hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
出芽酵母の細胞極性形成と維持に関わる分子機構の解析

前年度までに私は、出芽酵母における細胞極性形成に関わる新たな因子として、膜蛋白質であるCdc50pを同定し、Cdc50pはアミノリン脂質トランスロケース(APT)てあるATPaseの一員、Drs2pと複合体を形成して働くことを明らかにしていた。Cdc50pは相同性の高い蛋白質が広く真核生物に存在し、ファミリーを形成している。出芽酵母にもCdc50pファミリーに属する蛋白質がさらに2つ(Lem3pとCrf1p)存在し、それぞれAPTに属するDnf1p、Dnf2pとDnf3pと複合体を形成することを示し、Cdc50pファミリーがAPTのサブユニットとして機能していることを明らかにしてきた。真核細胞の細胞膜は、膜を形成する二層の間でその構成要素であるリン脂質の組成が異なることが知られており、これは膜リン脂質の非対称性とよばれている。この膜リン脂質の非対称性は、APTの作用により制御されていると考えられているが、その詳細な制御機構や生理的意義についてはほとんどわかっていない。本年度は、Cdc50pファミリーの解析をさらに進め、以下のことを明らかにした。(1)Drs2pと複合体を形成し、後期ゴルジ体及びエンドソームに正常に局在することは可能であるが、機能を失っているCdc50pの新たな変異を同定することができた。このことから、Cdc50pは、Drs2pを正しく輸送する働きだけでなく、さらに何らかの重要な役割を果たしていることが示唆された。(2)出芽酵母Cdc50pファミリーの3つの因子の機能を全て失った細胞は、early endosomeを介した蛋白質のrecycling経路に異常が生じることを見出した。(3)Cdc50pファミリーのうち、細胞形質膜に主に存在するLem3pを欠損した細胞では、細胞増殖時の娘細胞の極性成長が正常に制御されなくなることを見出した。このことから、細胞形質膜のリン脂質の非対称性の制御が極性成長の制御になんらかの役割を持つことが示唆された。今後これらの研究をさらに進めていくことで、細胞の極性形成や維持にリン脂質の非対称性がどのような役割を果たしているのかを明らかにできると期待される。本研究では、出芽酵母を用いて細胞極性形成の分子機構を解析している。特に、細胞極性形成過程で重要な役割を果たす、アクチン細胞骨格系の再編成において中心的役者の一つであるタイプI型ミオシンに着目して研究を行っている。これまでに、私はタイプI型ミオシンのモーター領域と結合する新しい因子としてShe4タンパク質を見出していた。平成14年度の研究では、まず最初に、She4タンパク質の役割について以下のことを明らかにした。1)She4タンパク質はタイプI型ミオシンのモーター領域と結合するために、他の生物種にも存在するタンパク質と相同性の高いC末端側のUCSドメインが必要である。2)She4タンパク質はタイプI型ミオシンだけでなく、他のタイプのミオシン(タイプII型及びV型)とも結合できる。3)She4タンパク質は、タイプI型ミオシンのモーター領域とアクチンフィラメントの結合に対して正に作用している。4)She4タンパク質を欠失した細胞では、タイプI型ミオシンが正常に局在できなくなる。これらの結果より、She4タンパク質は出芽酵母においてタイプI型ミオシンの機能になんらかの作用をしているものと推測された。次に、SHE4とタイプI型ミオシンとの遺伝学的相互作用について検討した。She4タンパク質を欠失した細胞は、アクチン細胞骨格系の極性異常となり、高温で生育できなくなる(高温感受性)が、この高温感受性を抑圧するタイプI型ミオシンの突然変異を取得することに成功した。このことより、She4タンパク質がタイプI型ミオシンの機能に関与していることを遺伝学的にも証明することができた。最近、She4タンパク質と相同性のある線虫のタンパク質、unc-45、がミオシンのシャペロンである可能性が報告されたことも考慮し、She4タンパク質が出芽酵母のタイプI型ミオシンのシャペロンとして機能している可能性が高いと考えられた。(Toi et al.,2003 in press)本研究で私は、出芽酵母における細胞極性形成に関わる新たな因子としてCdc50pを同定した。Cdc50pは相同性の高い蛋白質が広く真核生物に存在し、一つのファミリーを形成しており、細胞の生存に重要な働きをしている可能性が高い。しかしながら、その生理機能はほとんど明らかとなっていない。出芽酵母にはCdc50pファミリーに属する蛋白質がさらに2つ(Lem3pとCrf1p)存在する。Cdc50pとLem3pの二重破壊株は生育が著しく悪化することから、これらの蛋白質間で機能重複があると考えられる。また、最近加藤らのグループ(Kato et al., 2002)が、Lem3pが細胞形質膜上でフォスファチジルエタノールアミン(PE)およびファスファチジルコリン(PC)の脂質二重層間の移動(トランスロケーション)に関わることを明らかにしていることから、Cdc50pファミリーがリン脂質のトランスロケーションに関わる因子であると予想される。そこで、本年度は、Cdc50pファミリーの機能をさらに詳細に解明することを目的に研究を進め、以下のことを明らかにした。2)Cdc50pとDrs2pが正しく細胞内で局在するためには、これら蛋白質が小胞体で複合体を形成することが必要である。

3)Cdc50p-Drs2pはPE、PC、およびフォスファチジルセサン(PS)の脂質二重層間のトランスロケーションを触媒する。以上のことから、Cdc50pおよびLem3pはリン脂質トランスロケースのサブユニットとして働いていることが示唆された。今後は、これらCdc50pファミリーがサブユニットとしてどのような役割をしているかを明らかにしていくと共に、リン脂質のトランスロケーションの生理的意義を明らかにしていく予定である。前年度までに私は、出芽酵母における細胞極性形成に関わる新たな因子として、膜蛋白質であるCdc50pを同定し、Cdc50pはアミノリン脂質トランスロケース(APT)てあるATPaseの一員、Drs2pと複合体を形成して働くことを明らかにしていた。Cdc50pは相同性の高い蛋白質が広く真核生物に存在し、ファミリーを形成している。出芽酵母にもCdc50pファミリーに属する蛋白質がさらに2つ(Lem3pとCrf1p)存在し、それぞれAPTに属するDnf1p、Dnf2pとDnf3pと複合体を形成することを示し、Cdc50pファミリーがAPTのサブユニットとして機能していることを明らかにしてきた。真核細胞の細胞膜は、膜を形成する二層の間でその構成要素であるリン脂質の組成が異なることが知られており、これは膜リン脂質の非対称性とよばれている。この膜リン脂質の非対称性は、APTの作用により制御されていると考えられているが、その詳細な制御機構や生理的意義についてはほとんどわかっていない。本年度は、Cdc50pファミリーの解析をさらに進め、以下のことを明らかにした。(1)Drs2pと複合体を形成し、後期ゴルジ体及びエンドソームに正常に局在することは可能であるが、機能を失っているCdc50pの新たな変異を同定することができた。このことから、Cdc50pは、Drs2pを正しく輸送する働きだけでなく、さらに何らかの重要な役割を果たしていることが示唆された。(2)出芽酵母Cdc50pファミリーの3つの因子の機能を全て失った細胞は、early endosomeを介した蛋白質のrecycling経路に異常が生じることを見出した。(3)Cdc50pファミリーのうち、細胞形質膜に主に存在するLem3pを欠損した細胞では、細胞増殖時の娘細胞の極性成長が正常に制御されなくなることを見出した。このことから、細胞形質膜のリン脂質の非対称性の制御が極性成長の制御になんらかの役割を持つことが示唆された。今後これらの研究をさらに進めていくことで、細胞の極性形成や維持にリン脂質の非対称性がどのような役割を果たしているのかを明らかにできると期待される。
クォーク自由度を考慮したハイパー核の性質とインスタントンの効果

