hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
経済及び水資源を考慮したライフサイクルアセスメント手法と農業生産の評価

農業生産における水の利用状況を降水量や河川の流量といった地域的な水の供給特性と比較し、水資源に与えている相対的な負荷を連続的に表現することのできる、折れ線グラフで表せるウォーターフットプリントとして「微分型ウォーターフットプリント(DWF)」、また期間を通じた水利用の持続可能性を表した「積分型ウォーターフットプリント(IWF)」を開発した。またそれらを用いて全国各地の稲作における水利用状況を解析し、水のひっ迫する地域や時期について評価を行った。水資源消費による環境負荷について新たに開発した指標である拡張ウォーターフットプリント(微分型ウォーターフットプリント)および占有ウォーターフットプリント(積分型ウォーターフットプリント)に関して、農業生産の評価のための現地調査を行った。調査地としては広大な霞ヶ浦流域に属する茨城県、水資源の比較的潤沢な新潟県および水資源の枯渇問題に長年対峙してきた香川県を選び、主に県庁の該当部署を中心に、水利用の詳細についてヒアリング調査を実施した。香川県では讃岐平野の水資源に重要な役割を果たしている香川用水についても調査を行った。それらの結果をもとに、調査地での水田作における水利用モデルを構築するとともに、モデルから上記の2つの指標をグリーンウォーター(降雨の直接利用)とブルーウォーター(灌漑水の利用)を区別しつつ算出する手法の具体的な部分について検討した。畑作については、過去に調べた徳之島のサトウキビ栽培のデータをもとに、灌漑を想定したサトウキビ栽培の水資源への負荷を評価し、日本LCA学会誌に原著論文を投稿し掲載されたほか、国際学会(The 23rd Pacific Conference of the Regional Science Association International)での成果発表を行った。またこれらの成果について、ウェブで公開するためのコンテンツの基本的な部分について作成した。経済システムの変化を考慮した予測型のライフサイクルアセスメント(LCA)手法の開発については、一般均衡モデル・投入産出最適化モデルについてシミュレーションモデルの構築に向けての予察的な検討を行っている。昨年に引き続き、水資源消費による環境負荷について新たに開発した指標である拡張ウォーターフットプリント(微分型ウォーターフットプリント)および占有ウォーターフットプリント(積分型ウォーターフットプリント)に関して、農業生産の評価のための現地調査を行った。昨年度の調査地に加え、寒冷地である岩手県、寒地である北海道、暖地である福岡県での調査を行い、国内をほぼ網羅した。これらの調査結果をもとに、各調査地での水田作における水利用モデルを構築するとともに、上記2つの水資源消費指標を昨年度に検討した手法を用いて評価を行った。また評価にあたり、水自体の機能に着目した蒸発散ベースと、保温、雑草防除、分げつ促進といった水のさまざまな機能を考慮した灌漑ベースの2つの評価方法を開発した。評価の結果、例えば香川のように水資源のひっ迫した地域では他の地域と比較して指標の数値が大きくなるといった傾向が数値で明らかとなり、水資源の需給状況を定量的かつ連続的に表すことに成功した。これらの評価結果は国際学会で発表する予定であったが、学会の開催が中止となったため、国内で行われた別の国際学会と国内学会で成果の発表を行った。また、畑作について昨年度日本LCA学会誌に掲載された論文について論文賞を受賞し、記念講演を行った。さらにこれらの成果の一部については、ウェブサイト(http://env.agr.ibaraki.ac.jp/index.html)を作成し公開した。経済システムの変化を考慮した予測型のライフサイクルアセスメント(LCA)手法の開発については、一般均衡モデルを用いたLCA手法について数理ソフトであるGAMSを用いたシミュレーションモデルの開発を試みた。農業生産に伴う水資源消費の実態について、今年度は新たに沖縄県での調査を行うとともに、前年度までに各地で収集した調査結果を集約し、日本地域学会年次大会(2015年10月1012日、岡山大学)で口頭発表を行った。沖縄県では従来夏期の渇水に見舞われていたが、近年ではダム建設による農業用水の整備により水資源は比較的豊富となり、水資源の負荷もそれほど高くない結果となった。これまでの研究により、新規の農業生産や既存の農業生産の技術改良がもたらす環境影響を評価するライフサイクルアセスメント(LCA)手法の開発の一環として、農業と経済の双方に深く関わりを持つ水資源消費の負荷を連続的に評価する指標である、微分型ウォーターフットプリントと積分型ウォーターフットプリントの2つを開発し、それを用いて、稲作をケーススタディとした日本の農業生産の持続可能性を水資源消費の観点から評価した。日本各地の稲作における水資源消費の状況は気候や銘柄の違いを反映して一部が異なっており、それぞれの地域での水資源の賦存量(主に降雨量)とも関連して、時間的・空間的に異なる負荷を水資源に与えていることが明らかとなった。今回開発した微分型ウォーターフットプリントにより、水資源への負荷を連続的に(従来は棒グラフでしか評価できなかったものを折れ線グラフで)評価することが可能になり、また積分型ウォーターフットプリントにより、全プロセスを通じての水資源に関する持続可能性を評価することが可能になった。これらの成果はウェブサイト(http://env.agr.ibaraki.ac.jp/)で公開した他、査読付き学術論文2件、総説記事1件、学術大会における口頭発表3件(うち国際学会1件)、ポスター発表1件(国際学会)、シンポジウム報告1件の成果発表を行った。特に学術論文のうちの1件は日本LCA学会において論文賞を受賞した。

