hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
凸多面体及びセル複体の面の個数の研究

本研究では、数学の組合せ論の分野において重要な研究対象である凸多面体やセル複体の面の個数に関する研究を行った。主要な研究成果は以下の二つである。(1)凸多面体の持つ重要な組合せ論的不変量であるcd指数を、代数学を用いて研究する手法を新たに開発し、この手法を応用してcd指数に関する新しい不等式を発見した。(2)モース不等式と呼ばれる幾何学的観点から得られる不等式と次数付きベッチ数と呼ばれる可換環論においてよく研究されている不変量を組合せることで、多様体の三角形分割の面の個数に関する新しい不等式を証明することに成功した。凸多面体やセル複体の面の個数の研究は、数え上げ組合せ論の分野における主要な研究テーマの一つである。数学的には面の個数の情報はf-列と呼ばれる数列として定式化される。面の個数の研究において、1991年にBayerとKlapperはf-列よりもさらに詳しい情報を持つ凸多面体の組合せ論的な不変量として、cd指数と呼ばれる概念を提唱した。cd指数はf-列よりも詳細な情報を持ち、凸多面体の構造を解析する為の重要な指標の一つとして現在非常に注目を集めている。当該研究の主要な研究目的の一つはこのcd指数を代数的な立場から研究することである。本年度はcd指数を可換環論を用いて研究するための新しい手法を開発することを目標とし、研究を進めた。本研究の研究成果として、squarefree P-加群と呼ばれる新しい概念を考案し、この概念を用いてcd指数を代数的に調べる為の新しい手法を確立することに成功した。また、この研究の過程で、cd指数の理論が凸多面体だけでなく、一般の多面体的複体や正則CW-複体に拡張できることを発見し、cd指数の理論が凸多面体だけでなくより広い数学的対象に対して展開できることを発見した。さらに、導入した新しい研究手法を用いて、cd指数の厳密な上限を求めることに成功した。これまでcd指数の下限に関する研究は幾つか進められてきたが、上限に関する研究は全く新しいものである。これらの研究結果は学術論文として取りまとめ、現在国際学術雑誌に論文を投稿中である。本研究では、数学分野における古典的な研究対象の一つである凸多面体や有限セル複体の面の個数の研究を行っている。平成26年度は二つの球面の直積の三角形分割に関する研究を中心に研究を行った。多様体の三角形分割の研究で調べられている重要な性質の一つに、tight性と呼ばれる性質がある。Tight性は`多様体が与えられた時、その多様体を三角形分割する為に必要な頂点数の最小値を求めよ'という問題を調べる過程でKuhnelによって導入された概念であり、多様体の最小三角形分割と密接な関係がある。1999年にKuhnelとLutzは、閉多様体のtightな三角形分割の頂点数は必ず最小になる、という予想を提唱し、さらに、i次元球面とj次元球面の直積の場合には、tightな三角形分割は必ず丁度i+2j+4個の頂点を持つ、と予想した。i次元球面とj次元球面の直積の三角形分割は少なくともi+2j+4個の頂点を持つ事が知られており、後者の予想は前者の予想の球面の直積の場合における精密化となっている。本年度の研究では、PLモース不等式と呼ばれる幾何学的な観点から得られる不等式と可換環論における次数付ベッチ数と呼ばれる代数的不変量の間に相関関係があることを発見し、これを用いて、次数付ベッチ数を代数的に解析することによりKuhnelとLutzの予想を研究する、という今まで知られていなかった新しい研究手法を開発した。この研究手法により、上記の球面の直積に関する予想をjがiの2倍より大きい場合に肯定的に解決した。さらに、この手法は三角形分割の面の個数の下限の研究にも有用であることが判明し、Barnetteの下限定理と呼ばれる組合せ論の古典的な定理を正規な擬似多様体へ一般化・精密化することにも成功した。本研究では、代数学の一分野である可換環論を用いて、組合せ論の分野において重要な凸多面体やセル複体の面の個数に関する研究を行った。以下が本研究で得られた主要な研究成果である。平成25年度には凸多面体のcd指数を可換環論を用いて研究する為の新しい手法を考案し、これを用いてcd指数に関する新しい不等式を発見した。また、平成26年度には、PLモース不等式と呼ばれる幾何学的な観点から得られる不等式と可換環論における次数付きベッチ数と呼ばれる代数的不変量の間に相関関係があることを発見し、多様体の三角形分割のtight性に関するKuhnelとLutzの予想を部分的に解決した。これらの結果は、組合せ論的な不変量や性質に対し、可換環論を用いた新しい研究手法を考案したものであり、今後の凸多面体や多様体の三角形分割の研究に大きく役立つ事が期待される。平成27年度には、オスナブリュク大学のMartina Juhnke-Kubitzkeとの共同研究において、balanced一般下限予想と呼ばれる凸多面体の面の個数に関する予想を解決した。この結果は凸多面体の面の個数に関する重要な予想の一つを解決したものである。また、ワシントン大学のIsabella Novikとの共同研究において、相対単体的複体のスタンレー・ライスナー加群を用いることにより、境界を持つ多様体の三角形分割の面の個数に関する新しい不等式を発見した。

境界をもつ多様体の三角形分割の面の個数の研究は、今まであまり進展が無かった研究分野であり、今回考案したスタンレー・ライスナー加群を用いた研究手法は今後の研究に大きく貢献するものと期待される。本研究では、数学の組合せ論の分野において重要な研究対象である凸多面体やセル複体の面の個数に関する研究を行った。主要な研究成果は以下の二つである。(1)凸多面体の持つ重要な組合せ論的不変量であるcd指数を、代数学を用いて研究する手法を新たに開発し、この手法を応用してcd指数に関する新しい不等式を発見した。(2)モース不等式と呼ばれる幾何学的観点から得られる不等式と次数付きベッチ数と呼ばれる可換環論においてよく研究されている不変量を組合せることで、多様体の三角形分割の面の個数に関する新しい不等式を証明することに成功した。多様体の三角形分割を調べる為の新しい研究手法を発見し、それを用いて球面の直積の三角形分割に関する未解決予想を部分的に解決する事に成功し、研究は順調に進展している。可換環論今後は球面の直積の三角形分割の面の個数の上限に関する研究を進める。平成26度後半からサイクルと球面の直積の三角形分割の面の個数の具体的な計算を進めており、この場合にどのような値が上限となるかの予想を既に立てている。この予想を解決する事を目標として研究を進める。今年度の研究目標であったcd指数を可換環論を用いて調べる研究手法の開発に成功し、研究は計画通りに進行している。本研究の主要なテーマは、凸多面体のcd指数の研究とサイクルとn次元球面の直積の三角形分割のf-列の研究である。平成25年度の研究において、cd指数に研究には一定の成果を得ており、今後は主にサイクルとn次元球面の直積の三角形分割のf-列の研究に力を入れて取り組む。特に、サイクルとn次元球面の直積の三角形分割のf-列の上限に関する研究を進め、f-列の厳密な上限を求めることを当面の目標として研究を進める。
半導体ナノ構造とフォトニック結晶マイクロ共振器の分光研究