動的自由度として構成子クォークを含み、その間の相互作用として、通常用いられる1グルーオン交換有効相互作用と閉じこめ力の他に、インスタントンの影響による相互作用、および、π、σ中間子による相互作用を導入したクォーク模型を用いて、バリオン単体系の性質や、多体系におけるバリオン内部自由度の影響を研究した。非相対論的クォーククラスター模型(QCM)を用い、短距離部分はクォーク間相互作用、中長距離部分はクラスター間に働く中間子交換力が存在するとして、観測量を再現するバリオン間相互作用を導出し、その性質を調べた。また、インスタントンによる有効相互作用を入れた模型を用い、u、dクォークの質量差をカレントクォークのものとほぼ同じであると仮定すると、核力に見られる荷電対称性の破れの短距離部分は、クォークの質量差によって説明できることを明らかにした。更に、バリオン内でのクォークの相関を考慮してバリオン単体系の振る舞いを調べた結果、カイラルクォーク模型を用いると、バリオンの正負パリティの励起状態の質量スペクトルを、ローバー共鳴状態も含めて3クォーク状態で記述できることがわかった。QCMから導出されるバリオン間相互作用は非局所的である。この非局所性の観測量に対する影響について、逆散乱問題を用いて調べた。その結果、クォークに対するパウリブロッキング効果の小さいチャネルでは、局所・非局所のどちらの相互作用もほぼ同じオフシェルの性質を示し、局所ポテンシャルで、元の相互作用を近似できることが示唆された。一方、ほとんど禁止される状態があるチャネルでは、オンシェルを再現する局所ポテンシャルとクォーク模型から得られるバリオン間相互作用のオフシェルの性質は大きく異なり、k>1.5fm^<-1>程度の低い運動量からG行列中にその違いが見え、ハイパー核の性質にも影響を与え得ることが明らかになった.動的自由度として構成子クォークを含み、その間の相互作用として、通常用いられる1グルーオン交換有効相互作用と閉じこめ力の他に、インスタントンの影響による相互作用、および、π、σ中間子による相互作用を導入したクォーク模型を用いて、バリオン単体系の性質や、多体系におけるバリオン内部自由度の影響を研究した。一方、ほとんど禁止される状態があるチャネルでは、オンシェルを再現する局所ポテンシャルとクォーク模型から得られるバリオン間相互作用のオフシェルの性質は大きく異なり、k>1.5fm^<-1>程度の低い運動量からG行列中にその違いが見え、ハイパー核の性質にも影響を与え得ることが明らかになった.本研究は、グルーオンの幾何学的配位(インスタントン)と、互いにフレーヴァー1重項に組んでいる軽いクォークとの結合を考慮した結果、正負パリティのバリオン単体系の励起状態と2核子系の性質を同時に記述できるようにしたクォーク模型を、ストレンジネスを含む2バリオン系に拡張し、特に対称・反対称スピン軌道力と、新たに導入したフレーヴァー1重項に特異的な相互作用の影響について、その性質を調べるものである。核子-ハイぺ口ン系、2ハイペ口ン系は、ストレンジネスを含み、アイソスピンが同じために一般にスピン3重項と1重項の状態が混合する。この混合を起こすバリオン間相互作用は反対称なスピン軌道力として表せ、ヴェクトル中間子のテンソル結合から現れる項、及び1グルーオン交換のクォークの対称スピン軌道力から現れる項が重要であると報告されている。本年度の研究では、2核子系の低エネルギー領域における観測量を正確に記述できるクォーククラスター模型を作成し、それを核子-ハイペロン系に拡張して、ラムダ粒子-核子散乱、及びシグマ粒子-核子散乱の観測量について調べた。その結果、低エネルギー領域でのハイぺロン-核子散乱の観測量を、既に観測されている部分について、大まかな性質を再現できること、ラムダ粒子-核子散乱の散乱断面積に反対称なスピン軌道力の影響が現れること、インスタントンの効果により、その影響は弱められること、また、ハイパー核中のラムダ粒子に対するスピン軌道力が対称・反対称なスピン軌道力の打ち消し合いにより小さくなること、シグマ粒子-核子のチャネルを考慮することにより、さらにうち消し合いの度合いが高まることを明らかにできた。次年度では更に進んで、実際のハイパー核に於けるうムダ粒子に働く力を調べる予定である。

本研究は、グルーオンの幾何学的配位(インスタントン)と、互いにフレーヴァー1重項に組んでいる軽いクォークとの結合を考慮した結果、正負パリティのバリオン単体系の励起状態と2核子系の性質を同時に記述できるようにしたクォーク模型を、ストレンジネスを含む2バリオン系に拡張し、特に対称・反対称スピン軌道力と、新たに導入したフレーヴァー1重項に特異的な相互作用の影響について、その性質を調べるものである。核子-ハイペロン系、2ハイペロン系は、ストレンジネスを含み、アイソスピンが同じために一般にスピン3重項と1重項の状態が混合する。この混合を起こすバリオン間相互作用は反対称なスピン軌道力として表せ、ヴェクトル中間子のテンソル結合から現れる項、及び1グルーオン交換のクォークの対称スピン軌道力から現れる項が重要であると報告されている。本年度の研究では、これらのスピン軌道力がハイパー核に於けるラムダ粒子に働く力としてどの様に現れるかを、実際のクォーク模型を用いて調べた。その結果、1.ラムダ-核子系のみで考えた場合、対称スピン軌道力を反対称スピン軌道力が20%30%程うち消すこと、2.シグマ-核子系との結合の影響を考慮すると、その打ち消し合いが更に進み、結果として得られるラムダ粒子に働く力としてのスピン軌道力は非常に小さな値になること、が明らかになった。また、対称性の考察、及び、代表的なメソン交換模型によるバリオン間力を用いた計算により、上の2の結果が、クォーク模型に限らない普遍的な結果であることも明らかにした。次年度では更に進んで、クォーク模型から導出したバリオン間力を構成し、実際のハイパー核に於けるラムダ粒子に働く力を調べる予定である。本年度は、クォーククラスター模型(QCM)から導出される近距離での斥力芯の性質について、逆散乱問題を応用して調べた。特に注目した系は、NN^1S_0とΣN(T=3/2)^3S_1である。逆散乱問題を用いて同じOn-shellの性質-位相差とbound state energyと対応するresidue-を持つ局所ポテンシャルを構成し、その性質を見ることによって、クォークに対するハミルトニアンの各項のバリオン間相互作用に対する役割を、明確にしようとしたものである。QCMの2核子系の位相差を再現するような局所ポテンシャルは短距離部分に強い斥力を持つ。しかし、非局所ポテンシャルが高エネルギー領域で弱まることを反映して、非常に短距離には引力が現れる。ほとんど禁止される状態があるΣN(T=3/2)^3S_1では、この傾向はより顕著である。更に、クォーク間相互作用の各項の寄与を別々に調べた。NN^1S_0チャネルでは、近距離の斥力芯はクォーク間相互作用の核子とデルタ粒子の質量差を導く項に起因し、ΣN(T=3/2)^3S_1チャネルでは、クォーク間に働くPauli-blockingの効果に起因することが明確に示された。また、散乱状態の波動関数を調べることにより、0ff-shellの性質を調べた。その結果、NN^1S_0チャネルでは、クォーク模型から得られた波動関数が、局所ポテンシャルによるものとほぼ一致することから、Off-shellの性質も、局所ポテンシャルで近似されることが示唆された。逆に、ΣN(T=3/2)^3S_1チャネルでは、強いPauli-blockingの効果のために、波動関数の形が明らかに異なり、特に非局所性が重要であることがわかった。
Jab1による白血病幹細胞の増殖と維持機構