農業生産における水の利用状況を降水量や河川の流量といった地域的な水の供給特性と比較し、水資源に与えている相対的な負荷を連続的に表現することのできる、折れ線グラフで表せるウォーターフットプリントとして「微分型ウォーターフットプリント(DWF)」、また期間を通じた水利用の持続可能性を表した「積分型ウォーターフットプリント(IWF)」を開発した。またそれらを用いて全国各地の稲作における水利用状況を解析し、水のひっ迫する地域や時期について評価を行った。水資源消費の環境負荷に関する新しい指標の算出方法の確立とその応用について、新しい指標である拡張ウォーターフットプリントと占有ウォーターフットプリントを環境影響領域として確立させるための計算方法の検討は計画通りに進んでおり、その応用に向けての現地調査や統計情報の収集についても計画内容は達成できた。経済システムの変化を考慮した予測型のライフサイクルアセスメント(LCA)手法の開発については、シミュレーションモデルの完成には至らなかったものの、応用一般均衡モデルを利用した予測型LCA評価手法の基本的な部分の構築を行った。成果発表については一部予定していたものができなかったため、計画を変更し、研究期間を延長することとした。環境影響評価平成26年度に計画通り遂行できなかった成果発表について、発表先を海外から国内に変更して行うとともに、沖縄県での調査を追加してより充実したデータとし、それらを評価した結果について学術誌への論文投稿を行う。また、学術誌に掲載され公開された研究成果については抜粋をウェブサイトに公開する。本研究の大きな2つの柱は、経済システムの変化を考慮した予測型のライフサイクルアセスメント(LCA)手法の開発、および水資源消費の環境負荷に関する新しい指標の算出方法の確立とその応用である。後者について、新しい指標である拡張ウォーターフットプリントと占有ウォーターフットプリントを環境影響領域として確立させるための計算方法の検討や、天水であるグリーンウォーターと灌漑水であるブルーウォーターを区別した計算方法の検討はほぼ計画通りに進んでいる。しかしその検討に多くの時間を費やしたため、その応用に向けての現地調査や統計情報の収集については計画内容と比較して一部が未達成となった。具体的には、国内数か所について農業、特に水田稲作の水利用に関する現地調査を行う予定であったが、実施したのは茨城、新潟、香川の3か所にとどまった。一方、予測型のLCA手法の開発については、ある産業部門の生産量の変化に対する他部門への影響を推定するため、一般均衡モデルや投入産出最適化モデルの構築とともに、それらを用いたシミュレーションを行う計画であったが、モデルの構築を進めることができなかった。平成26年度にタイ国で開催予定の国際学会で成果を発表する予定であったが、政情不安のため中止となり、未使用額が生じた。前年度に計画通り遂行できなかった予測型LCA手法の開発について、産業部門の生産量の変化に対する他部門への影響を推定するためのシミュレーションモデルを構築するとともに、それぞれのモデルについてシミュレーションを行い、産業部門ごとに生産量変化の原単位を求める。
固体燃料で作動するプラズマジェットの開発に関する研究

プラズマジェットは、燃焼ガス温度3000Kから20000K程度の温度範囲をカバーする唯一の熱源として、各種の用途に使用されている。通常のプラズマジェットにおいては、高圧ボンベに貯蔵されている非反応性ガス、Ar,【H_2】,【N_2】などが作動ガスとして用いられる。本研究においては、固体燃料プラズマジェット-プラズマジェットの放電自体により、固体のプロペラントを蒸発させ、作動ガスとして用いるプラズマジェット-の実用化の試験研究を行う。このような固体プロペラントで作動するプラズマジェットは、システム全体とて軽量かつ簡単であるのみならず、プロペラントを燃料成分と酸化剤で構成することによりエネルギーのすべてを電気エネルギーに依存せず、その相当部分を化学エネルギーで代替させうるという特徴をもっており、各種の用途に対して実用上の価値が大きい。本研究の第1年度においては、固体燃料プラズマジェットに関する基礎データの調査、固体燃料プラズマジェットの試作及び試作したプラズマジェットの性能の検討を行ったが、その結果として、使用する固体プロペラントとして、あるいは酸化剤成分としてテフロンがすぐれた性質をもつことが示され、またこの形態のプラズマジェットは比較的高い効率を出しうることが実証された。第2年度においては固体燃料プラズマジェットの始動方法の改良に関する研究を行うとともに、固体ロケット点火器としての固体燃料プラズマジェットの適性、固体燃料プラズマジェットの反動制御ロケットエンジンへの応用について検討を行ったが、その結果この形態のプラズマジェットは数回程度の繰返し可能な点火器として利用し得ること、また電力の余裕のある宇宙飛翔体の反動制御エンジンとして有望であることが結論された。
脱髄関連因子KLK6を介した多発性硬化症発症機序の解析

脱髄関連因子であるKLK6のノックアウトマウスを用いて多発性硬化症モデル(EAE)を誘導したところ、発症が遅延し症状も軽減した。また、組織学的検討によりKLK6ノックアウトマウスでは血液脳関門が比較的維持されており、末梢からの炎症細胞の浸潤が抑制されていることが明らかとなった。さらに、血液脳関門の破綻や脱髄への関与が示唆されているMMP-9の活性化にKLK6が関与していることを見出した。これら一連の研究成果はKLK6が多発性硬化症発症の鍵となる因子であり、治療戦略の標的分子となり得る可能性を示唆するものと考えられた。多発性硬化症(Multiple Sclerosis: MS)は中枢神経系における炎症および脱髄を伴う再発・寛解を繰り返す自己免疫疾患であり、特定疾患に指定されている。本邦における罹患者数は増加傾向にあり、好発は20-30歳代の女性に多く、少子化にも少なからず影響を与えている。しかしながら、根治療法はなく、ステロイドなどによる対症療法が主流となっている。したがって、根治療法を目指した治療戦略を立てる上で、有効なターゲット分子の同定とともに発症機序の解明が望まれている。そこで本研究では、オリゴデンドロサイトが発現する脱髄関連プロテアーゼ(Kallikrein 6: KLK6)に着目し、KLK6を介した多発性硬化症の発症機序の解明を試みた。具体的には、野生型マウスおよびKLK6ノックアウトマウスにマウス多発性硬化症モデルであるExperimental Autoimmune Encephalomyelitis(EAE)を誘導し、EAE発症時におけるKLK6を介した脱髄分子機序の全貌の解明を試みた。[目的]オリゴデンドロサイトが発現する脱髄関連プロテアーゼ(Kallikrein 6: KLK6)に着目し、KLK6を介した多発性硬化症(MS)の発症機序を解明する。具体的には、野生型マウスおよびKLK6 KOマウスにマウスMSモデルであるEAEを誘導し、EAE発症時におけるKLK6を介した脱髄分子機序の全貌を解明する。[実験成果]KLK6 KOマウスでは、EAE発症時にら浸潤する炎症細胞数が少ないことを見出した。そこで、Evans blue色素をマウス尾静脈から注入し、BBB破綻を可視化したところ、KLK6 KOマウスでは、BBBの破綻が有為に抑制されていることが確認できた。また、リコンビナントKLK6(rKLK6)とリコンビナントpro-MMP-9をin vitroで反応させ、ウェスタンブロット法によりMMP-9の活性化を検討した結果、少なくともin vitroではKLK6がBBB破綻の原因となるMMP-9を活性化しうることを明らかにした。さらに、炎症部位のミクログリアにおいてMMP-9の発現が認められたため、初代培養ミクログリアを採取し、rKLK6を培地に添加した際のMMP-9の発現変化をRT-PCR法にて検討したが、KLK6は直接ミクログリアに作用してMMP-9の発現を増強する訳ではないことが明らかとなった。[意義]本研究により、現在まで未解明だった病態の本質的な部分である脱髄の分子機序のうち、KLK6を介した脱髄機序の一部が明らかとなった。これらの結果はKLK6がMSの新しい治療法や診断法の標的分子となり得る可能性を示唆するものであり、MSに対する基礎研究や治療法開発の戦略に新しい切り口を提供出来ると考えられる。特に大きなトラブルもなく、研究計画書の計画通りに順調に遂行できており、KLK6を介した脱髄分子機構の一端が明らかとなった点は評価できる。また、当初予想していた通りの実験結果を得ることもできており、先行データの結果に基づいた研究計画を綿密に立てている点も評価できる。計画書に従い、順調に研究を遂行していく。具体的にはKLK6の基質候補であるPAR2蛋白に着目し、脱髄時におけるKLK6からの細胞内シグナル伝達機構を明らかにする。また、研究成果を査読付き国際雑誌に掲載できるようにする。前年度と同様に1.形態学的解析などに使用する試薬や消耗品の購入2.動物実験に係る費用(マウス購入ならびにEAE作成に使用する試薬等)
神経回路網の上位学習アルゴリズムの開発とその並列分散系による実現