本研究は液滴エピタキシー法で作製するGaAs量子ドットなどの半導体ナノ構造について,(1)ナノ構造の形状の異方性による電子準位の分裂と偏光特性の詳細な評価,(2)ファブリペロー共振器を用いたスペクトル幅の精密測定による位相緩和過程の解析,(3)ファブリペロー共振器と光子相関測定の併用による励起子準位のスペクトル拡散の直接測定,および,(4)フォトニック結晶マイクロ共振器を利用した単一ドット共鳴SHG(第2高調波発生)の実現,を目的とする。平成22年度には,液滴エピタキシー法で作製したGaAs量子ドットを対象に,偏光による励起子準位の分裂(微細構造分裂)を詳細に評価した。これまでの(1,0,0)面に代えて,AlGaAs(1,1,1)A基板面上に形成したGaAs量子ドットは面内の対称性が特に高く,ドットサイズに依らず,20μeVという極めて小さな微細構造分裂を示すことが判明した。スペクトル幅については,昨年自作したファブリペロー干渉計による高分解能測定で4μeVの値が得られた。この値は,自己成長量子ドットの中でも最高値と言うことができ,結晶品質の高さを裏付けるものである。励起子準位のスペクトル拡散については,ファブリペロー干渉計と光子相関計測装置を組み合わせた測定から,特性時間が数百ナノ秒と見積もられた。さらに,励起子分子とトリオンの結合エネルギーのドットサイズ依存性を詳細に測定し,量子モンテカルロ法による理論値とよく整合する結果を得た。液滴エピタキシー法による格子整合系量子ドットでは内部歪みによるピエゾ電場が無く,結合エネルギーのドットサイズ依存性などの測定が可能であることから,少数多体系の電子相関の研究に格好の試料であることが今回の測定から明らかになった。平成21年度には,自作した共焦点顕微鏡と分光器を用いた顕微フォトルミネッセンス測定により,GaAs量子ドットの励起子発光エネルギーに20270μeVの偏光依存性を観測した。原子間力顕微鏡による試料形状の測定結果との比較から,発光エネルギーの分裂幅と構造異方性の間に明瞭な相関関係を見出した。また,ファブリペロー共振器を用いたスペクトル形状の精密測定装置を自作して,スペクトル拡散による発光スペクトルの時間変化の観測に適用できる,十分な分解能と安定性を確認した。さらに,単一ドットSHGを目指して,時間領域差分法による数値計算を行って,赤外域に共振波長をもつスラブ型フォトニック結晶共振器を設計した。この結果に基づいて,スラブ型フォトニック結晶の作製で必要な犠牲層とGaAs量子ドットとを含む薄膜試料を液滴エピタキシー法により作製し,励起子のエネルギー準位と共振周波数の設計値が互いに整合していることをフォトルミネッセンス測定で確認した。
南化本「史記」の総合的研究

本年度は、各研究班に共通する『史記正義』インデックス(「本記」「列伝」「書」「表」)の作成に力を注ぎ、学際的なインデックスをつくりあげた。なお、この『史記正義』インデックスは、中国では亡佚し、日本にのみ存在していた『史記正義』佚文史料も収録してある。但し当該史料は瀧川亀太郎著『史記会注考証』や水沢利忠著『史記会注考証校補』の引用だけではなく、小沢賢二が新たに収録したものもあり、また佚文伝存の推定系統図も収めている。インデックス作成が各々の研究領域に与える影響は頗る大きい。本年度の研究実績の第二は、斉藤国治、小沢賢二両名による『史記』への古天文学アプロ-チである。この研究は『史記』に見られる天文史料を天文計算と文献分析によって検証したものである。この研究によって、両名は戦国時代に於ける泰国年表のズレを糺し、古今の難問であった泰暦歳首を氷解させるに到ったが、諸問題解決に南化本『史記』上の欄外書き入れ等の佚文史料も用いてある。南化本『史記』上の書き入れが、文献学的研究領域と天文学(自然科学)的研究領域領域での接点となり、古代中国に於ける暦変遷と戦国年代の年表訂正とに少なからぬ影響を与えている。『史記』は、それ自体の文体が曖昧であるため解釈は難解を極めている。『史記』の三家注の一つである『史記正義』注のインデックス作成は、『史記』解釈に於ける各分野の共通の資料として、大いに活用されるものと解され、また『史記』の古天文学的アプロ-チも『史記』の誤謬をただす研究方法の確立に道を開いたといえる。(1)研究分担者にとって、史記インデックスの作成整備は作業推進上、円滑かつ無駄足を踏ませぬための指標となる。本年度は、コンピュータによる語彙入力を「世家」の分野で行ない、整理分類を果たした。ただ、史記は他に「本紀」、「書」、「表」、「列伝」の分野もあり、全分野の整理分類を了えなければ、実際上、功を奏さない。来年度に於いて、全分野の整理分類が完了し、各研究分担者にインデックスが行き渡ることにより各研究分野の作業が飛躍的に進むかと解する。(2)また南化本『史記』の書き入れから、戦国年代の洗い直しを行ない『史記』引用の天文資料とあわらて、戦国年代の秦表の是正と秦暦解明を行なった。すなわち、中国古代の秦始皇26年(222B.C.)から10月を歳首、9月を歳尾とする秦暦が全国に施行されたが、これよりも前に秦国では、ある時期に10月歳首、9月歳尾を行っていたことが、古天文学班(歴史担当班)によって明らかにされた。(3)なお一百三十巻本系の古鈔本『史記集解』で大江家国の手沢になる「孝文本紀」、「孝景本紀」、「呂后本紀」の三巻は、現在それぞれ所蔵者を違えているが、もともと一百三十巻存在したのでなく、当初から三巻しか存しなかったということを明らかにし、またその訓法も大江家のものではなくい大学寮の入試である寮試用の訓法であることを立証した。
SLA・CV・NLP融合研究としての手話指文字学習システムの開発