Jab1(CSN5)は、ヒトの様々ながん細胞で発現の亢進を認め、慢性骨髄性白血病(CML)では、原因融合癌遺伝子産物Bcr-Ablの下流で機能する。Jab1は、c-Jun、p27、p53など、細胞内増殖シグナル経路にかかわる因子の安定性や活性を調節するが、生体内機能や発がん機構における具体的な役割については不明な点が多い。この点を詳細に解明するため、Jab1遺伝子改変マウスを解析した。Jab1を構成的に発現させたJab1トランスジェニックマウス(Jab1-Tg)は、生後6-9ヶ月で著明な末梢白血球数の増加を示し、脾臓の肥大や非造血系臓器への浸潤など、ヒトCML様の病態を呈して死亡した。骨髄では、KSL細胞の著明な増加を観察し、in vitroのコロニーフォーメーションアッセイでは増殖能、幹細胞の維持の増強が認められた。これらの症状は移植可能であった。また、これらの細胞ではCdkインヒビターの細胞内局在変化や発現抑制による不活性化を認めた。一方、Jab1+/-マウス(Jab1-/-マウスは胎生致死のため生存せず)では、骨髄は低形成性でありKSL細胞の減少を認め、Jab1-Tgマウスと正反対の病態を呈した。さらに、5-FU静注によりJab1+/-マウスは骨髄不全死または野生型マウスに比べて著しい回復の遅延を示した。以上から、Jab1は、造血幹細胞の増殖・維持に重要な役割を担い、その調節異常が骨髄性増殖性疾患の一因となることを明らかにした。Jab1(CSN5)は、様々ながん細胞で発現の亢進を認め、慢性骨髄性白血病(CMDでは、Bcr-Ab1の下流で機能する。Jab1を構成的に発現させたJab1トランスジェニックマウス(Jab1-Tg)は、生後6-9ヶ月で著明な末梢白血球数の増加を示し、ヒトCML様の病態を呈して死亡した。骨髄では、KSL細胞の著明な増加を観察し、Cdkインヒビターの細胞内局在変化や発現抑制による不活性化を認めた。
地震後使用性を考慮した橋梁上部構造の地震時挙動予測と耐震性能の評価

橋梁や都市内高架橋は,交通ネットワークにおいて代替性の低い重要なリンクをなしているため,その地震による被災は,通過交通の安全性を阻害し緊急対応を遅らせるのみならず,社会・経済に大きな悪影響を及ぼし復旧・復興へも甚大な影響が生じる.本研究は,地震後使用性を考慮した橋梁の耐震性能の予測手法及び評価法の確立を目標に,具体的には,(1)地震後の車両の通行可能性の観点から,橋梁上部構造に対する要求性能を明確化する,(2)支承や落橋防止構造部分の損傷,衝突を考慮した橋梁の3次元地震時挙動モデルを構築し,地震後の使用性予測を実現する(3)地震後の使用性を確保する構造設計のあり方を提示することを目指した.研究成果としては,まず,使用性の観点から橋梁に求められる要求耐震性能を,実際の被災記録に基づいた調査によって,明らかにするとともに,地震時応答解析モデルの構築を進めた.調査にあたっては,兵庫県南部地震時における被災状況から,許容される路面の許段差・目違い等を明示した.また,これら使用性に関連する許容値と下部構造,支承,橋桁,エキスパンションジョイントなどの損傷度を関連付けることで,エレメント毎に要求性能を整理した.さらに,支承の損傷の影響や桁端での衝突について実験的に地震時挙動を明らかとすると共に,上部構造の地震時挙動を精緻に再現する基礎的な解析モデルを構築した.さらに,ここで得られた解析モデルによって,兵庫県南部地震の実際の被災の再現を試み,支承の損傷と上部構造の3次元動的挙動を再現することに成功した.また,定量的な車両走行性に関わる性能指標の構築を行い,支承部分および落橋防止装置・システムの保有性能と使用性の関連,および緩衝材など各種制震デバイスによる使用性の向上可能性についても解析的に検討を行った.それに基づいて,使用性に基づいた構造設計のあり方を提示すると共に,効率的な使用性向上策を提案した.橋梁や都市内高架橋は,交通ネットワークにおいて代替性の低い重要なリンクをなしているため,その地震による被災は,通過交通の安全性を阻害し緊急対応を遅らせるのみならず,社会・経済に大きな悪影響を及ぼし復旧・復興へも甚大な影響が生じる.本研究は,地震後使用性を考慮した橋梁の耐震性能の予測手法及び評価法の確立を目標に,具体的には,(1)地震後の車両の通行可能性の観点から,橋梁上部構造に対する要求性能を明確化する,(2)支承や落橋防止構造部分の損傷,衝突を考慮した橋梁の3次元地震時挙動モデルを構築し,地震後の使用性予測を実現する(3)地震後の使用性を確保する構造設計のあり方を提示することを目指した.研究成果としては,まず,使用性の観点から橋梁に求められる要求耐震性能を,実際の被災記録に基づいた調査によって,明らかにするとともに,地震時応答解析モデルの構築を進めた.調査にあたっては,兵庫県南部地震時における被災状況から,許容される路面の許段差・目違い等を明示した.また,これら使用性に関連する許容値と下部構造,支承,橋桁,エキスパンションジョイントなどの損傷度を関連付けることで,エレメント毎に要求性能を整理した.さらに,支承の損傷の影響や桁端での衝突について実験的に地震時挙動を明らかとすると共に,上部構造の地震時挙動を精緻に再現する基礎的な解析モデルを構築した.さらに,ここで得られた解析モデルによって,兵庫県南部地震の実際の被災の再現を試み,支承の損傷と上部構造の3次元動的挙動を再現することに成功した.また,定量的な車両走行性に関わる性能指標の構築を行い,支承部分および落橋防止装置・システムの保有性能と使用性の関連,および緩衝材など各種制震デバイスによる使用性の向上可能性についても解析的に検討を行った.それに基づいて,使用性に基づいた構造設計のあり方を提示すると共に,効率的な使用性向上策を提案した.橋梁や都市内高架橋は,交通基盤ネットワークにおいて代替性の低い重要なリンクをなしているため,その地震による被災は,通過交通の安全性を阻害し緊急対応を遅らせるのみならず,社会・経済に大きな悪影響を及ぼし復旧・復興へも甚大な影響が生じる.本研究は,地震後使用性を考慮した橋梁の耐震性能の予測手法及び評価法の確立を目指すものである.初年度にあたる本年度は,使用性の観点から橋梁に求められる要求耐震性能を,実際の被災記録に基づいた調査によって,明らかにしていくとともに,地震時応答解析モデルの構築を進めた.調査にあたっては,兵庫県南部地震時における阪神高速道路の被災状況と,公団が実際に行った車両通行制限を対応させることで,路面の許容段差・許容目違い・許容角折れ等を明示した.また,これら使用性に関連する許容値と下部構造,支承,橋桁,エキスパンションジョイントなどの損傷度を関連付けることで,エレメント毎に要求性能を整理した.さらに,支承の損傷の影響や桁端での衝突を含めた動力学的模型を製作して,実験的に地震時挙動を明らかとすると共に,上部構造の地震時挙動を精緻に再現する基礎的な解析モデルを構築した.橋桁の衝突前後の挙動については,従来型の接触型の計測器では計測が困難であるため,本研究では,レーザー計測と画像計測を併用することで,高い精度の計測を実現している.さらに,ここで得られた解析モテルによって,兵庫県南部地震の実際の被災の再現を試み,支承の損傷と上部構造の3次元動的挙動を再現することに成功している.橋梁や都市内高架橋は,交通ネットワークにおいて代替性の低い重要なリンクをなしているため,その地震による被災は,通過交通の安全性を阻害し緊急対応を遅らせるのみならず,社会・経済に大きな悪影響を及ぼし復旧・復興へも甚大な影響が生じる.