本年度は,本プロジェクトにおいて継続的に整備を進めているシミュレーションライブラリの拡充を図るとともに,特に(1)Particle Swarm Optimization(PSO)への適用によるその有効性の実証と,(2)昨年来研究を進めてきている画像の超解像変換への適用を行った.(1)については,最適化問題を解く上での並列的な多点探索手法であるPSO法を,画像の補間アルゴリズム中のパラメータ最適化に応用し,最適化されたパラメータを用いた補間アルゴリズムにより,従来法に比べてフルカラー画像の補間品質を向上させることが出来ることを示し,国際学会に報告を行った.また,PSOを画像の内容検索における類似度評価アルゴリズムのパラメータ最適化にも応用した.使用者が着目している種類の画像の類似度に基づく辞書画像の類似度ランキングを示し,教師付き学習形式でパラメータを最適化することにより,所望の画像特徴に基づく類似度評価を行うことが出来るようになることを示した.この成果は,現在国際学会論文として投稿中である.(2)については,昨年までの研究を進め,監視カメラ等の比較的低解像度の動画観測環境を想定し,複数の時間的に連続するフレーム中に観測される対象を,位置合わせを行うことで多くの標本値情報(ピクセル)から不均等補間を利用して画像の解像度向上を図る方式を提案した.この成果は国際学会で報告を行った.本年度は,本研究テーマの最終年であり,3年間で得られた結果を総括すべく,学会論文誌への投稿を現在準備している.本年度は,学習系の中に定義された実体が行う局所的な動作/学習則と,それによって実現される系全体の大局的性質,特に学習の汎化能力について明らかにするために,これまで研究代表者が進めてきたモデルスイッチング学習法において,訓練集合の入力に対する中間層素子の応答と,学習の汎化能力の関係を明らかにすることを目的に研究を進めた.特に,これまで訓練集合の入力に対する中間層素子の応答の従属性が低い場合に汎化能力の向上が見られていたことに着目し,学習の評価関数に中間層素子の応答の従属性をペナルティとする項を導入することで,学習誤差と従属性のペナルティの和を小さくするように学習させる新たな学習法を提案し,学習におけるパラメータの修正法を導出した.このペナルティ項の導入は,学習の過程において本研究で着目している「局所的な相互作用」として,中間層素子の組の間に従属性を低くする「斥力」がはたらくことに相当する.この提案法と,従属性の高い素子の組を融合することによりモデルを動的に変更しながら学習を進めるモデルスイッチングを併用した神経回路網シミュレータを,本研究課題により導入した計算機上に実現し、いくつかのパターン認識問題に適用した.その結果,テストセットに対する汎化能力の向上が見られることを実験的に示すことができ,ペナルティ項の導入と素子融合の併用により中間層素子の独立性を帯く保つことによって,汎化能力が向上することできることが実験的に明らかとなった.本研究の成果は,関連国際学会に報告した.本年度は,昨年度購入した並列処理計算機上で動作する神経回路網のシミュレーションライブラリの整備を進めるとともに,(1)提案する上位学習法の,画像の補間による超解像への適用,および(2)画像内にある特定の対象の検出についての研究を進めた.(1)については,実際に神経回路網による学習的な画像の補間超解像法を提案し,開発した上位学習ライブラリを用いてそれを実装した.その結果,従来の補間法に比べ,主観的にも客観的にも高精細な画像補間による超解像が可能であることが示され,国際学会(AIA2005)においてその成果を報告した.今後,外部企業の協力を得て,この方式を動画補間等に適用できるよう,ハードウェアによる実装を検討している.また,昨年度提案した高次統計量を利用して画像分類を行うサポートベクターマシン(SVM)については,国際学会(IJCNN'04)で報告を行い,現在論文誌への投稿の準備中である.さらに(2)については,外部の自動車企業から車載カメラ画像データの提供を受け,これを道路標識検出/認識に応用する研究を進めた。この研究では,カメラ画像中で様々な見かけの大きさで観測される道路標識のサイズ不変な検出/認識を可能とするための座標変換法を提案し,車の走行に従って変化する道路標識の大きさが,変換後の座標系においては一定の大きさで観測されることを理論と模擬実験の両面から確認した.現在,上記のSVMを用いて,この変換後の座標系における道路標識の検出を行う実験を進めている段階であり,結果が得られ次第,関連学会に報告していく予定である.本年度は,本プロジェクトにおいて継続的に整備を進めているシミュレーションライブラリの拡充を図るとともに,特に(1)Particle Swarm Optimization(PSO)への適用によるその有効性の実証と,(2)昨年来研究を進めてきている画像の超解像変換への適用を行った.(1)については,最適化問題を解く上での並列的な多点探索手法であるPSO法を,画像の補間アルゴリズム中のパラメータ最適化に応用し,最適化されたパラメータを用いた補間アルゴリズムにより,従来法に比べてフルカラー画像の補間品質を向上させることが出来ることを示し,国際学会に報告を行った.また,PSOを画像の内容検索における類似度評価アルゴリズムのパラメータ最適化にも応用した.使用者が着目している種類の画像の類似度に基づく辞書画像の類似度ランキングを示し,教師付き学習形式でパラメータを最適化することにより,所望の画像特徴に基づく類似度評価を行うことが出来るようになることを示した.この成果は,現在国際学会論文として投稿中である.