研究計画に従い,次のようなテーマを重点的に推進した.1.初学者を対象とした指文字の表出・読取実験:前年度までに構築した指文字の形状認識システムを活用し,43名の初学者が動きを伴わない指文字41字に対して表出と読取の試験を行い,形状的逸脱や指文字間の混同に関する情報を収集した.2.指文字間の表出・読取誤りと形状的類似性の分析:1で取得したデータは指文字間の混同行列として捉えることができる.このような混同の一部は,指文字間の形状的類似性と,いくつかの特徴が抜け落ちることも同時に起こることが主因であると予想された.そこで,1のデータから抜け落ちる特徴の傾向を得,それに基づいた形状的類似性を与える枠組みを与えた.その結果,初学者は掌の向き,手の向き,親指の情報がとくに抜けやすいこと,誤りを考慮した新たな指文字間の新たな形状的類似関係の提示,形状的類似性以外の誤りの原因(指文字学習時の順序と単位)を示唆した.3.習熟者を対象とした指文字の連続的表出・読取実験:今年度まで最も困難だった習熟者から指文字の連続的表出や読取に関するデータを取得した.読取では,親密度が高い10語,31字に対して,表出では手指形状が大きく変化する指文字の遷移をなるべく多く含み,なおかつ効率的にカバーするような13語を選定し,9名に対して実験を行った.最も懸念していた習熟者からのデータ取得は本課題の最も重要な要件の一つである.1のデータとの比較や,崩れ等に関するシステムによる計測は未達であるものの,人の目によって大雑把には分析観点を絞り込めている.申請書に記載した計画に従って推進する.昨年度の報告であげていた問題点の一つである,データ収集は一定の成果を上げつつあり,その分析を待つのみである.次年度は,そういったデータの分析や,今年度までの成果発表を進めていきたい.研究計画に従い,次のようなテーマを重点的に推進した.1.手話指文字の形状計測と認識の基盤構成:Leap MotionやRealSenseなどのデバイスを活用し,手指形状認識のための情報処理基盤を構成し,認識精度や収集時の問題点について検討した.2.指文字データの収集と基本的な分析:日本手話を念頭に,動きが伴わない指文字41字に対して,1のシステムの前で実際に被験者に指文字を形作ってもらい,形状データを収集した.その数は延べ29名101セットである.それらのデータに対して,多変量解析を適用し,各指文字を多次元尺度法で布置したり,クラスタリングするなどし,形状的な類似関係を明らかとした.3.指文字列の物理的変化を考慮した語選定:連続した指文字を発話する際に起こる手指形状のくずれに関するデータ収集実験のための語選定を行なった.2の分析結果も参照しつつ,物理的に大きな変化が起こりやすい文字列で,馴染みが深い語をコーパスでの出現頻度などを手がかりに優先順位を付した.どのテーマも試行錯誤の段階でもあるが,予定していたテーマを議論,検討し,次年度につながるデータ収集や決定ができた.なお,稚拙なことであるが,挑戦的研究の採否決定が通常の課題と異なり,年度早々ではなく年度途中であることを失念し,初年度の研究計画を策定していたため,いささか計画の見直しが必要となった.今後の応募の際には気をつけたい.研究計画に従い,次のようなテーマを重点的に推進した.1.初学者を対象とした指文字の表出・読取実験:前年度までに構築した指文字の形状認識システムを活用し,43名の初学者が動きを伴わない指文字41字に対して表出と読取の試験を行い,形状的逸脱や指文字間の混同に関する情報を収集した.2.指文字間の表出・読取誤りと形状的類似性の分析:1で取得したデータは指文字間の混同行列として捉えることができる.このような混同の一部は,指文字間の形状的類似性と,いくつかの特徴が抜け落ちることも同時に起こることが主因であると予想された.そこで,1のデータから抜け落ちる特徴の傾向を得,それに基づいた形状的類似性を与える枠組みを与えた.その結果,初学者は掌の向き,手の向き,親指の情報がとくに抜けやすいこと,誤りを考慮した新たな指文字間の新たな形状的類似関係の提示,形状的類似性以外の誤りの原因(指文字学習時の順序と単位)を示唆した.3.習熟者を対象とした指文字の連続的表出・読取実験:今年度まで最も困難だった習熟者から指文字の連続的表出や読取に関するデータを取得した.読取では,親密度が高い10語,31字に対して,表出では手指形状が大きく変化する指文字の遷移をなるべく多く含み,なおかつ効率的にカバーするような13語を選定し,9名に対して実験を行った.最も懸念していた習熟者からのデータ取得は本課題の最も重要な要件の一つである.1のデータとの比較や,崩れ等に関するシステムによる計測は未達であるものの,人の目によって大雑把には分析観点を絞り込めている.基本的には,申請書に記載した計画に従って推進する.なお,初年度を終え,明らかとなった問題は以下の2点で,次年度以降の検討事項である.予想はしていたものの,データ収集における被験者による方法は,それなりに時間と手間を要する.もう一点は,成果発表の場(分野)である.申請書に記載した計画に従って推進する.昨年度の報告であげていた問題点の一つである,データ収集は一定の成果を上げつつあり,その分析を待つのみである.

次年度は,そういったデータの分析や,今年度までの成果発表を進めていきたい.本課題採択前の準備状況が予想以上に進んでいたことが理由である.次年度,被験者実験や成果発表に充当する.被験者実験において想定していたほど謝金が求められなかったこと,実験の性質上,対象となる被験者数が限られていたことによる.次年度の被験者実験や成果発表に充当する.
ヒトiPS細胞由来脊髄原基を用いた二分脊椎発症リスク評価系の開発

脊髄の形態異常である二分脊椎は新生児に比較的高頻度(0.06%)に生じる。この病気は妊娠初期に発症すると考えられるが、この時期のヒト胎児を調べる方法は限られているため、二分脊椎発症に関する細胞の動態や危険因子の作用など、はっきり分からないことが多くある。本研究では、研究代表者が以前に開発した方法をヒトiPS細胞に適用し、ヒト脊髄の組織形態が形成される過程を試験管内で再現する。さらに、このヒト脊髄組織に処理を加え、環境や遺伝的要因がどのように二分脊椎発症に関係するか調べる。本研究のゴールはヒトの二分脊椎発症過程を明らかにし、その予防法を開発することである。
立体構造を基にしたヌクレオチド除去修復機構の解析及び転写との共役機構の解析