本研究は,地震後使用性を考慮した橋梁の耐震性能の予測手法及び評価法の確立を目標に,具体的には,(1)地震後の車両の通行可能性の観点から,橋梁上部構造に対する要求性能を明確化する,(2)支承や落橋防止構造部分の損傷,衝突を考慮した橋梁の3次元地震時挙動モデルを構築し,地震後の使用性予測を実現する.(3)地震後の使用性を確保する構造設計のあり方を提示することを目指した.研究成果としては,まず,使用性の観点から橋梁に求められる要求耐震性能を,実際の被災記録に基づいた調査によって,明らかにするとともに,地震時応答解析モデルの構築を進めた.調査にあたっては,兵庫県南部地震時における被災状況から,許容される路面の許段差・目違い等を明示した.また,これら使用性に関連する許容値と下部構造,支承,橋桁,エキスパンションジョイントなどの損傷度を関連付けることで,エレメント毎に要求性能を整理した.さらに,支承の損傷の影響や桁端での衝突について実験的に地震時挙動を明らかとすると共に,上部構造の地震時挙動を精緻に再現する基礎的な解析モデルを構築した.さらに,ここで得られた解析モデルによって,兵庫県南部地震の実際の被災の再現を試み,支承の損傷と上部構造の3次元動的挙動を再現することに成功した.また,定量的な車両走行性に関わる性能指標の構築を行い,支承部分および落橋防止装置・システムの保有性能と使用性の関連,および緩衝材など各種制震デバイスによる使用性の向上可能性についても解析的に検討を行った.それに基づいて,使用性に基づいた構造設計のあり方を提示すると共に,効率的な使用性向上策を提案した.
ネットワーク符号の冗長性・秘匿性を利用した無線マルチホップマルチキャストの高度化

無線マルチホップネットワークにおいて同一情報を多数の受信者に確実に配信する高信頼・高安全マルチキャスト通信を実現するため,ネットワーク内で情報を符号化することで,情報の秘匿性向上と通信容量の拡大を同時に可能とする新たなマルチキャスト通信方式の開発を行った.具体的には,まずアドホックネットワークにおけるネットワークコーディングを用いたブロードキャスト・マルチキャスト配信方式を開発し,続いて,環状構造ネットワークを利用することで,信頼性および通信効率を向上させる多対多マルチキャストシステムを開発した.さらに,提案方式の応用システムの実装実験を行い,実用面での有効性を明らかにした.無線マルチホップネットワークにおいて同一情報を多数の受信者に確実に配信する高信頼・高安全マルチキャスト通信を実現するため,ネットワーク内で情報を符号化することで,情報の秘匿性向上と通信容量の拡大を同時に可能とする新たなマルチキャスト通信方式を開発した.また,提案方式の実機環境下での性能評価を行い,さらに,提案方式の応用例として,インターネット相互接続のためのゲートウェイプロトコルへの適用についても検討した.具体的には,以下の結果を得た.1、前年度に提案した「複数ユニキャスト経路を並列利用するマルチキャスト経路制御プロトコル」のための「符号化分散アルゴリズム」の提案・評価提案マルチキャスト経路制御プロトコルによって設定される配信経路に最適化したネットワーク符号化を実現するための「符号化分散アルゴリズム」を提案し,実機環境(スマートフォン,タブレット)での性能評価を行った.性能評価では,既存の無線マルチホップネットワークでトラヒック量の大部分を占めているブロードキャスト通信(マルチキャストの特殊ケースと位置付けられる)を対象とした.性能評価の結果,既存方式と比較して通信の信頼性・安全性を損なうことなく約20%の冗長トラヒックを削減できることを明らかにした.2、インターネット相互接続のための無線マルチホップネットワークの拡張近年,無線マルチホップネットワークはインターネットとの相互接続を想定されており,インターネット相互接続時に2つのネットワークを繋ぐゲートウェイ端末の探索・選択制御プロトコルが精力的に研究されている.多くのゲートウェイ端末プロトコルでは,端末の探索・選択にマルチキャスト通信を利用しているため,本研究の提案方式を適用可能である.そこで,提案方式をゲートウェイ端末プロトコルに適用した場合の有効性について,実機検証を行い,応答性能面で十分実用可能であることを示した.無線マルチホップネットワークにおいて同一情報を多数の受信者に確実に配信する高信頼・高安全マルチキャスト通信を実現するため,ネットワーク内で情報を符号化することで,情報の秘匿性向上と通信容量の拡大を同時に可能とする新たなマルチキャスト通信方式の開発を行った.具体的には,まずアドホックネットワークにおけるネットワークコーディングを用いたブロードキャスト・マルチキャスト配信方式を開発し,続いて,環状構造ネットワークを利用することで,信頼性および通信効率を向上させる多対多マルチキャストシステムを開発した.さらに,提案方式の応用システムの実装実験を行い,実用面での有効性を明らかにした.無線マルチホップネットワークにおいて,同一情報を多くの受信者に確実に配信する場合,通信手段としてはマルチキャスト通信が適している.無線マルチホップネットワークでは,無線の不安定性および同報性のため,本質的に信頼性,安全性が保証されないため,無線マルチホップネットワークに適した効率の良い高信頼・高安全多地点同時配信技術が必要となる.本研究では,ネットワーク内符号化技術であるネットワーク符号の時空間冗長性および秘匿性を利用することで,無線マルチホップマルチキャスト通信の高信頼化・高安全化を目指す.本年度は,ネットワーク符号化に適したマルチキャスト経路制御プロトコルの開発を行い,具体的には,以下の結果を得た.1、複数ユニキャスト経路を並列利用するマルチキャスト経路制御プロトコルの提案マルチキャスト通信においてネットワーク符号化の符号化効率を高めるためには,送信者-受信者間経路として互いに素となる複数配信経路を設定する必要がある.従来のマルチキャスト経路制御に用いられる最短(最小)経路木アルゴリズムでは,この条件を十分にクリアできない.そこで本研究では,マルチキャスト配信経路設定アルゴリズムとして,従来はユニキャスト通信に用いられてきた経路制御法を用いて複数配信経路を設定する経路アルゴリズムを提案した.2、1で提案した配信経路制御の性能評価本配信経路制御法の有効性を明らかにするため,計算機シミュレーションを用いて,無線マルチホップネットワークにおける既存の多地点同時配信方式との性能比較を行った.提案アルゴリズムは,ユニキャスト経路を組み合わせることでマルチキャスト複数配信経路を形成するため,従来手法と比較して,ネットワーク符号化機会が増加し,その結果,パケット到達率を低下させることなくネットワーク帯域を30%以上削減できることを明らかにした.前年度までの研究成果であるネットワーク内符号化を用いた高信頼・高安全マルチキャスト通信方式の応用システムとして,災害情報ネットワークを想定したブロードキャスト通信システム,車車間アドホックネットワークにおける車両情報ブロードキャスト通信システム,および,ホームオートメーションシステムにおけるマルチキャストを用いた制御システムを設計・開発し,プロトタイプシステムによる実装実験を行った.具体的には,以下の結果を得た.1,「災害情報ネットワークのためのネットワーク内符号化を用いた環状構造アドホックネットワークシステム」の開発・評価:高信頼・高安全マルチキャスト通信方式を多対多ブロードキャスト通信へと拡張し,環状構造を持つネットワークを利用することでネットワーク内符号化の符号化効率を向上させるアドホックブロードキャストシステムを提案した.また,実機環境(iOSデバイス)での性能評価を行い,既存多対多ブロードキャスト方式と比較して通信の信頼性・安全性を損なうことなく約40%の冗長トラヒックを削減し,約10%遅延を改善できることを明らかにした.2,「車車間アドホックネットワークにおける車両情報ブロードキャスト通信システム」の開発・評価:車両可視化情報を車車間アドホックネットワークを用いてブロードキャスト配信するシステムを開発した.また,iOSデバイスを用いたプロトタイプシステムの試作・実験によって応答性能の評価を行い,車両可視化システムが十分実用可能であることを示した.