(2)については,昨年までの研究を進め,監視カメラ等の比較的低解像度の動画観測環境を想定し,複数の時間的に連続するフレーム中に観測される対象を,位置合わせを行うことで多くの標本値情報(ピクセル)から不均等補間を利用して画像の解像度向上を図る方式を提案した.この成果は国際学会で報告を行った.本年度は,本研究テーマの最終年であり,3年間で得られた結果を総括すべく,学会論文誌への投稿を現在準備している.
恐怖感及び不安感を軽減する白内障用インフォームド・コンセント・ツールの開発

白内障の実際の手術を撮影した動画を用いて作成した映像とインタラクティブ性を用いた説明ツールを制作した.その後,生体計測装置と画像加工方法を用いた実験を行い,以下の結果を得た.理解力を保証するためには,説得力がある映像が必要であるが,目に直接処置する,刺す,砕く,挿入する,3つの行為に対する痛み感から恐怖感や不安感を誘発していた.痛み感から誘発される恐怖感や不安感をコントロールしながら理解度を保証するために必要な画像処理方法は,画像そのものにトランスペアレンスを施すことと,痛みとリアリティ=理解度の閾値を明らかにした.上記の要素を組み込んで,実際の映像,3DCGの両方を含んだツールを制作した.白内障の患者に対してその治療目的,内容を説明し同意を得るインフォームド・コンセントが重要であるが,患者が抱く恐怖感・不安感に配慮が十分なされていないのが現状である.そこで本研究は,恐怖感・不安感を軽減しながらも理解度を上げるために必要な要素を明確にすることを目的とし,それらの構成要素を組み込んだインフォームド・コンセント・ツールの開発を行った.その実現のために2つの段階を経た.先ず,第一段階として,白内障の手術の現場において,医者の視点(顕微鏡の映像),観察者の視点(2台のカメラ映像)から動画撮影を行い,説明に必要である「白内障に治療とは」「手術の時間」「手術前の準備」「手術の内容(流れ)」「手術後の注意」の5つによって構成した説明ツールを制作した.このツールをマルチセンサー生体計測装置,非接触アイマークカメラとアンケートによって,どの画面で恐怖感や不安感が表出するのかを探った.その結果,目に直接処置をする行為である「刺す」,「砕く」,「挿入する」の3行為をコントロールすれば,恐怖感や不安感を軽減することができることが分かった.同時にリアル感が高ければ理解度が増加するが,「痛み」だけでなく「気持ち悪さ」も増加することも分かった.そこで,第二段階として,「痛み」と「気持ち悪さ」をコントロールしながらも理解度を保証できる画像処理法を明確にするために,視覚からくる「痛み」「気持ち悪さ」と「リアリティ=理解度」との相関関係について実験ツールを制作して検証を行った.検証に用いたのは,先行研究で使用した「CV(中心静脈カテーテル)」「立方体」に加えて「猫」「手」「注射」の画像を用いた.その結果,「トランスペアレント」をコントロールすることで痛みを軽減できることが分かった.また,人が視覚的に感じる痛みや嫌悪感を軽減できる閾値を求め,パーソナリティに適用できるモデルを構築することができた.白内障の実際の手術を撮影した動画を用いて作成した映像とインタラクティブ性を用いた説明ツールを制作した.その後,生体計測装置と画像加工方法を用いた実験を行い,以下の結果を得た.理解力を保証するためには,説得力がある映像が必要であるが,目に直接処置する,刺す,砕く,挿入する,3つの行為に対する痛み感から恐怖感や不安感を誘発していた.痛み感から誘発される恐怖感や不安感をコントロールしながら理解度を保証するために必要な画像処理方法は,画像そのものにトランスペアレンスを施すことと,痛みとリアリティ=理解度の閾値を明らかにした.上記の要素を組み込んで,実際の映像,3DCGの両方を含んだツールを制作した.具体的内容:白内障の手術で、医者の視点(顕微鏡の映像)と観察者視点(2台のカメラ映像)の撮影をした4手術の中から,動画の長さ、カメラのアングルを考慮し,実験に最適であると考えた一つを選択した.手術の全体は23分43秒であった.三つの視線から観察者が理解しやすい場面を取り入れ編集を行った。さらに手術に最も重要である部分だけを取り入れて6分の説明映像制作を行なった.併せてAdobe Flashを用いて白内障説明ツール(以下「説明ツール」)の制作を行った.コンテンツは、白内障とは、白内障の治療、手術を受ける時間、手術前の準備、手術の流れ、手術後の注意の5つである.「説明映像」と「白内障説明ツール」をマルチセンサー生体計測装置と非接触アイマークカメラを用いて検証実験を行なった.その後、アンケート調査を行なった.その結果、目に直接処置をする行為である刺す、砕く、挿入する行為を如何にコントロールする事が恐怖感や不安感を軽減する構成要素であることが分った.しかし、アンケート調査により、大人の場合はリアル感が高ければ理解度が増加するが「気持ち悪さ」も増加する事も分った。意義:不安感、恐怖感を軽減する構成要素を測る方法として、生体計測装置・非接続アイマークレコーダ(=無意識的)、アンケート調査(=意識的)の3つを用いた事により制度が高い感性評価を可能にしようとしたところに意義がある。重要性:如何に分かりやすく情報を伝えるかということに加えて、如何に人の心に沿った説明が可能であるかということを要素として抽出したところが重要である。つまり、デザイン要素を駆使することで人のパーソナリティに即した情報提供ができるという点が重要性である。恐怖感・不安感の構成要素を明らかにするために「説明映像」を制作し、検証実験を行なった.

その後、真実性と痛みを感じるレベルのコントロールするために「色」、「表現方法」を変化させ「白内障説明ツール=プロトタイプ」を制作し、検証実験を行なった.本年度は,フィードバックしてツールの完成までを予定していたが,プロトタイプまでとしたのは,大人の場合「気持ち悪さ」をコントロールする事がインフォムド・コンセントにおける理解度を高めるという示唆を得たので,「気持ちの悪さ」を軽減するためのデザイン要素を組み込んだ上でツールを完成させることとしたためである.理解度を増幅させるためには,恐怖感・不安感をコントロールすることが必要であるが,実験結果から「気持ちの悪さ」をコントロールすることが重要であるという知見を得ることができた.そこで,今後は,1「気持ち悪さ」を軽減するために必要な構成要素を明らかにするために特に「動き」,「リフレクション」,「マテリアル」に着目してこれらをコントロールできるツールを新たに制作して実験を行う予定である.2更に患者視線の映像を組み込んでツールを完成させる予定である.完成した説明用ツールは,医療関係者にホームページから無料ダウンロード提供し,フィードバックしツールとしての完成度を高める.同時に恐怖感・不安感,気持ち悪さをコントロールすることで理解力を増幅できるデザイン要素の構造化を示し,ホームページから情報提供を行う.平成24年度の研究で、大人の場合「気持ち悪さ」をコントロールする事がインフォムド・コンセントにおける理解度を高めるという示唆を得た。今後、「気持ち悪さ」の構成要素を明らかにするために研究の打ち合わせ、検証実験、成果報告のための旅費などに使用する。
第二次大戦後欧州における理論計算機科学の形成と発展