これまでにUvrB単独での立体構造解析を行い、ATPaseの活性測定からUvrAとUvrBは高い親和性があることが分かっていた。そこで、UvrA,UvrB,ATP,Mg存在下で複合体としての結晶化のスクリーニングを行い、微結晶を得た。UvrCについては全長での発現・精製方法を確立し、結晶化のスクリーニングを行ったが、良好な結晶が得られなかった。そこで、UvrCのプロテアーゼによる限定分解を行った。その結果を基に、いくつかのドメインに分割したUvrCフラグメントの発現プラスミドを作製し、その発現系を確立した。TRCFについては斜方晶系の結晶が得られ、SPring-8での回折パターンの測定により格子定数がa=76.63Å,b=141.45Å,c=310.03Å,α=β=γ=90°であることが分かった。V_mの値から非対称単位中含まれるTRCFは24分子ある。UVによる傷害がどの様に遺伝子の転写に影響を与えるかを調べるために、高度好熱菌野生株およびuvrC破壊株にUVを照射し、照射前後での発現パターンの変化をDNA chipを用いて解析した。その結果、これまでに機能が知られていないconserved hypothetical proteinのいくつかがUVによって発現誘導されることが分かった。ヌクレオチド除去修復において傷害認識に関わるUvrAタンパク質は単独では結晶化しづらく、UvrBタンパク質と高い親和性で複合体を作ることが分かっているので、UvrAB複合体での結晶化スクリーニングを行った。現時点までに回折データの取得には至っていないが微結晶らしきものが得られた。傷害の両側のDNA鎖を切断するヌクレアーゼであるUvrCタンパク質について、Thermus thermophilus HB8由来のUvrCではタンパク質中に鉄分子が含まれることがICPにより明らかになった。さらに、鉄イオン存在化でUvrCの活性が上昇することが分かった。X線結晶構造解析により鉄結合部位や酵素活性部位などを明らかにするために、UvrCをいくつかのドメインに分割し、ドメインの発現プラスミドの設計を行った。TRCFについて斜方晶系の結晶が得られ、SPring-8での回折パターンの測定により格子定数がa=76.63 Å,b=141.45Å,c=310.03 Å,α=β=γ=90°であることが分かった。V_mの値から非対称単位中含まれるTRCFは24分子あると推定できる。ヌクレオチド除去修復はUV照射などによって生じるピリミジンダイマーを修復の対象とする。UV照射によってヌクレオチド除去修復に関連する遺伝子を含め、T.thermophilus HB8の全遺伝子がどのような転写制御を受けるかを調べるために、DNAchipを用いてUV照射有りと無しの条件で遺伝子発現量の比較を行った。
電気化学反応の高速可視化装置とリチウム電池層間反応への応用

本研究課題では、世界に先駆け、電気化学および界面化学に衝撃を与える成果を出した。研究代表者自身が発明・開発した電気化学STM/AFMの装置の登場によって電極表面の原子構造、吸着構造の可視化することになったが、電極表面の面内観察領域は最大数ミクロンと狭く電極反応のダイナミクスをリアルタイムでの追跡は非常に困難であった。研究代表者は、本研究課題により、電気化学的な環境下において原子段差を直接観測できる特殊微分干渉顕微鏡の開発・改良を行い、重要な反応の可視化に初めて成功した。本研究開発は、これまでのSTM、AFM、ラマン分光法等の手法の問題点を克服する新たな手法を開発し、リチウム電池の層間反応等の電極反応を原子レベルでしかもリアルタイムで可視化し、反応の動的過程を解明し、従来の性能を凌駕する高性能な蓄電デバイスへと繋げる研究開発である。本年度は研究代表者が開発に成功した原子ステップ解像力を有するレーザー共焦点微分干渉顕微鏡(LCM-DIM)は、当該研究課題に対し、層状物質におけるステップでの反応に関する重要な情報を提供すると確信するに至っている。本年度は、金単結晶電極の溶解・析出過程をレーザー共焦点微分干渉顕微鏡にて高分解能である原子層レベルでしかもリアルタイムで追跡することに成功している。これまで、原子層レベルでのリアルタイム追跡は不可能とされてきたが、レーザー共焦点微分干渉顕微鏡を用いることで初めて可能となった。本成果は、米国電気化学会誌に掲載されている。さらに本年度は、酸性溶液中における白金電極の溶解析出に関する驚くべき知見を得るに至っており、固体高分子形燃料電池の触媒微粒子劣化に関する白金の溶解・析出の研究開発に関連する重要な反応解析に一石を投じるに至っている。このレーザー共焦点微分干渉顕微鏡による白金の溶解・析出に関する研究開発は、平成27年度も研究を継続し、電極触媒としての白金の触媒能と触媒の劣化過程の解明へと繋がる学術的に重要な課題であり、燃料電池の普及に向けた固体高分子形燃料電池の長寿命化へと橋渡しをする重要なテーマであると認識している。本研究課題は、これまでのSTM、AFM、ラマン分光法等の手法の問題点を克服する新たな手法を開発し、Li電池の層間反応等の電極反応を原子レベルでしかもリアルタイムで2次元的に可視化し、反応の動的過程を解明し、従来の性能を凌駕する革新的な蓄電デバイスの構築へと繋げる提案である。層間反応におけるキーとなる反応は、固体と液体の界面における界面反応であるが、この界面反応について重点的に反応解析を行っている。特に、白金電極界面の反応は、電池電極反応における基幹となる反応であり、その原子・分子レベルでの反応解析は、電池特性に直接的に影響を及ぼす反応である。本年度は、この単結晶白金電極における電極反応について、LCMーDIMによる原子・分子レベルでの解析を行っている。超平坦な単結晶白金電極に関する大きな知見を得るに至っている。この知見は、原子レベルでしかもリアルタイムで2次元的にメッキ、腐食、電池反応等における電極反応の動的過程を可視化し、電気化学化学デバイスや電気化学反応を用いて作製した薄膜等の高性能化に大きく寄与すると考えている。これまでの研究成果により、LCMーDIM像には、電極界面における電極反応による反応物質の単原子層が映し出されていることを確認することができている。この新たな手法の特徴を生かし、Li電池等の電気化学反応のダイナミックスを解明するものである。次年度以降、LCMーDIMによるリアルタイム解析を深化し、更なる展開を生み出す。本研究課題では、科研費(基盤B「原子レベルでの電気化学反応の高速可視化装置とリチウム電池層間反応への応用」、課題番号:25286011、研究期間:平成2527年)により、世界に先駆け、電気化学および界面化学に衝撃を与える成果を出した。研究代表者自身が発明・開発した電気化学STM/AFMの装置の登場によって電極表面の原子構造、吸着分子の構造を可視化することができるようになったが、電極表面の面内観察領域は、最大数ミクロン程度と狭く、可視化速度も遅く、電極反応のダイナミックスをリアルタイムでの追跡は非常に困難であった。研究代表者は、基盤Bの研究によって電気化学的な環境下において、原子段差を直接観測できる特殊微分干渉顕微鏡(LCM-DIM)の開発・改良を行い、重要な反応の可視化に世界に初めて成功した。金のめっき過程あるいはLi電池等のインターカレーション反応ダイナミックスを単原子層のレベルで、しかも、実時間で観測することに成功した。これまでのSTM、AFM、ラマン分光法等の手法の問題点を克服する新たな革新的手法(LCM-DIM)を世界で初めて開発した。めっき、電池反応等に応用し、めっきの素過程、あるいは、Li電池の層間反応等の電極反応を原子レベルで、しかも、リアルタイムで2次元的に可視化に成功し、反応の動的過程を解明し、従来の性能を凌駕する超高性能な電気化学反応プロセスを構築することが可能であることを実証した。

