直下の軸索への集積が観察されたが、V5-Ago1の集積は認められなかった。また、FMRP(脆弱X精神遅滞タンパク質)が結合するmRNAの翻訳産物のうち、活性帯(active zone)タンパク質であるMunc-18だけでなく、Munc-13もシナプス前終末の形成に伴い集積することが明らかになった。Munc-18集積の時間的経過を計測したところ、シナプス小胞タンパク質であるシナプトフィジンより遅れて集積されていくことがわかった。前年度までの結果と合わせると、シナプス前終末の形成に伴いまずシナプス小胞タンパク質が集積し、Ago2が集積するのと同時期に活性帯タンパク質であるMunc-13とMunc-18が集積すると考えられる。今後、シナプス前終末に伴う活性帯の集積におけるFMRPの役割をさらに検討し、局所翻訳を介した制御機構を明らかにする予定である。

シナプス前終末に集積するタンパク質を定量的に測定する方法を開発し、活性帯タンパク質であるMunc-18やマイクロRNA結合タンパク質のAgo2の集積を時間空間的に解析することができた。神経生物学来年度はMunc-18等のシナプス前終末タンパク質が翻訳依存的かつFMRP依存的に集積するかどうかを検討していく予定である。平成25年度から横浜市立大学大学院生命医科学研究科に移ったが、動物実験施設の整備の遅れで、Fmr1-KOマウスの納入が遅れた。そのため、予定していたFmr1-KOマウスを用いた研究ができなかった。しかし、次年度に計画していた脆弱X精神遅滞タンパク質(Fragile X Mental Retardation Protein)のシナプス前終末様の構造への集積の検討が超高解像度顕微鏡を用い、前倒しで解析できるようになったので、全体的には順調に推移している。平成25年度に動物実験施設の整備の遅れで、Fmr1-KOマウスの納入が遅れた。そのため次年度に研究費の一部が持ち越しとなった。平成26年度はほぼ当初の予定計画通り使用したため、前年度持ち越した額に相当分が次年度持ち越しになる。平成26年度からFmr1-KOを用いた実験も開始できるので、順調に研究が遂行されると考えている。現在、Fmr1-KOマウスの神経細胞を用いた研究を行っており、持ち越し分は27年度分の研究で使用する予定である。平成25年度にできなかったFmr1-KOマウスの神経細胞を用いた研究、具体的にはマウスの飼育、神経細胞の培養、免疫染色等に使用する予定である。
金属多層膜における反対称交換相互作用（ジャロシンスキー守谷相互作用）の電圧制御

磁性電圧変調は固体磁気メモリ(MRAM)の低消費電力化に重要である。中でも金属磁性多層膜はナノメートルサイズでの膜制御並び微細加工が可能であるため、精力的に電圧変調に関する研究が行われている。これまで報告者はマルチフェロイクス材料などの研究を通し大きな電圧変調が得られる効果であることが示唆されていた、ジャロシンスキー守谷相互作用(DMI)の電圧変調を金属磁性多層膜Au/Fe/MgO系において世界に先駆けて成功した。しかし、その電圧変調量は1 Vあたり40 nJ/m^2と例えば非電圧印可時に金属磁性多層膜で報告されている1 mJ/m^2と比較しても非常に小さい。そこで申請者はこの課題に対し、DMIの電圧変調量を大きくすること、そしてDMIの発現及びその電圧変調の物理を解明することを目的とし、研究を進めてきた。報告者は当初、金属磁性薄膜における界面DMIの先行研究例を参考にし、Feの下地材料を最適化することで、界面DMIの電圧変調量の増大の実現を考えていた。しかし、金属に対し電界は絶縁層(MgO)と接している、僅か一原子層程度にのみ印可されることを考慮し、電界が印可される界面の材料を最適化した。具体的にはV/Fe/MgOのFeとMgOの界面にスピン起動相互作用が大きいPtを1原子層挿入することで界面DMIの電圧変調量の増大を目指した。結果としてPtを1原子層挿入することで3倍の界面DMIの電圧変調量が得られた。また報告者はP挿入層の膜厚依存性を精査し、Pt1原子層が最も効果を増大させることを明らかにしてきた。さらにこの効果はFeの膜厚、MgOの膜厚を調整することで1 mJ/m^2を上回る非常に大きな効果になりえることも明らかにした。このように当初計画していた薄膜作成案とは異なるが、それから予期されるものよりも非常に大きな界面DMIの電圧変調を得られることを示してきた。29年度が最終年度であるため、記入しない。報告者は当初、金属磁性薄膜における界面DMIの先行研究例を参考にし、金属磁性多層膜の下部層の材料を最適化することで研究計画の一つ目であるDMIの電圧変調量の増大を実現しようと考えていた。しかし、金属薄膜において電界が印可されるのは絶縁層(MgO)と接している、僅か一原子層程度であることを考慮に入れ、電圧が印可される界面の材料を最適化することにした。具体的には金属磁性多層膜V/Fe/MgOのFeとMgOの界面にスピン起動相互作用が大きいことで知られるPtを1原子層挿入することで界面DMIの電圧変調量の増大を目指した。結果としてPtを1原子層挿入することで界面DMIの電圧変調量が3倍大きくなることを明らかにした。また報告者はPt挿入層の膜厚依存に関する実験を行うことによって、1原子層が最も効果を増大させることを明らかにした。一方で他にスピン起動相互作用が大きいことで知られるIrを使用した際。、こちらでは効果が著しく減少することを明らかにした。さらにこの効果はFeの膜厚、MgOの膜厚を調整することで0.75μJ/m2と非常に大きな効果になりえることも明らかにした。このように当初計画していた薄膜作成案とは異なるが、それから予期されるものよりも非常に大きな界面DMIの電圧変調を得られることを示した。平成28年度は予定していた通り、界面DMIの電圧変調を実現し、Ptの膜厚依存とIrとの対比実験による材料依存を得ることができた。平成29年度は当初計画していた通り上記の実験結果を踏まえたうえでDMIの発現及びその電圧変調の物理を解明することに注力することを目的とする予定である。Ptの膜厚依存の実験からDMIの電圧変調が指数関数的に減少する振る舞いを得ることができたので、Pt内に誘起される電気分極とスピン起動相互作用の結びつきという観点から研究を進める。報告者の研究内容は金属多層膜における反対称交換相互作用(ジャロシンスキー守谷相互作用)の電圧変調に関するものである。これは結晶内における空間反転対称性の破れとスピン起動相互作用により発現する効果の電圧変調である。特に金属磁性多層膜では薄膜界面における空間反転対称性の破れと、磁性層のスピンが近接層にある重金属に由来する大きなスピン起動相互作用に基づき、界面の効果として発現することが知られている。報告者の研究はこの界面に由来する反対称交換相互作用の材料開発による効果の増大、及びその物理機構の解明である。今年度は特に結晶の素材変更による効果の増大を試みた。具体的には鉄と酸化マグネシウムの界面を持つ金属磁性多層膜に対し、電圧が印可される鉄と酸化マグネシウム界面にスピン軌道相互作用が大きい材料として知られる白金1原子層を挿入することにより効果の増大を試み、結果として電圧変調量が3倍程度増大されることを明らかにした。また、白金数原子層の膜厚変更により1原子層が最も効果を増大させることを明らかにした。さらにこの効果は界面の効果であり、印可電界の大きさに依存するということを考え、鉄の膜厚を酸化マグネシウムの膜厚をとするとmJ/m2と金属磁性多層膜で電圧非印可時に報告されている大きさとほぼ同程度まで大きくできる見込みがあることを明らかにした。この白金の結果に対し、一方で他にスピン起動相互作用が大きいことで知られるイリジウムを使用した際、こちらは効果が著しく減少することを明らかにした。