30年度においては当初の予想が大きく外れていたことが判明し,大幅な研究計画の変更を余儀なくされることとなったものの,転換したテーマに関しては早い段階で研究実績を挙げることができた.具体的には,当初の計画はドイツ語圏における情報学の通時的研究であったが,これは資料上の理由等により断念を余儀なくされたため,戦前-戦中期を対象とした日米独の共時的な研究へと転換を図った,その足がかりとして,1930年代後半においてクロード・シャノン(米),中嶋章(日),コンラート・ツーゼ(独)が同時期に独立に行ったスイッチング回路の代数的解析という仕事について比較研究を試み,その成果の一部を6月の産業科学史学会において報告した.更に検討を進めて行く中で,特に中嶋章の研究が,ツーゼやシャノンとは性格を異とする独創的なものであることがわかったため,中嶋を主題とする論文(題: Prehistory of switching theory in Japan: Akira Nakashima and his relay-circuit theory)を執筆,日本科学史学会欧文誌Historia Scientiarumへ投稿し,受理された(公表は31年度を予定).30年度においては日本と並行してアメリカ電気工学史の検討も進めた.20世紀前半において,日本の電気工学は欧米,特に米独の強力な影響の下で行われてきたものである.戦前期から戦中期にかけて,日本の電気工学が米国の企業や諸研究機関,特にMIT, GE社やベル研究所から受けた影響は重大であり,それは当時の優秀な電気工学者(中嶋含め)がほぼ全員アメリカへの留学を経験していることからも明らかである.アメリカ電気工学史については平成30年度12月の科学史西日本研究大会において「Ralph Hartleyと情報概念」という題で研究報告を行った.今年度は当初の研究計画を大きく変更したものの,転換した研究テーマにおいて早い段階で研究成果を挙げることができた.そのため,練り直した研究計画に対してではあるが,研究はおおむね順調に進展したものと考えている,新たに設定した研究テーマは,戦前・戦中における日・独・米における電気・電子工学の発展の比較史である.とくに日本における発展を主なるテーマとし,特に理論史的アプローチでの研究を行う.戦中期の日本技術史に関する従来の研究は主として制度史・社会史ないしは文化史であり,理論史的なアプローチでの研究はほぼ前例がないが,この時代に電気通信研究に従事した研究者たちがいわゆる「電子立国」日本の実現を可能にしたことからも分かる通り,この時期すでに日本の電気電子工学は(戦時期の日本政府には正当に評価されなかったとはいえ)学術的に高い水準にあった.戦後,そして現代の日本を考える上でも.この時代の電気・電子工学は非常に重要だと言える.この研究テーマにおいて,昨年度以前の研究は決して無駄にならない.第二次大戦期の日本を当時の科学・及び工学分野における最先進国であった米独と比較し,世界的な視野のもとで捉え直すという作業を行う上で,これまで研究してきたドイツ技術史の知識は必須である.実際,例えば戦前の日本で最も対外的に名が知られていた工学者の一人であり,八木・宇田アンテナの開発で知られた八木秀次はドイツのバルクハウゼンの下へ留学している,海軍でレーダー開発を始動した伊藤庸二も八木の紹介で同じくバルクハウゼンの下で学んでいる,戦前の日本の技術を考える上でドイツの存在は巨大である.加えて,すでに日本の電気工学者中嶋章についての研究を学会欧文誌に英語論文に投稿・受理されており,米国電子工学史に関する学会発表も行っている.以上のことから,研究には一定の進展があったと考えている.引き続き戦前日本における電気工学について研究を進めていく,日本における基礎研究の位置付,欧米からの技術移転や日本における工学の特異性といった主題についてはすでに先行研究の蓄積があり,制度史的研究にもすでに優れた成果があるため,それらを援用しつつ,本研究では特に逓信省電気試験所,日本電気,東北大学電気通信研究所,そして東京帝国大学電気工学に焦点を当て,日本におけるいわゆる弱電工学の展開を明らかにしていく.今後はまずこれらの組織とそこで行われていた研究について,資料の収集に努める.民間企業である日本電気については内部資料へのアクセスが不可能であり資料面で困難が伴うが.これらの組織は人的にも学術交流の面でも緊密な関係があったことがわかっているため,関連組織の資料を通じて可能な限り明らかにすることを目指す.並行して米独電気工学史の先行研究を消化するとともに,日本の研究者が多数留学したドイツおよびアメリカの研究機関(ライプツィヒ大学やベル研究所など)へも資料調査を行う.日本の研究機関は主としてこの両国に技術者や学者を留学させ,その知見のみならず研究制度や文化をも持ち帰った.そしてそれが日本における研究開発体制の出発点となった.そのため,戦前日本の科学史・技術史を理解するにはアメリカやドイツのそれとの対照が不可欠である.今年度はまず米ニュージャージー州にあるベル研究所アーカイブを訪ね,また米国の技術史の中心地であるコーネル大学やマサチューセッツ工科大学を訪ね米電気工学史を専門とする研究者の助言を仰ぐ.29年度においてはまず6月の日本科学史学会年にて「1950-60年代ヨーロッパにおける『数値解析』」という題で数値解析史について研究報告を行い,数値解析という数学の分野の研究者が,最初期の電子計算機を中心として形成されつつあった(後に計算機科学と呼ばれる)分野横断的研究共同体の形成において,中心的な役割を果たしていたことを示した.またこの発表においては,この研究共同体が50-60年代において徐々に規模を増すにつれ,この研究共同体における研究の中心が数値解析から「計算そのもの」や「プログラミング言語」といった対象に移行していったことも示した.

この視点は科学史においても技術史においてもほぼ顧みられてこなかった視点であり,一定の重要性があるものと思われる.この研究を引続く形で行ったのが,アラン・チューリングの歴史的位置づけを巡る研究である.ここでは後に計算機科学と呼ばれることになる研究共同体において,チューリングという人物とその研究がどう評価されてきたのかを検討し,それが計算機科学という分野の形成にどのような役割を果たしたかを示した.東京工業大学での研究会においてその成果を一部報告した.一方ヨーロッパの計算機科学形成史においてはコンラート・ツーゼの存在も極めて重要であるが,一次資料に基づくツーゼ研究は(本国ドイツを含めても)未だ不十分な状況にあるため,9月にミュンヘンにあるドイツ博物館アーカイブを訪問し,重要性の高い一次資料を多数見つけ出すことができた.その一部について検討し2018年2月に名古屋大学にて「コンラート・ツーゼの転身(1936-37)」という題で報告を行った.29年度においては,研究計画の大幅な変更はありはしたものの,研究目標と照らし合わせればほぼ順調に研究が進展したものと思われる.当初の予定通り29年度9月にドイツ・スイスを訪問し重要度の高い研究資料を多数発見することができたため,研究資料の確保という点では予想以上の進展がみられた.一方,当初計画していたプログラミング言語ALGOLの形成過程検討を進める内に数値解析の歴史や計算機登場以前の計算技術史の重要性が明らかになったために,当初の計画を変更し,研究の焦点を60年代以降の形式言語理論/コンパイラ研究やプログラミング言語研究から,50年代以前における数値解析研究と数値計算の実践へと移すことになった.しかし当初の研究目的である「第二次大戦後欧州における理論計算機科学の形成発展の歴史を明らかにする」と照らして,数値解析研究史の重要性はプログラミング言語に勝るとも劣らないものであり,計画の変更を鑑みても概ね順調に研究が進展したと考えられる.30年度においては当初の予想が大きく外れていたことが判明し,大幅な研究計画の変更を余儀なくされることとなったものの,転換したテーマに関しては早い段階で研究実績を挙げることができた.具体的には,当初の計画はドイツ語圏における情報学の通時的研究であったが,これは資料上の理由等により断念を余儀なくされたため,戦前-戦中期を対象とした日米独の共時的な研究へと転換を図った,その足がかりとして,1930年代後半においてクロード・シャノン(米),中嶋章(日),コンラート・ツーゼ(独)が同時期に独立に行ったスイッチング回路の代数的解析という仕事について比較研究を試み,その成果の一部を6月の産業科学史学会において報告した.
磁器生地を直接造形する3Dプリンタの研究