27年度が最終年度であるため、記入しない。電気化学27年度は、LCMーDIMによる、グラファイト、硫化モリブデン等の層間化合物における層間反応のダイナミックスを重点的に解明する。これまでの予備的研究により、LCMーDIM像には層間物質の単原子層が映し出されていることを確認することができている。この新たな手法の特徴を生かし、リチウム電池等の電気化学反応のダイナミックスを解明するものである。レーザー共焦点微分干渉顕微鏡(LCM-DIM)の機能をフルに生かした原子層レベルでしかもリアルタイムで追跡することに成功している上、平成27年度に向けた研究開発に大きな指針を与えることが出来ている。本年度は、現有の物品、消耗品にて研究を遂行したため、次年度使用額生じている。レーザー共焦点微分干渉顕微鏡(LCM-DIM)を用いた単結晶電極反応を逐次追跡に大きな目途がついている。今後は、酸性環境下における白金の溶解・析出に関する反応機構の解明に注力し、燃料電池の普及に向けた固体高分子形燃料電池の長寿命化へと橋渡しをする。昨年度使用予定であった物品の購入と不足している消耗品を補う必要があるため、その費用に充当する。本研究開発課題の遂行において、現有の試薬、実験材料、実験装置等の消耗品を効率的に使用したことに伴い未使用額が発生した。平成26年度に平成25年度に購入予定であった試薬、実験装置等の消耗品を購入する。よって平成26年度請求額と平成25年度使用額とを併せて研究遂行に使用する予定である。
受動要素で構成される安全な下肢ウェアラブルリハビリシステムの開発

本研究では,高齢者や脊髄損傷患者等の脚に重度の運動疾患を抱える患者が,可能な限り自分の力で日常生活を送ることができるように補助する,受動要素のみから構成される下肢リハビリ支援システムの開発を行った.まず,バネの復元力のみを用いて任意の姿勢で患者の体重を支えることのできる下肢装着型自重補償装置の開発と腰部に目標のスティッフネス特性を生成することで立位姿勢を安定化する立位姿勢補助装置の開発を行い,さらに弾性体にゴムを用いた軽量・薄型の自重補償機構を開発することで,自重補償付き歩行支援装置の開発および小さな力で任意に座高を調整することが可能な自重補償機構付き車椅子の開発を行った.本研究では,高齢者や脊髄損傷患者等の脚に重度の運動疾患を抱える患者が,可能な限り自分の力で日常生活を送ることができるように補助する,受動要素のみから構成される下肢リハビリ支援システムの開発を行った.まず,バネの復元力のみを用いて任意の姿勢で患者の体重を支えることのできる下肢装着型自重補償装置の開発と腰部に目標のスティッフネス特性を生成することで立位姿勢を安定化する立位姿勢補助装置の開発を行い,さらに弾性体にゴムを用いた軽量・薄型の自重補償機構を開発することで,自重補償付き歩行支援装置の開発および小さな力で任意に座高を調整することが可能な自重補償機構付き車椅子の開発を行った.本年度前半では体側面に取り付け可能な自重補償機構の製作を行った.開発した装置では装置の軽量化・高剛性化を図ることにより,患者の体重の内の1kg相当を任意の姿勢に対して正確に補償することができる.また,動力伝達機構の高精度化と装置の一体成形加工により,従来の自重補償機構の最大の問題点であった摩擦も大幅に減少させることができ,物理的な限界の90%程度の大きさの可動域で正確な自重補償が可能にかった.しかし,一方で,たとえば10kg以上の体重を支えることを考えると,自重を支えるのに必要なバネが太くなることによって生じる初張力の増大や,動力伝達部にかかる負荷の増大に伴うベアリングの静摩擦の増大により,正確な自重補償を行うことが原理的に不可能であることも明らかになった.また,患者の体重は人ごとに異なるため,福祉の現場に本装置を導入する際には補償重量を容易に変更することが可能であることが求められるが,現行の自重補償機構では変速機を用いてばね定数を仮想的に変更するしかなく,装置を大きくかつ重たくしてしまうという問題があることも明らかになった.そこで,本年度後半では補償することのできる重量が可変で,さらに重量物の自重を正確に補償することができ,剛性が高く,低摩擦な自重補償装置の開発を行った.具体的には,生体の筋における「サイズの原理」を応用した,多段型の自重補償装置の開発を行った.本装置では,ばね定数の異なるバネを直列につなぎ,バネ定数の小さいバネから順に伸ばしていく機構を付加することにより,大変形が可能で,初張力が小さく,ばね定数の大きい理想的な線型バネを仮想的に構成することで,補償重量が大きく,コンパクトな自重補償機構を実現している.本機構の有効性を確認するためパンタグラフ型の試験機を製作し,2段構造のもので,約10kgの自重を正確に補償することができることを確認した.本研究では,高齢者や脊髄損傷患者等の脚に障害を抱えている人のQOLを高めることを目標とし,誰でも簡単に下肢に装着して使用することのできるモータレスな下肢リハビリ支援システムの開発を行った.従来の下肢リハビリテーション装置では動力源としてモータを使用したものが多く,機械の誤動作により人に危害を与える危険性がある,装置自体が重く,自分一人で装着することが困難,長期間の使用が不可能,水洗いができない,高価である等の問題があり,下肢リハビリ支援装置としては十分なものではなかった.そこでこれらの問題を解消するため,本研究ではばねなどの受動的な機械素子のみから構成され,場所を問わずに長時間装着したまま使用することのでき,しかもそのまま水洗いができる下肢リハビリ支援装置を開発することを目指した.本研究ではまず,重力補償装置の出力を倍増する装置の開発を行い,人の体重を支えることのできる重力補償装置を構築するとともに,ばねの復元力を用いてメカニカルにスティッフネス制御を行うことで立位姿勢を安定に維持することを補助する立位姿勢補助装置を構成した.そしてこれらを組み合わせることで下肢に重篤な運動能力疾患を有する患者でも,長時間にわたる下肢のリハビリトレーニングを楽に行うことができる下肢リハビリ装置を構築した.ただし本装置は装置自体が大きく,重たいという欠点があった.そこで次に,弾性体にゴムを用いたシンプルな構造の自重補償機構を新たに考案し,これを導入することで総重量が4kgの極めて軽量かつコンパクトな下肢装着型リハビリ支援装置を開発した.本装置は小型でありながら,最大で体重70kgを任意の姿勢で支えることができる.本装置の有効性を調べるために被検者5名による官能試験を行い,機械を装着しているという違和感を受けずに,楽に立ち上がり・屈伸・歩行を行うことができるようになるとの高評価をこれまでに得ている.
紫青緑可視短波長II-VI光磁性半導体薄膜の開発