3,「ホームオートメーションシステムにおけるマルチキャストを用いた制御システム」の開発・評価:スマートホームにおける家電制御メッセージをマルチキャスト通信を用いて交換するシステムを開発した.また,プロトタイプシステムの試作・実験を行い,提案システムによる家電制御の有効性を明らかにした.情報通信ネットワーク2年度目の研究として,初年度の成果をさらに発展させ,その有効性について計算機シミュレーションおよび実機実装実験を行い多角的に検証するという点については,当初の目的通り達成できた.一方で,当初の計画と差異が生じている部分として,分散符号化アルゴリズムの機能の簡略化がある.当初の予定では,ネットワーク符号化の分散符号化アルゴリズムに誤り訂正機能を付加する予定であったが,この機能の付加をとりやめた.これは,研究の遅れが原因ではなく,無線ネットワークの同報冗長性により,誤り訂正機能がなくとも十分に高い信頼性を実現できることが確認されたためである.以上の通り,当初の研究計画と完全に一致してはいないが,研究目的との不整合は生じず,研究自体は順調に進展していると判断した.初年度の研究内容は,その大部分が研究代表者がこれまで蓄積してきた研究成果の発展・応用という側面を持つ.そのため,手法提案および方法論確立部分に必要となる期間を予測しやすく,概ね研究計画通りに研究を遂行することができた.平成25年度までの成果により,ネットワーク符号化を利用した高信頼・高安全マルチキャスト通信方式の基本設計及び基本特性の性能評価が完了した.また,本方式を応用例の一つとして,インターネット相互接続のためのゲートウェイ端末プロトコルへの適用についても検討した.今後は,本方式の別の応用例として,既存のブロードキャスト通信や災害情報ネットワークへの適用なども検討し,本方式の有効性を検証する.また,各応用における検証については,スマートフォン・タブレットなどの実機を用いた性能評価を行い,ハード・運用環境に依存するシステムパラメータ最適化手法についても検討する予定である.当初計画では,ネットワーク符号を用いた無線マルチホップマルチキャストに必要となる要素技術の提案・評価をすべて終えてから,スマートフォン等への実装実験を行い,システムの最適化を行う予定であった.
人工光合成による太陽光エネルギーの物質変換：実用化に向けての異分野融合

3)「人工光合成」に関して、読売テクノフォーラム(2月21日)や長野県屋代高校(SSH)での講演(平成30年3月1日)、アウトリーチ活動などを始め、平成28年8月に刊行した一般向けの化学普及書「人工光合成とは何か?」と併せて人工光合成の現状と展望についての最新情報と科学的指針を広く社会および科学者コミュニティーに発信した。29年度が最終年度であるため、記入しない。
仕様/環境の変化に対応するソフトウェアのためのエージェント指向開発方法論の構築