陶磁器の「型を用いない造形法」として期待の高い3Dプリンタであるが、高温での焼成工程が必要となる磁器材料を使用した例は少なく、素地の強度や精度等の問題があり、未だ実用段階には至っていない。報告者は、これまでの研究で3Dプリンタを活用した磁器素地の直接造形と白磁サンプルの作製に成功しているが、一方で急激な乾燥収縮によるヒビやワレなどの欠陥を完全に防ぐことが困難であった。そこで本研究では、磁土ペーストの水と解膠剤の添加量に着目し、テストプリント及びレオメーターを使った粘度測定によって、3Dプリンティングに適した磁土ペーストの条件を明らかにするとともに、水ガラス以外の解膠剤の添加についても検討を行った。その結果、立体を積層造形できる磁土ペーストの条件は、乾燥磁土粉末に対する比率(外割)で水分量を40%とした場合に、解膠剤の最適な添加量は水ガラス0.15%、ディーフ0.05%、水ガラスとディーフの1:1混合液0.075%であり、粘度が2.58Pa・s3.26Pa・sのときに積層が安定するということが明らかになった。また、ディーフを添加することによって天草陶土以外の硫化鉄等を含む陶土を材料として使用できる可能性が広がった。しかしながら今回得られた結果は、本研究で使用した3Dプリンタに限って言えることであり、構成部品が異なるどのような形態の3Dプリンタを使っても立体を造形できる条件であるかということについては別途検証していく必要がある。今後は、より粘度が高い磁土ペーストを使った造形物の大型化を目標にギヤボックスの強化とモーターの高出力化を行っていく。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、耐圧性および材料排出力を向上させた3Dプリンタを設計・製作し、磁土ペーストの乾燥実験や粘度計測を行うことで、より複雑な形状を造形するために必要な条件を明らかにすることを目的としている。当初の計画では、平成29年度は(1)耐圧性および磁土ペースト排出力を向上させた3Dプリンタの設計・製作(2)テストプリント(3)磁土ペーストの乾燥実験(4)磁土ペーストの粘度計測を行う予定であったが、現在3Dプリンタを設計している段階であり、プラスチック部品をモデリングしている状況にある。平成29年度は、3Dプリンタの設計とパーツの収集、ペースト材料の基礎的な情報収集を中心に行った。具体的な内容については以下に示す。13Dプリンタを設計する中で、磁土ペーストを貯蔵する部位をノズル部に設置するにあたり、アルミフレームやカーボンロッドの剛性を高める必要が考えられたため、やや大型のデルタ型3Dプリンタのキットを購入し、組立てを通じてパーツ類の見直しを行った。その結果、アルミフレームは20mm角とし、直接荷重がかかるカーボンロッドは平織りで樹脂コーティングされたラップドチューンカーボンパイプを採用することとした。2モノづくりフェア2017において新型3Dプリンタに関する情報収集を行った。FDMタイプの3Dプリンタは、どのメーカーも構造的には大差なくシンプルなもので、積層する材料がモデルの完成度を大きく左右することが明らかであった。従って、磁土ペーストについて研究することが問題解決の糸口になると考えられたため、当初の予定を変更し、ペースト材料に関する理解をより深めるために流体力学および粒子分散液、レオロジー測定に関する資料および文献収集を行った。3Dプリンタの部品は全て揃っており、プラスチック部品のモデリングが終了し次第、3Dプリンタを組立て、テストプリントおよび各種実験を行う予定である。「研究実績の概要」に記載した通り、3Dプリンタの構造上パーツの剛性を高める必要が生じ、キットを製作しパーツを検討したため年度内に3Dプリンタを完成させることができなかった。また、当初の予定にはなかったペースト材料に関する資料および文献収集を行ったため、乾燥実験や粘度計測を行うことができなかった。これらを考慮して「やや遅れている」と評価した。

今後は、より粘度が高い磁土ペーストを使った造形物の大型化を目標にギヤボックスの強化とモーターの高出力化を行っていく。平成30年度は、まず3Dプリンタを組立てて12種類の磁土ペーストを使い、積層ピッチを0.2mmとしてテストプリントを行う。テストプリント結果から製作した3Dプリンタに適する磁土ペーストの水と珪酸ソーダの添加量の絞り込みを行うとともに、造形時の問題点を抽出する。テストプリントで造形可と判断された磁土ペーストのみを使い、乾燥実験および粘度計測を行う。その後、当初の計画通り複雑な形状のテストプリントを行い、改善を図っていく。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
コラーゲン膜応用共培養システムによる角膜の構造及び機能維持機構の解明