II-VI族で広いバンド幅を持つ磁性半導体は、緑色また青色半導体レーザへ光素子としての応用可能性を持つ。研究の主な対象とするZnMnTeとZnMnSeは、光吸収端がそれぞれ428-544nm、428-458nmである。結晶性では、ZnMnTeとZnMnSeにおいて、CdMnTeで最も優勢に観測される<111>成長が同様に観測された。本研究では、主に石英ガラス上に2.mの厚さに堆積させたそれらの膜のファラデー回転(光磁気特性)を研究し、532nmの緑色半導体レーザにその特性が適合することを明らかにした。また交流磁界下のファラデー回転を観測し、光磁気センサ応用の可能性を示した。作成したII-VI族ベースのMn系磁性半導体膜の設計指針に基づいて、光吸収端波長が405nmの紫色半導体レーザ(紫色LD)まで対応できる膜を開発することを目的とする。ファラデー回転の強化は基本的に、Mn^<2+>イオンの3d電子とバンド電子とのsp-d交換相互作用による励起子準位の大きなゼーマン効果によるので、A^<II>B^<VI>用KセルとMnB^<VI>用Kセルの蒸発温度を種々試しながら、高いMn含有の膜を作成し、ファラデー回転特性を向上させることを目指した。ZnMnTeとZnMnSeの透過率(透明度)とファラデー回転の波長依存性を(スペクトル)検討してきたが、両者のそれら特性は明確に波長域が異なり、ZnMnTe膜は緑色LDに良く合うことを見出した。また、擬四元のZnMnCoTeを作成し、ファラデー回転特性の強化向上を試みているがまだMnの含有率が低く、CdMnCoTeで確認済みのMnとCoの相乗効果による特性向上がZnMnCoTeでは確認できていない状況である。ZnMnSeについては、青色LDに波長が整合するよう調整できる可能性を持っていることが分かったので、さらに利用可能波長域の検討(スペクトルの検討)を進める。なお、2010年度はZnMnTeあるいはZnMnCoTeの超格子膜を作成し、かねてより強い興味のあるフォトルミネッセンス効果とその磁界依存性(磁界による制御性)を調べ、新しい磁気光センサの可能性をあわせて検討したい。II-VI族ベースのMn系磁性半導体膜の設計指針に基づいて、可視短波長領域に対応できる光磁性膜を開発することを目的とする。ZnMnTeとZnMnSeの透過率(透明度)とファラデー回転の波長依存性を検討してきたが、両者の特性は明確に波長域(スペクトル)が異なり、ZnMnTe膜は緑色LDに良く合うことを見出した。また、擬四元のZnMnCoTeを作成し、ファラデー回転特性の強化向上を試みた。しかし、CdMnCoTeで確認済みのMnとCoの相乗効果による特性向上が、ZnMnCoTeでは確認できていない。ZnMnSeは、青色LDに波長が整合する可能性を持っていることが分かったので、さらに利用可能波長域の検討進めたい。なお昨年度に引き続いて、2011年度も、ZnMnTeあるいはZnMnCoTeの超格子膜の作成、またかねてより強い興味のあるフォトルミネッセンス効果とその磁界依存性(磁界による制御性)を調べ、新しい磁気光センサの可能性を検討したい。すなわち、量子効果を実験的にさらに検討し、高性能の素子開発に繋げる研究を引き続き実施する。Zn_<1-x>Mn_xTeについて、その超格子膜を作成してそのフォトルミネッセンス効果を評価し、ルミネッセンス効果を利用する、新方式の光磁気センサについて、その実現可能性の検討を続ける。

本研究の目的は、Zn_<1-x>Mn_xSeあるいは禁制帯幅がZn_<1-x>Mn_xSeとZn_<1-x>Mn_xSの間に位置する(Zn_<1-x>Mn_x)_<0.5>(Se_<1-y>S_y)_<0.5>5について、青色475nmに対する膜の光磁気特性の有効性を確認しつつ、新しい組成を含むそれらの磁性半導体膜開発を進め、これまでわれわれが蓄積した緑青色波長域でのII-VI族磁性半導体膜の研究成果を活用し、光波長を短波長側に広げた利用可能域及び量子効果の検討から、高性能素子の開発に繋げる研究を実施すること、またさらにZn_<1-x>Mn_xTeについて超格子膜を作成してフォトルミネッセンス効果を検討し、フォトルミネッセンス効果を利用する新方式の光磁気センサの実現可能性を探ることにある。最終年度の23年度の研究では主に研究の総括を行うが、実施事項として次のことを掲げた。(1)高周波磁界パルス用光磁気センサ開発総括、(2)青色紫色短波長用超格子膜の作成と量子効果研究の総括、(3)フォトルミネッセンス効果形新方式光磁気センサ開発の検討、(4)研究成果発表、(5)当年度の総括。その結果、(1)と(2)の高周波磁界パルス用光磁気センサ開発及び青色短波長用膜の作成・検討考察は実施をほぼ終えて、実現可能性に関する実験データを蓄積することが出来た。しかし、上述のZnMnSe膜とZnMnS膜の作成の際に用いたMnSe、MnS化合物がクヌーセン・セルを用いた場合に、昇華温度の低いSeやSが成長室内に大量に昇華(Se)または飛散(S)し、イオンポンプや電源を損傷するなどの事故が起こったため、原因究明とその修理のため長期にわたり実験を休むことになった。現在MBE装置は故障から回復しつつある。また、実験計画を検討し準備を進めてきたZn_<1-x>Mn_xTe超格子膜のフォトルミネッセンス効果の研究は、膜作成とPL測定装置について、現在具体的に進みつつある。
超音速内部流れにおける衝激波と乱流境界層の非定常干渉現象の解明と制御

管路やダクト、インテーク内で超音速流が亜音速流に減速する際に発生する衝撃波は、壁面境界層と干渉し、いわゆる擬似衝撃波(pseudo-shockwave)となる。この擬似衝撃波現象に関する研究は、次世代型極超音速空気吸込み式エンジンのインテークや分離部(isolator)、各種高圧ガス配管系内の超音速流れ現象の解明と制御に関連し、重要である。本研究で、次のような研究成果を挙げた。(1)マッハ2およびマッハ4擬似衝撃波を、正方形ダクト(断面積80×80mm2、長さ1,500mm)の上流、中流、および下流に発生させ、擬似衝撃波の振動の様相を高速度デジタルビデオカメラで捉え、観察するとともに、スペクトル解析を行い、マッハ2およびマッハ4の擬似衝撃波の振動特性を明らかにした。また、ダクト壁面に設置した高周波数応答小型圧力変換器により、擬似衝撃波の振動に伴う壁面圧力変動特性を明らかにした。(2)マッハ2およびマッハ4擬似衝撃波内の壁面せん断応力分布を、せん断応力感応液晶と試作したせん断応力センサーを用い、定性的および定量的に明らかにした。具体的には、正方形ダクトの側壁面と上壁面に働くせん断応力分布測定により、マッハ2擬似衝撃波内のはく離をしていない領域内では0約180kPaのせん断応力が働くこと、はく離領域内では、壁面近くで逆流が生じていること、逆流領域内では-60kPa程度のせん断応力が存在していることなどを、明らかにした。(3)マッハ2およびマッハ4擬似衝撃波の形成過程を、高速度デジタルビデオ写真観察とダクト壁面変動圧力測定により調べた。その結果、マッハ4の擬似衝撃波の非対称流れ構造は、ノズルスロート近傍下流部で、超音速風洞の始動時に形成さることなどを、明らかにした。管路やダクト、インテーク内で超音速流が亜音速流に減速する際に発生する衝撃波は、壁面境界層と干渉し、いわゆる擬似衝撃波(pseudo-shock wave)となる。本研究の目的は、擬似衝撃波内のはく離現象、高マッハ数流れの場合の非対称流れ現象、擬似衝撃波の振動現象の解明を、実験的および数値解析的に行うことである。研究の初年度である平成16年度においては、次のような研究成果を挙げた。まず、本科学研究費補助金で、デジタルハイスピードカメラ(2000コマ/秒)を導入し、正方形ダクト内に発生させたマッハ2および4擬似衝撃波の振動現象の予備的観察を行った。次に、せん断力感応液晶を用い、擬似衝撃波内の壁面せん断応力分布の定性的な観測を行うと共に、擬似衝撃波内の壁面圧力変動特性を明らかにした。具体的には、以下の諸点を明らかにした。(1)マッハ2および4擬似衝撃波を正方形ダクトの上流、中流、下流に発生させ、マッハ4擬似衝撃波の構造を、シュリーレン写真観察により、明らかにした。また、ハイスピードカメラでマッハ4擬似衝撃波の振動現象の様相を捉えた。(2)マッハ4擬似衝撃波が発生している正方形ダクト内の側壁、及び上・下壁面に働くせん断応力分布を、せん断力感応液晶により可視化し、明らかにした。(3)マッハ2および4擬似衝撃波の振動に伴うダクト壁面圧力変動を、圧力変換器で捉え、その特性を明らかにした。