これらの成果は当初想定していた研究計画の期待を大きく上回る進展である。磁性電圧変調は固体磁気メモリ(MRAM)の低消費電力化に重要である。中でも金属磁性多層膜はナノメートルサイズでの膜制御並び微細加工が可能であるため、精力的に電圧変調に関する研究が行われている。これまで報告者はマルチフェロイクス材料などの研究を通し大きな電圧変調が得られる効果であることが示唆されていた、ジャロシンスキー守谷相互作用(DMI)の電圧変調を金属磁性多層膜Au/Fe/MgO系において世界に先駆けて成功した。しかし、その電圧変調量は1 Vあたり40 nJ/m^2と例えば非電圧印可時に金属磁性多層膜で報告されている1 mJ/m^2と比較しても非常に小さい。そこで申請者はこの課題に対し、DMIの電圧変調量を大きくすること、そしてDMIの発現及びその電圧変調の物理を解明することを目的とし、研究を進めてきた。報告者は当初、金属磁性薄膜における界面DMIの先行研究例を参考にし、Feの下地材料を最適化することで、界面DMIの電圧変調量の増大の実現を考えていた。しかし、金属に対し電界は絶縁層(MgO)と接している、僅か一原子層程度にのみ印可されることを考慮し、電界が印可される界面の材料を最適化した。具体的にはV/Fe/MgOのFeとMgOの界面にスピン起動相互作用が大きいPtを1原子層挿入することで界面DMIの電圧変調量の増大を目指した。結果としてPtを1原子層挿入することで3倍の界面DMIの電圧変調量が得られた。また報告者はP挿入層の膜厚依存性を精査し、Pt1原子層が最も効果を増大させることを明らかにしてきた。さらにこの効果はFeの膜厚、MgOの膜厚を調整することで1 mJ/m^2を上回る非常に大きな効果になりえることも明らかにした。このように当初計画していた薄膜作成案とは異なるが、それから予期されるものよりも非常に大きな界面DMIの電圧変調を得られることを示してきた。平成28年度は当初計画していた通り、薄膜構造の最適化を図ることにより金属磁性多層膜における反対称交換相互作用の電圧変調を増大させることができた。また同時に鉄と酸化マグネシウムの界面に挿入する白金の膜厚を1原子層よりも厚くすることで電圧変調量が著しく減少すること、イリジウムを挿入すると1原子層の膜厚から電圧変調量が減少するということを明らかにすることができた。そこで平成29年度はまず、当初の計画通り金属磁性多層膜における反対称交換相互作用とその電圧変調の物理機構の解明を行う。バルク磁性体における反対称交換相互作用の電圧変調はそれによってもたらされる電子分極に依存するものだとされる。金属磁性薄膜においても同様に白金に誘起される電気分極に依存すると考えられる。現在得られた結果は白金膜厚を厚くするほど指数関数的に電圧変調量が下がるというものであった。これは電気分極が鉄と白金の界面に局所的に誘起されているということを示唆する結果であると考えられる。そこで本研究ではモデルを立て、同様に白金のスピン起動相互作用により電気分極が発現するか、それは磁性を持つ鉄と白金の接合界面に局所的に表れるのかを理論的に確かめる。同時に白金で見られた電圧変調の増大がイリジウムでは見られなかった原因に関しても引き続き研究を進めていく予定である。