本研究の究極の目的は、in vitroでの角膜再生およびその正常構造と機能の維持機構を明確にし、角膜再生の条件を突き止めることを究極の目的とする。そのために、角膜を構成する細胞間の信号系の解析を通じていくつかの課題を明確にすることを申請研究の目的とし、その実施計画として、共培養系を確立した。この共培養はコラーゲンのタイプIで作られた膜を用いることで、細胞間の直接な接触はないが、細胞同士間の情報交換、つまり、各細胞が分泌している因子の隣接している細胞に与える影響を調べるための有効な実験手法である。実際に平成22年度にも、平成21年度につづき、この手法を用い、いくつかの業績を上げている。角膜上皮細胞と角膜実質細胞の共培養で角膜上皮細胞の存在が角膜実質細胞の機能に大きな働きを示した。角膜上皮細胞と共培養した角膜実質細胞では角膜実質細胞の単独細胞培養に比べて、角膜実質細胞内のmatrix metalloproteinases-2(MMP-2)の発現が抑制された。しかし、MMP-1では何にも変化は認められなかった。この様な抑制効果はmRNAレベル、タンパク質レベル両方に見られた。そこで、この様な効果はどういう因子によって調節されるかを培養時のmediumをMulti-Plexにかけて調べた。その結果、角膜上皮細胞から分泌されているinterleukin-1 receptor antagonist(IL-1RA)が関与していることが明らかになった。角膜上皮細胞から分泌されているIL-1RAは角膜実質細胞と共培養することで、その分泌される量は増加していることもわかった。共培養することで、角膜実質細胞から何らかの因子が角膜上皮細胞を刺激し、IL-1RAの発現を上げ、さらに、その刺激され、増加されたIL-1RAにより角膜実質細胞内のMMP-2の発現を調節していることが明らかになった。さらに、この様な発現調節には細胞内のmitogen-activated protein kinase ERKのシグナル経路が関わっていることも突き止めることができた。この様な結果から、角膜上皮細胞は角膜実質細胞の内の重要な機能因子であるMMPの発現を調節することで、角膜の恒常性を維持するために重要な働きをしていることを明らかにした。そのために、角膜を構成する細胞間の信号系の解析を通じていくつかの課題を明確にすることを申請研究の目的とし、その実施計画として、コラーゲン膜を用いる共培養系を確立した。その成果として、角膜線維芽細胞の存在が,角膜上皮細胞の主たる生理機能であるバリアー機能に関与するZO-1, Occudin, Claudinの発現を亢進することを見いだした。逆に角膜上皮細胞の存在は,角膜線維芽細胞間の情報伝達に重要であるGap Junction蛋白質(Connexin 43)の発現、さらにAdherent Junctional蛋白質であるN-cadherinの発現を亢進することを明らかにした。その上、その発現の亢進には角膜上皮上皮細胞から分泌されるInsulin-like Growth Factor-1(IGF-1)による現象であることを証明し、またさらに、角膜実質細胞の機能としてもっとも重要であるコラーゲン分解酵素MMPの発現に角膜上皮細胞が大きく関わっていることを共培養系を用いて証明した。

さらに、この様な発現調節には細胞内のmitogen-activated protein kinase ERKのシグナル経路が関わっていることも突き止めることができた。この様な結果から、角膜上皮細胞は角膜実質細胞の内の重要な機能因子であるMMPの発現を調節することで、角膜の恒常性を維持するために重要な働きをしていることを明らかにした。
沿岸性および外洋性イカ類における貯精・受精機構と成熟サイズ決定メカニズムの解明

1.ヤリイカの平衡石・ペンを用いた成長履歴解析オスのヤリイカにみられる成熟サイズ2型(メスとペアになる大型オスと、ペアに割り込み交接する小型オス)の生じるメカニズムを明らかにするため、ペンの輪紋を用いた成長履歴解析を行った。大型成熟オス、小型成熟オス間で平衡石孵化輪サイズから推定した孵化体サイズに有意な差は見られず、孵化時の体サイズはその後の成長や繁殖戦術に影響しないことが明らかとなった。未成熟期の日間成長率には大きな個体差が見られることが明らかとなった。また、成熟個体で異なる繁殖戦術をとる大型オスと小型オスの日間成長率は大きく異なり、小型オスは長期間低かった。これらの結果から、生活史の早い段階で成長率に差が生じ成熟サイズ2型を引き起こしていると考えられた。2.ヤリイカ野外採集卵の親子判定英国ロンドン大学Shaw博士、南アフリカ共和国Sauer博士と共同で、2007年3月北海道松前町のヤリイカ産卵場において野外調査を行い、卵の採集を行った。マイクロサテライトDNA多型を用いた親子判定を行ったところ、6卵塊のうち2卵塊で複数のオス(2個体・4個体)が受精に参加していること、そのうちの1個体が大きな割合を占めることが明らかとなった。この結果はこれまでの飼育実験による結果を支持しており、本種では他のヤリイカ類に比べmultiple paternityのレベルが低いことが考えられた。このことから、ヤリイカのオス間ではメスをめぐる競争のレベルが強く、競争能力に強く影響する体サイズに強い選択圧がかかると思われ、オスがメスよりも大型に進化したと考えられる。3.スルメイカマイクロサテライトDNA多型を用いた遺伝マーカーの作成昨年度作成したマーカーの有効性を確かめ、学術論文として国際誌に発表した。研究計画に基づき、イカ類の貯精・受精機構に関する以下の調査・実験を行った。1.マイクロサテライトDNA多型を用いた遺伝マーカーの開発スルメイカにおいてマイクロサテライト領域を含むゲノム断片の遺伝子配列決定を行い、合計13個の遺伝マーカーを開発した。これらの遺伝マーカーは、対立遺伝子数が4-26個と、非常に変異の多い遺伝子座を特異的に増幅することができる。2.スルメイカ成熟メスからの貯蔵精子の採集産卵のための南下回遊ルートに沿って、北海道沖・福島沖・鳥取沖で採集されたスルメイカからメスの体内に貯蔵されている精子塊のサンプルを採集した。その結果、北海道沖ではまだほとんど交接が起こっていないこと、産卵場に近い鳥取沖では多数の精子塊が付着していることから、産卵回遊に伴い精子を貯蓄していく過程が観察された。今後、1で開発した遺伝マーカーを用いてこれら精子塊や飼育下で産卵させた卵の父子判定を行い、メスの交接履歴や回遊に伴う貯精状況の変化を解析する予定である。3.ヤリイカ産卵場における野外調査英国ロンドン大学Shaw博士、南アフリカ共和国Sauer博士と共同で、2007年3月北海道松前町のヤリイカ産卵場において野外調査を行った。SCUBA潜水によって産卵状況を調べた結果、海外のヤリイカ類は非常に大きな集団でグループ産卵を行うのに対し、日本のヤリイカは比較的小規模な繁殖集団を形成すると考えられた。また、産み付けられた卵塊および産卵中の親個体とその卵を採集した。今後、それらサンプルを用い遺伝的解析を行う予定である。
低消費電力スピン制御デバイス用低スピンダンピング磁性材料の探索