管路やダクト、インテーク内で超音速流が亜音速流に減速する際に発生する衝撃波は、壁面境界層と干渉し、いわゆる擬似衝撃波(pseudo-shock wave)となる。この擬似衝撃波現象に関する研究は、次世代型極超音速空気吸込み式エンジンのインテークや分離部(isolator)、各種高圧ガス配管系内の超音速流れ現象の解明と制御に関連し、重要である。本研究の目的は、擬似衝撃波内のはく離現象、高マッハ数流れの場合の非対称流れ現象、擬似衝撃波の振動現象の解明を、実験的および数値解析的に行うことである。研究の2年目である平成17年度においては、次のような研究成果を挙げた。(1)マッハ4擬似衝撃波を正方形断面を持つダクト内の上流、中流、下流に発生させ、擬似衝撃波の振動現象を、シュリーレン光学系と本科研費補助金で導入したハイスピードデジタルビデオカメラで捉え、高速度写真より得た擬似衝撃波の振動波形をスペクトル解析し、マッハ4擬似衝撃波の振動特性を明らかにした。具体的には、マッハ4擬似衝撃波は管径の1倍程度の振幅を持ち流れ方向に振動すること、マッハ4擬似衝撃波の振動は200Hz以下の周波数成分を持ち振動することなどを明らかにした。(2)上記のマッハ4擬似衝撃波の高速度シュリーレン写真観察と同時に、ダクト壁面に圧力変換器を多数(5個)埋め込み、多点壁面圧力変動測定を行い、スペクトル解析を行い、擬似衝撃波を構成する各衝撃波の振動と壁面圧力変動の関連を明らかにした。(3)マッハ4擬似衝撃波内の壁面せん断応力分布を、せん断応力感応液晶を用い調べ、定性的に明らかにした。また、せん断応力センサーを試作し、マッハ4擬似衝撃波領域内の壁面せん断応力の定量的測定に成功した。最終年度である平成18年度においては、次のような研究成果を挙げた。(1)マッハ2およびマッハ4擬似衝撃波を、正方形ダクト(断面積80x80mm^2、長さ1,500mm)の上流、中流、および下流に発生させ、擬似衝撃波の振動の様相を高速度デジタルビデオカメラで捉え、観察するとともに、スペクトル解析を行い、マッハ2およびマッハ4の擬似衝撃波の振動特性を明らかにした。また、ダクト壁面に設置した高周波数応答小型圧力変換器により、擬似衝撃波の振動に伴う壁面圧力変動特性を明らかにした。(2)マッハ2擬似衝撃波内の壁面せん断応力分布を、せん断応力感応液晶を用い定性的に明らかにした後、試作したせん断応力センサーを用い定量的に明らかにした。具体的には、正方形ダクトの側壁面と上壁面に働くせん断応力分布測定により、マッハ2擬似衝撃波内のはく離をしていない領域内では0約180kPaのせん断応力が働くこと、はく離領域内では、壁面近くで逆流が生じていること、逆流領域内では-60kPa程度のせん断応力が存在することなどを、明らかにした。(3)マッハ2およびマッハ4擬似衝撃波の形成過程を、高速度デジタルビデオ写真観察とダクト壁面変動圧力測定により調べた。その結果、マッハ4の擬似衝撃波の非対称流れ構造は、ノズルスロート近傍下流部で、超音速風洞の始動時に形成されることなどを、明らかにした。
レーザーアブレイション法による硬質磁性非晶質合金膜の作製と特性

レーザーアブレーション法により、最大50μm厚さまでのNd-Fe基薄膜を作製した。試料表面は、滑らかな平滑面と共に、異常成長したと考えられる液滴状粒子が観察された。この液滴粒子はFe基薄膜では観察されず、希土類基薄膜特有の現象と考えられる。Nd基薄膜の試料のX線回折図形は非晶質に起因するブロードなハローパターンとα-Nd結晶ビークの混相となった。α-Ndの結晶ビークは、薄膜表面の異常成長粒子の除去に伴い消滅した。VSMにより磁気測定を行った結果、例えば、25μm厚さのNd-Fe合金は、0.11Tの飽和磁化、13.5kA/mの保磁力を示し、同じ試料厚さのリボン状試料の値と比較して、保磁力の値が増加する特徴を有している。また、298Kで作製した薄膜は、Nd-Fe二元系および高Nd濃度Nd-Fe-B薄膜では非晶質と結晶相の混相が得られ、それ以外の薄膜では非晶質相が得られた。これらの合金は、保磁力が最大で2kA/mの軟磁性を示した。加熱条件で薄膜を作製した場合、硬質磁性がNd-Fe二元系および高Nd濃度Nd-Fe-B薄膜で発現したが、それ以外の合金では認められなかった。この中で、873Kで作製した高Nd濃度Nd-Fe-B薄膜は保磁力の急激な増加を示し、その試料は1.256MA/mまでの印荷磁場で飽和しない。この保磁力の増加は、アーク溶解法で作製した合金が室温で保磁力300kA/mの硬質磁性を示した後、熱処理により同様の更なる保磁力の増加が生じる現象と異なっている。この差異は、気相蒸着による急冷効果により、薄膜試料に構造的緩和が生じていないことが、室温で作製した薄膜の軟磁性の発現に寄与しているためと考えられる。本研究により、レーザーアブレイション法により作製した合金薄膜は、非晶質単相では硬質磁性を示さず、ナノ結晶化と非晶質の混相状態で硬質磁性を示すことが明らかになった。我々は、最近、広い非晶質形成組成範囲と大きな非晶質形成能を示すNd-Fe-Al非晶質合金に着目し、その硬質磁性発現機構を検討してきた。その結果、液体急冷法、銅鋳型鋳造法、アーク溶解法の3種類で作製した本合金が、それらの試料厚さに応じて、軟磁性から硬質磁性へ変化する現象を確認した。そこで、本研究では、蒸着法の一つであるレーザーアブレーション法により、Nd-Fe-Al薄膜を作製し、その非晶質生成の可否、試料厚さと磁性の関係を明らかにすることを目的として研究を行った。その結果、本年度では、50μm厚さまでの薄膜試料を作製しに成功した。試料表面は、滑らかな平滑面から成り、X線回折図形はアモルファスに起因するブロードなハロ-パターンが観察された。VSMにより磁気測定を行った結果、例えば、25μm厚さのNd_<60>Fe_<30>Al_<10>