本年度は,前年度に行ったエージェント指向開発方法論,ポリシ記述言語,義務論理によるポリシ競合解消方式の研究をふまえ,それを発展させるとともに,応用事例の策定と,その事例に適したポリシ解析手法の研究を行った.エージェント指向開発方法論はロールとインタラクションに着目した方法論であり,本研究計画では別途研究開発を進めている進化型エージェントアーキテクチャを対象としている.同アーキテクチャは,(a)対象システムを構成し,なおかつ自律的に「変化」を捉えて,それに必要な機能を実現する対象エージェント群と,(b)組織のポリシ(たとえばセキュリティポリシ)に従い,その全体の整合性を取る監視/調整系エージェント群から構成される.この「変化」の認識や「組織のもつポリシ」の抽出,「ポリシ間競合解消手法」の決定は,従来の開発方法論にはない特徴である.検討用事例として前年度に取り上げた「セキュリティを強化したエージェント指向情報システム」を更に詳細化して,「エージェントによるWebサービス連携におけるセキュリティポリシ」を取り上げ,オントロジ構築に取り組んだ.さらに,この事例に適したポリシ解析手法として,(カラー)ペトリネットを採用した.その理由は,情報の漏洩,権限の委譲といったフローに関わる解析を到達可能性で,過剰な要求による機能停止といった量的な解析を限界性で取り扱うことにある.後者に関しては更に確率の導入を検討中である.ペトリネットによる解析には基本的に既存のツール(Design/CPN)を用い,前年度に構築したXMLベースの汎用ポリシ記述言語からペトリネットへの変換ツールの基本部分を試験的に構築し,その表現力を漸進的に拡張中である.この拡張は来年度においても継続し実用性の向上を目指す.来年度には,このツール洗練化に加えて,両立しないポリシをもつエージェント間の競合解消に取り組む予定である.本年度は,前年度に行ったエージェント指向開発方法論,ポリシ記述言語,義務論理によるポリシ競合解消方式の研究をふまえ,それを発展させるとともに,応用事例の策定と,その事例に適したポリシ解析手法の研究を行った.エージェント指向開発方法論はロールとインタラクションに着目した方法論であり,本研究計画では別途研究開発を進めている進化型エージェントアーキテクチャを対象としている.同アーキテクチャは,(a)対象システムを構成し,なおかつ自律的に「変化」を捉えて,それに必要な機能を実現する対象エージェント群と,(b)組織のポリシ(たとえばセキュリティポリシ)に従い,その全体の整合性を取る監視/調整系エージェント群から構成される.この「変化」の認識や「組織のもつポリシ」の抽出,「ポリシ間競合解消手法」の決定は,従来の開発方法論にはない特徴である.検討用事例として前年度に取り上げた「セキュリティを強化したエージェント指向情報システム」を更に詳細化して,「エージェントによるWebサービス連携におけるセキュリティポリシ」を取り上げ,オントロジ構築に取り組んだ.さらに,この事例に適したポリシ解析手法として,(カラー)ペトリネットを採用した.その理由は,情報の漏洩,権限の委譲といったフローに関わる解析を到達可能性で,過剰な要求による機能停止といった量的な解析を限界性で取り扱うことにある.後者に関しては更に確率の導入を検討中である.ペトリネットによる解析には基本的に既存のツール(Design/CPN)を用い,前年度に構築したXMLベースの汎用ポリシ記述言語からペトリネットへの変換ツールの基本部分を試験的に構築し,その表現力を漸進的に拡張中である.この拡張は来年度においても継続し実用性の向上を目指す.来年度には,このツール洗練化に加えて,両立しないポリシをもつエージェント間の競合解消に取り組む予定である.
源氏物語の後宮設定の研究―入内の問題を中心に―

平成30年度の実績としては、慶應義塾大学国文学研究会での口頭発表「物語の入内・参院決定の論理ー『うつほ物語』あて宮から『源氏物語』玉鬘大君へー」が挙げられる。『源氏物語』竹河巻では、玉鬘の娘、大君が冷泉院の後宮に入るのだが、結婚の前には、母の玉鬘が、自身の姉妹で有力な冷泉院の皇妃である弘徽殿女御から、娘の参院について了承を得たことが記されていた。この皇妃が後宮入りする前に有力な皇妃の内諾を得るという行為は、『源氏物語』以前に成立した『うつほ物語』にも見られるものである。ヒロインあて宮が東宮に入内する際、あて宮の母大宮が、自身の妹で東宮妃となっていた小宮の存在を懸念し、事前に小宮を後見する嵯峨院大后(小宮・大宮の母)に働きかけてあて宮入内の承認を得ていたのである。しかしながら、後に小宮は入内を認めたはずのあて宮に嫉妬し、敵対することになるのであり、この展開も『源氏物語』の竹河巻で弘徽殿女御に大君が迫害されるという筋に合致する。『源氏物語』竹河巻の大君の物語が『うつほ物語』に学んで描かれていることを考察した。この他、第31回源氏物語アカデミーでの講義「源氏物語の入内断念ー続編世界を中心にー」がある。『源氏物語』続編では、源氏一族出身の有力な皇妃(光源氏の子孫)に憚って他家が入内を断念させる例が集中すること、そのことから、正編で権力者光源氏が娘を入内させているにも関わらず他家にも入内を推奨したような状況が続編ではありえないー続編には他家に手を差し伸べる光源氏のような理想的な政治家が存在しないことが浮彫りにされることを明らかにした。その一方、入内が断念された姫君の婿候補として、物語の価値観に基づき、薫と匂宮という正編の理想的主人公光源氏を想起させる人物があえて選ばれることについても論じた。当初の予定通り、『源氏物語』竹河巻に見える参院前に他の皇妃の承諾を得るという事例について、『うつほ物語』との関わりから論じ、発表することができた。これに加えて、『源氏物語』の入内断念についても、扱えたのは続編のみであるが、講演という形で発表できたのは収穫である。ただし、どちらも口頭発表にとどまり、論文化にまで至らなかったのは残念であった。翌年以降の研究につながる入内の事例調査、先行研究調査については順調に進んでいる。今後も引き続き、後宮にまつわる史上の事例を精査しつつ、調査結果を物語の記述と照らし合わせ、史実の中から物語の設定の准拠を見出す、あるいは物語の虚構の設定の裏にある作者の意図を明らかにすることを目指す。平成31年度は、まず、考察まで終えている『源氏物語』竹河巻の玉鬘大君参院についての論、『源氏物語』続編の入内断念の論を論文化する予定である。次いで、先帝の皇女であった藤壺の宮の桐壺帝への入内について考察し、平安時代の帝が皇族庇護の理念を抱いていたこと、藤壺入内の裏にも内親王を庇護しようとする桐壺帝の思いがあったことを明らかにする。さらに、余裕があれば、皇子女の内裏後宮殿舎での暮らしについて扱う。史上の親王・内親王の宮中居住状況を調査した上で、その結果と比較しつつ、『源氏物語』の光源氏の青年期の内裏住みの問題、前皇太子の娘(後の秋好中宮)が父死後に内親王に準じて内裏住みを勧められた問題について考察する。『源氏物語』続編では、源氏一族出身の有力な皇妃(光源氏の子孫)に憚って他家が入内を断念させる例が集中すること、そのことから、正編で権力者光源氏が娘を入内させているにも関わらず他家にも入内を推奨したような状況が続編ではありえないー