磁性薄膜の磁気緩和(スピン緩和)現象はパソコンに使われる磁気ディスクの速度や将来のメモリーとして期待されているスピンメモリー素子の消費電力に影響を及ぼす重要な現象であり、その物理的起源を明らかにすることは素子開発に必須の要件になっている。このために代表的な磁性金属である鉄(Fe)にコバルト(Co)あるいはニッケル(Ni)を微量添加した単結晶合金薄膜を作製して、強磁性共鳴法を用いて磁気緩和係数を測定した。これらの薄膜では熱処理により結晶の状態を向上させると磁気緩和係数は低下することが示された。これは金属内の電子の散乱と磁気緩和が密接に関連しているという理論的予想に合致している。磁性薄膜の磁気緩和係数の大きさを決める物理的メカニズムを明らかにするために、3d遷移金属であるFe薄膜に同じ3d遷移金属であるCoおよびNiを微量添加して、磁気緩和係数の組成依存を測定している。昨年度の研究でFeにCoを微量添加した系では磁気緩和係数は組成に依存して上昇することが示された。磁気緩和は理論的に室温付近では電子の並進運動の運動量緩和時間に反比例すると考えられるので、Co原子がランダムな位置に微量添加されたために電子の散乱頻度が上昇して、磁気緩和係数の増加につながったと見ることができる。これを確認するために(1)FeCo系の薄膜をアニーリングして同じ組成のas depo.の膜との比較を行う、(2)Coに代わってスピン軌道相互作用の異なるNiをFeに微量添加した膜を作製してFeCo系と組成依存に違いが出て来るかを検討する、という2つの項目について研究を進めてきた。(1)Fe(1-x)Co(x)系ではx <0.06、膜厚100 nmの薄膜を作製した。X線回折ピークはアニーリングにより先鋭化することが示され、結晶状態は改善していると考えられる。しかし静的な磁気特性は飽和磁化および面内の磁気異方性ともにアニーリングによる変化は見られない。今後強磁性共鳴により磁気緩和係数の変化を測定する。(2) Fe(1-x)Ni(x)系では膜厚100 nm、x <0.13までの薄膜を作製した。XRDでは明瞭な(002)面からの回折ピークが測定され良好な結晶状態を示している。VSMによる磁化測定では、Niの組成が変化しても飽和磁化の大きさに変化は見られなかった。磁気異方性は[100]方向を容易軸とする面内4回対称を示している。膜厚12 nm, x = 0.03の試料で磁気緩和係数を測定したところ、Fe単体よりわずかに大きい値が測定された。今後他の組成について詳細に測定する。磁性薄膜の磁気緩和係数(Gilbert緩和係数alpha)の物理的起源を明らかにするために、3d遷移金属であるFe薄膜に同じ3d遷移金属であるCoおよびNiを微量添加して、磁気緩和係数を測定した。理論的に磁気緩和は室温付近では電子の散乱頻度(緩和時間の逆)に比例すると考えられるので、他種の原子が微量添加されることによる結晶欠陥の増加および合金散乱により電子の散乱頻度が上昇して磁気緩和係数の増加につながると予想される。このメカニズムを確認するために(1)成膜プロセスの変更による膜質の向上(2)成膜後アニーリングによる結晶状態の向上、という2つの電子散乱頻度を低下させる手法を適用して磁気緩和係数の変化を検討した。このためにFe(1-x)Co(x)系でx <0.11、膜厚100 nmおよび12 nmの薄膜を作製した。100 nm試料のX線回折ピークはアニーリングにより先鋭化することが示され、結晶状態は改善していると考えられる。いずれの膜厚でも飽和磁化の大きさはほぼスレータ・ポーリング曲線に従ってCo組成に従って増加しており良好な磁気特性を示した。また成膜プロセスの向上とアニーリングという2つのステップで膜の結晶状態が向上するにつれてぞれぞれの組成で磁気緩和係数は低下した。これは電子散乱頻度と磁気緩和の間に密接な関連があることを示している。もう一つ磁気緩和係数に寄与する要素としてスピン軌道相互作用(SOI)が指摘されている。そこでCoよりもSOIの大きいNiを添加した系を測定するためにFe(1-x)Ni(x)系でx <0.13、膜厚100, 12, 6 nmの薄膜を作製した。膜厚6 nmと12 nmの試料で磁気緩和係数を測定したがいずれの組成でもFeCo系と比較して有意の差は認められなかった。3d遷移金属系ではSOIの影響は磁気緩和係数に明瞭には現れないようである。

磁性薄膜の磁気緩和係数(Gilbert damping constant)の大きさを決める物理的メカニズムを明らかにするために、典型的な3d遷移金属であるFe薄膜に同じ3d遷移金属であるCoを微量添加して磁気緩和係数の組成依存を測定した。(1)試料作製:GaAs(001)面上にRFマグネトロンスパッター法によりFe(1-x)Co(x)薄膜(0<x<0.11)を作製した。薄膜へのX線回折で(002)面からの回折ピークが確認される事とVSM測定での明瞭な磁気異方性からエピタキシャル成長していると判断される。(2)磁気特性:VSMによる磁化測定を行い飽和磁化と面内の磁気異方性を測定した。Slater-Pauling曲線から期待されるように、Coの組成が11 at%まで増加するにしたがって飽和磁化の大きさは増加していく傾向が見られた。しかしその絶対値はバルクで報告されている値より10%程度小さい。磁気異方性は[100]方向を容易軸とする面内4回対称を示しており、Co組成が小さい薄膜では微小な一軸異方性が重畳されている。(3)磁気緩和係数:Qバンド(35GHz)用キャビティーを使った通常の強磁性共鳴(FMR)により面内に磁場を印加した場合における共鳴スペクトルを室温で測定し、共鳴線幅より磁気緩和係数を求めた。これはCo組成に依存して増大する傾向を示し、Feの0.004からFe(0.89)Co(0.11)での0.008まで上昇する。理論的に磁気緩和係数はTorque Correlation modelで説明されると考えられており、室温付近では電子の並進運動の運動量緩和時間(散乱時間)に反比例する。Co原子がランダムな位置に微量添加されたために電子の散乱頻度が上昇して、これが磁気緩和係数の増加につながったと考えることができるが、これを確認するために他の材料での測定が必要と考えている。震災復興に関連し、測定装置が入っている棟に改修工事が行われた。この際装置の移設および再立ち上げに1カ月以上の時間を費やしたためにとくに試料振動型磁力計と強磁性共鳴装置を使用する測定に遅れが出た。東日本大震災により実験装置が一時停止し、研究の開始が2が月程度遅れ、さらに夏季に電力供給の不安定が懸念されたため実験装置を停止せざるを得ない時期が生じ、当初の研究計画から遅れが生じている。Feにいくつかの種類の3d遷移金属を添加した場合について試料を作成して測定を行う予定であったが、本年度はCoの添加のみを行った。磁気緩和の物理的メカニズムを明らかにするためにFeCo系でas-depo.試料とアニーリング試料の比較を行っている。アニーリングにより結晶状態は改善しているがVSMで測定した静的な磁気特性には変化がみられていない。強磁性共鳴法により高速磁気応答を測定して磁気緩和係数のアニーリングによる変化を検討していく。新たにFeNi系試料の作製を行っており、エピ成長した膜が得られているようであるので詳細な強磁性共鳴測定を行い磁気緩和メカニズムへの知見を得る。素子が稼働している状況を想定し、電流が流れている条件下での強磁性共鳴測定を行う。第1段階として磁気異方性が小さく、すでに素姓のよくわかっているパーマロイを使い比較的低い周波数(Xバンド)での測定から始める。2011年度ではFeにCoを微量添加した薄膜で磁気特性の測定を行い磁気緩和係数の増大が測定されたが、このメカニズムを明らかにするために2012年度は(1)FeCo系で成膜温度・成膜後のアニーリングが磁気緩和に及ぼす効果を調べる。