続編には他家に手を差し伸べる光源氏のような理想的な政治家が存在しないことが浮彫りにされることを明らかにした。その一方、入内が断念された姫君の婿候補として、物語の価値観に基づき、薫と匂宮という正編の理想的主人公光源氏を想起させる人物があえて選ばれることについても論じた。当初の予定通り、『源氏物語』竹河巻に見える参院前に他の皇妃の承諾を得るという事例について、『うつほ物語』との関わりから論じ、発表することができた。これに加えて、『源氏物語』の入内断念についても、扱えたのは続編のみであるが、講演という形で発表できたのは収穫である。ただし、どちらも口頭発表にとどまり、論文化にまで至らなかったのは残念であった。翌年以降の研究につながる入内の事例調査、先行研究調査については順調に進んでいる。今後も引き続き、後宮にまつわる史上の事例を精査しつつ、調査結果を物語の記述と照らし合わせ、史実の中から物語の設定の准拠を見出す、あるいは物語の虚構の設定の裏にある作者の意図を明らかにすることを目指す。平成31年度は、まず、考察まで終えている『源氏物語』竹河巻の玉鬘大君参院についての論、『源氏物語』続編の入内断念の論を論文化する予定である。次いで、先帝の皇女であった藤壺の宮の桐壺帝への入内について考察し、平安時代の帝が皇族庇護の理念を抱いていたこと、藤壺入内の裏にも内親王を庇護しようとする桐壺帝の思いがあったことを明らかにする。さらに、余裕があれば、皇子女の内裏後宮殿舎での暮らしについて扱う。史上の親王・内親王の宮中居住状況を調査した上で、その結果と比較しつつ、『源氏物語』の光源氏の青年期の内裏住みの問題、前皇太子の娘(後の秋好中宮)が父死後に内親王に準じて内裏住みを勧められた問題について考察する。講義「源氏物語の入内断念ー続編世界を中心にー」(第31回源氏物語アカデミー)、平成30年10月21日、於ホテルクラウンヒルズ武生
次世代エレクトロニクス熱物性の計測技術基盤

次世代のエレクトロニクスでは2次元材料(厚さが原子オーダーのシート状材料)とそのヘテロ構造(異なった材料の複合構造)が期待されているが、それらの熱伝導性能は不明なことが多く、正確な熱設計ができないのが現状である。そこで、本研究では各種2次元材料単体およびそれらを面外および面内で複合したヘテロ構造の熱伝導特性を計測するためのラマン分光法を開発するとともに、従来のT字型熱センサ法も用いて実験的研究を行った。今年度は、2次元材料の中でも次世代の半導体材料として期待されている遷移金属ダイカルコゲナイドの熱伝導率計測を行った。取り扱ったのは二硫化モリブデン(MoS2)と二硫化タングステン(WS2)であり、主としてスポットサイズ変化ラマン分光法を開発することとした。その原理は、照射レーザーの集光点から光軸方向に試料を動かすことで変化する加熱面積に応じて試料の温度上昇が変化することを利用して、2次元材料の熱伝導率と基板との界面熱コンダクタンスを推定するというものである。結果としては、両材料ともに十分に確からしいデータを得ることに成功し、上記の新測定法の実証ができたものと考えている。スポットサイズ変化ラマン分光法を開発することで二硫化モリブデン(MoS2)と二硫化タングステン(WS2)の計測が順調に進んだため。レーザーフラッシュラマン分光法およびスポットサイズ変化ラマン分光法を同一材料に適応して精度の検証へと研究を進める。当初計画していた原子間力顕微鏡(AFM)と組み合わせたティップ増強法はメーカーと相談の結果、成果が期待できないことから本研究では採用しないこととする。そこで、本研究では各種2次元材料単体およびそれらを面外および面内で複合したヘテロ構造の熱伝導特性を計測するためのラマン分光法を開発するとともに、従来のT字型熱センサ法についても並行して応用研究を行った。まず、前者に関しては深さ10ミクロンで数種類の直径を有する穴を設けたシリコン基板上に単層あるいは数層のグラフェンをCVDあるいは機械的剥離法によって設置した。その試料に対して加熱を周期的に与える「レーザーフラッシュラマン分光法」および試料上の加熱径を変化させる「スポットサイズ変化ラマン分光法」を開発しながら熱物性を計測した。それらの同時適用によって、レーザー吸収率が不明であっても熱伝導率が計測できることを確認した。T字型熱センサ法を用いた単層グラフェンの熱伝導率計測は、欠陥や化学修飾の影響について研究した。例えば、フッ化した単層グラフェンはフッ化前の2000W/mK程度から80W/mKにまで熱伝導率が減少することや、フッ化後は欠陥が入っても熱伝導率が大きくは減少しないことなどが明らかになった。なお、この程度まで熱伝導性能が下がったナノ材料を計測するためには、試料とセンサの正確な形状を用いた数値解析と実験を併用する必要があることもわかった。レーザーフラッシュラマン分光法およびスポットサイズ変化ラマン分光法の双方ともに開発が順調に進んでおり、従来のT字型熱センサ法による実験の成果ともあわせて、研究は順調に進展している。当初の目的に沿って2次元材料を主たる研究対象とするが、それ以外の材料への計測技術の応用展開についても検討していく。
スーパーゲイン小型超伝導アンテナに関する研究

スーパーゲイン小形超伝導アンテナに関して、次の4点を重点的に検討し成果を得た。1.マイクロ波帯で動作するパッチアンテナの設計法の確立マイクロ波帯で動作するアンテナを伝送線路モデルおよび市販の電磁界解析ソフトを用いて行った。共振周波数5GHz、入力インピーダンス50オームとなるパッチアンテナを設計し、その設計に基づき銅薄膜のアンテナを試作し、伝送線路モデルの有効性を確認した。2.超伝導アンテナの設計、試作、評価YBCO薄膜を用いてパッチアンテナを試作し、アンテナ特性を評価した。その結果、共振周波数はほぼ設計通りの値を示したが、入力インピーダンスは設計値よりも大きな値となった。この違いを、電磁界シュミレーションにより検討した結果、超伝導薄膜の表面抵抗が設計値よりも小さいためであることがわかった。超伝導アンテナの利得は金薄膜で作製したアンテナよりも数dB以上高いことが明らかとなった。3.アンテナ用超伝導薄膜の作製法の検討超伝導アンテナを作製する場合、比較的面積の広い薄膜が要求される。我々は、誘導コイル結合型マグネトロンスパッタリング法によりその作製を検討し、アンテナに使用できる薄膜の作製法を確立した。4.アレーアンテナの検討2素子、4素子のパッチアレーアンテナを設計、試作、評価を行った。その結果、素子数を増やす事により利得の増加があること、超伝導アレーアンテナは銅薄膜アレーアンテナよりも4dB以上利得が高いことを明らかにした。酸化物超電導薄膜を用いて、スーパーゲイン小型超電導アンテナを試作するためには、以下の研究テーマを検討することが必要である。基本的な検討項目(1)低損失基板であるサファイヤ基板状に高品質なYBCO薄膜を形成する技術の確立(2)小形アンテナの設計法の確立(3)小形アンテナの試作及び評価平成7年度は主に(1)、(2)を検討し、次のような成果を得た。(1)サファイヤ基板上にYBCO薄膜を形成するとサファイヤのA1がYBCO中に拡散し、YBCO薄膜の超電導特性が劣化する。この劣化を抑える為にCeO_2薄膜をバッファー層とすることを検討した。CeO_2、YBCO薄膜はヘリコンスパッタリング法により作製した。薄膜作製条件を検討し、サファイヤ基板上にCeO_2薄膜が単結晶成長することを明らかにした。また、AFMやX線極点解析により、サファイヤ基板上のCeO_2薄膜のエピ成長方向を決定した。次に、サファイヤ/CeO_2基板上にYBCO薄膜を形成し、その超電導特性を評価した。その結果、CeO_2薄膜がバッファー層として有効に働き、YBCO薄膜の臨界温度が80K以上となることを確かめた。(2)アンテナの設計法の検討スーパーゲインアンテナの設計では、アンテナのアレー化が重要となる。10GHzで共振する2素子のパッチアレーアンテナを伝送モデル法により検討した。その結果、アンテナの配列を最適にするとゲインが非常に高くなることを明らかにした。スーパーゲイン小型超伝導アンテナに関する研究で平成8年度は以下のような成果を上げた。(1)超伝導アンテナ用酸化物超伝導薄膜の合成スーパーゲインにするためには、アレーアンテナが必要である。その為には、比較的面積の広い薄膜が必要となる。本研究では、誘導コイル結合型マグネロトンスパッタリング法により、1インチ角程度の良質な薄膜を形成する条件を確立した。(2)スーパーゲインアンテナの実現スーパーゲインアンテナを実現するためには、アンテナのアレイ化が不可欠である。本研究では、パッチアンテナに注目し、11.7GHzで共振するアレイアンテナの設計及び試作を検討した。その結果、2素子アレイアンテナにおいて、1素子アンテナより利得の向上及び指向性の鋭さが観測された。(3)冷却システムの検討アンテナを実用化するためには、小型冷凍機による冷却システムを構築する必要がある。

GM型冷凍機を用いた冷却システムを検討し、超伝導アンテナの動作試験を行なった。その結果、パッチアンテナでは十分な利得が得られることを明らかにした。スーパーゲイン小型超伝導アンテナに関する研究で平成9年度は以下のような成果を上げた。(1)超伝導アンテナ用酸化物伝導薄膜の合成スーパーゲインにするためには、アレーアンテナが必要である。その為には、比較的面積の広い薄膜が必要となる。本研究では、誘導コイル結合型マグネロトンスパッタリング法により、12インチ角程度の良質な薄膜を形成する条件を確立した。(2)スーパーゲインアンテナの実現スーパーゲインアンテナを実現するためには、アンテナのアレイ化が不可欠である。本研究では、パッチアンテナに注目し、11.7GHzで共振するアレイアンテナの設計及び試作を検討した。その結果、2素子アレイアンテナにおいて、1素子アンテナより利得の向上及び指向性の鋭さが観測された。(3)冷却システムの検討アンテナを実用化するためには、小型冷凍機による冷却システムを構築する必要がある。
赤外励起・可視発振レーザの波長変換機構の研究

本研究においては,希土類イオン含有材料の応用上に重要な意味をもつイオン間のエネルギー伝達過程の解明を中心的なテーマとして研究を推進した。かかるエネルギー伝達特性がホスト材料に敏感であることに着目し,主としてフッ化物結晶蛍光体をホストとした場合のYb^<3+>イオンからTm^<3+>イオンへの伝達過程に対して詳細な実験的検討を加え,モンテカルロ法によるシミュレーション結果と比較した。その結果主として次の知見を得た。(1)エネルギー伝達係数はホスト材料によってかなりの差があり,類似した発光特性をもつフッ化物結晶間においても1桁近い開きがある。(2)エネルギー伝達係数(U_1)はドナー(Yb^<3+>)濃度に依存する。高いドナー濃度では一定値を示し低いドナー濃度ではほぼ直線的に増大する。(3)シミュレーション結果との対比から微視的な相互作用パラメタC_<DA>,C_<DD>を決定した。C_<DD>の値は対象となるフッ化物結晶間ほほ同一である。(4)これに対してC_<DA>の値はドナー濃度大の時のU_1の値とほぼ比例関係にあることが,実験・シミュレーション・解析結果の3者によって示すことができる。(5)ドナ一濃度低い時のU_1の依存性も拡散律速領域に関する解析結果でほぼ説明が可能である。(6)このような関係は,固体レーザ材料はじめ希土類イオン含有材料の最適化の上で有用であると思われる。上述の研究結果と合わせて,(1)1.5μm発振レーザの基礎実験(2)青色発光素子を利用した新固体化光源の基礎実験(3)GeドープMBE成長ZnSe結晶層のPL評価について研究を進めた。詳細な報告は成果報告書において行う。平成9年度においては次の諸課題について研究を推進した。(1)アップコンバージョンレーザと競合する諸種のコヒーレント・インコヒーレント光源について比較検討を行った。白熱電球・蛍光灯に代わり得る将来の固体化光源として,GaInN青色発振半導体レーザと希土類含有ガラスとの結合デバイスが有望であることを計算と発光材料についての実験によって示した。(発表準備中)(2)アップコンバージョン材料をはじめ,応用上重要な希土類イオン間のエネルギー漂移(MIGRATION)について詳細な検討を行った。Yb^<3+>イオンからTm^<3+>イオンへのエネルギー伝達過程をYF_3,BaY_2F_8およびフッ化物ガラスについて,新たに製作した多数の試料について測定を行い,同時に進めたモンテカルロ法によるシミュレーションと対比させることにより,漂移に関係する微視的なパラメタを決定することを可能にし,従来広く用いられていたレイト方程式模型の適用限界を明らかにした。結果は国際ルミネセンス会議に発表したほか,全論文の執筆を既に完了している。(JAP投稿予定。他に応物学会発表期間中3件)(3)固体レーザ材料発振機構に関する検討の応用可能性実証のため,Yb^<3+>イオンで増感したEr:LiYF_4結晶を用いた1.5μm発振レーザの製作実験を行った。第3準位(^4I_<11/2>)より第2準位(^4I_<13/2>)への非輻射減衰が小であるため発振準位が励起されにくいことが判明したので,アップコンバージョン介在励起を行い,励起がかなりの程度改善可能であることを示した。現在更に新しい励起スキームを採用して努力を継続している。

かかるエネルギー伝達特性がホスト材料に敏感であることに着目し,主としてフッ化物結晶蛍光体をホストとした場合のYb^<3+>イオンからTm3+イオンへの伝達過程に対して詳細な実験的検討を加え,モンテカルロ法によるシミュレーション結果と比較した。その結果主として次の知見を得た。(1)エネルギー伝達係数はホスト材料によってかなりの差があり,類似した発光特性をもつフッ化物結晶間においても1桁近い開きがある。(2)エネルギー伝達係数(U^1)はドナー(Yb^<3+>)濃度に依存する。高いドナー濃度では一定値を示し低いドナー濃度ではほぼ直線的に増大する。(3)シミュレーション結果との対比から微視的な相互作用パラメタC_<DA>,C_<DD>を決定した。CDDの値は対象となるフッ化物結晶間ほぼ同一である。(4)これに対してC_<DA>の値はドナー濃度大の時のU_1の値とほぼ比例関係にあることが,実験・シミュレーション・解析結果の3者によって示すことができる。(5)ドナー濃度低い時のU_1の依存性も拡散律速領域に関する解析結果でほぼ説明が可能である。(6)このような関係は,固体レーザ材料はじめ希土類イオン含有材料の最適化の上で有用であると思われる。上述の研究結果と合わせて,(1)1.5μm発振レーザの基礎実験(2)青色発光素子を利用した新固体化光源の基礎実験(3)Geド-ブMBE成長ZnSe結晶層のPL評価について研究を進めた。詳細な報告は成果報告書において行う。