合金は、0.11Tの飽和磁化、13.5kA/mの保磁力を示し、同じ試料厚さのリボン状試料の値(0.12T、1.0kA/m)と比較して、保磁力の値が増加する特徴を有している。同様の傾向は、Nd_<70>Fe_<20>Al_<10>でも確認された。この原因は、本手法では原子が逐次積層するため、原子の再配列およびこれに付随する構造的な緩和が、リボン状試料よりも生じ易いためであると考えられる。現状では、硬質磁性を示す非晶質合金膜の作製には、成功していない。しかしながら、本研究の予備実験の過程で、液体急冷法により作製したNd-Fe-Si合金が、冷却速度を低下させた圧肉状で硬質磁性を示すことを見出し、Nd-Fe-Al合金と比較して、硬質磁性を発現するのに、より適した合金系であることを確認した。また、研究代表者が、以前に行った高Fe濃度のFe-Nd-B合金についても、今後、研究対象として実験を遂行して行く予定である。レーザーアブレーション法により、最大50μm厚さまでのNd-Fe基薄膜を作製した。試料表面は、滑らかな平滑面と共に、異常成長したと考えられる液滴状粒子が観察された。この液滴粒子はFe基薄膜では観察されず、希土類基薄膜特有の現象と考えられる。Nd基薄膜の試料のX線回折図形は非晶質に起因するブロードなハローパターンとα-Nd結晶ビークの混相となった。α-Ndの結晶ビークは、薄膜表面の異常成長粒子の除去に伴い消滅した。VSMにより磁気測定を行った結果、例えば、25μm厚さのNd-Fe合金は、0.11Tの飽和磁化、13.5kA/mの保磁力を示し、同じ試料厚さのリボン状試料の値と比較して、保磁力の値が増加する特徴を有している。また、298Kで作製した薄膜は、Nd-Fe二元系および高Nd濃度Nd-Fe-B薄膜では非晶質と結晶相の混相が得られ、それ以外の薄膜では非晶質相が得られた。これらの合金は、保磁力が最大で2kA/mの軟磁性を示した。加熱条件で薄膜を作製した場合、硬質磁性がNd-Fe二元系および高Nd濃度Nd-Fe-B薄膜で発現したが、それ以外の合金では認められなかった。この中で、873Kで作製した高Nd濃度Nd-Fe-B薄膜は保磁力の急激な増加を示し、その試料は1.256MA/mまでの印荷磁場で飽和しない。この保磁力の増加は、アーク溶解法で作製した合金が室温で保磁力300kA/mの硬質磁性を示した後、熱処理により同様の更なる保磁力の増加が生じる現象と異なっている。この差異は、気相蒸着による急冷効果により、薄膜試料に構造的緩和が生じていないことが、室温で作製した薄膜の軟磁性の発現に寄与しているためと考えられる。本研究により、レーザーアブレイション法により作製した合金薄膜は、非晶質単相では硬質磁性を示さず、ナノ結晶化と非晶質の混相状態で硬質磁性を示すことが明らかになった。
顕生代付加体のFe-Mn堆積物のOs同位体組成から解読する海水組成の経年変動

申請者らは,顕生代の海水のOs同位体変動を日本列島付加体から産出する熱水性Fe-Mn堆積物から復元することを目的として,本研究を進展させた.その結果,350Ma以降のOs同位体の経年変動曲線を得ることに成功した.現在までのところ,次のような研究成果を得ているが,次々と重要な研究結果を得つつあり,それらの成果については今後できるだけ早く順次公表するつもりである.申請者らは,顕生代の海水のOs同位体変動を日本列島付加体から産出する熱水性Fe-Mn堆積物から復元することを目的として,本研究を進展させた.その結果,350Ma以降のOs同位体の経年変動曲線を得ることに成功した.現在までのところ,次のような研究成果を得ているが,次々と重要な研究結果を得つつあり,それらの成果については今後できるだけ早く順次公表するつもりである.海水の化学組成は,主に大陸地殻からの河川や風成塵,海嶺からの熱水,さらに宇宙塵などの宇宙起源物質の流入フラックスの相対的な強度変化によって変動しており,さらにこのような経年変動は,グローバルな表層環境の変遷を支配する重要なファクターであると考えられている.この海水組成の経年変動を解明するために,近年,Re-Os放射壊変系が注目されている.海水中のOsは鉄に富んだ熱水性堆積物,マンガンノジュール,遠洋性粘土中の鉄・マンガン酸化物などに吸着されているので,こうした堆積物はグローバルなOs同位体比のトレーサーとして極めて有効である.そして,このような海底堆積物を用いて,80Ma以降の海水のOs同位体比変動曲線が得られている(例えば,Pegram et al., 1992; Peucker-Ehernbrink et al., 1995 ; Pegram and Turekian, 1999).より古い地質年代のOs同位体比変動曲線を復元するためには,付加体中の熱水性Fe-Mn堆積物が有効である.日本列島の付加体からはこのようなFe-Mn堆積物が数多く報告されている.現在までに,我々はこれら付加体中のFe-Mn堆積物の化学組成について検討を行い,これらの堆積物が中央海嶺近傍で堆積した熱水性堆積物であることを明らかにしている(例えば,藤永ほか,1999;藤永・加藤,2001).このことは,日本列島付加体中のFe-Mn堆積物が当時の海水の初生的な情報を比較的よく保持しており,これらが過去の海水のOs同位体トレーサーとして極めて有効であることを示している.また,それらの堆積年代は,放散虫やコノドントによって非常に高い時間解像度で決定されているため,広い地質年代をカバーするOs同位体比変動を復元するのに最適である.このような観点から,本研究では,千葉県嶺岡地域(5040Ma),和歌山県龍神地域(7065Ma),徳島県牟岐地域(7865Ma),高知県横浪地域(141135Ma)および岩手県川目地域(367363Ma)から採取したFe-Mn堆積物のOs同位体組成を検討した.Fe-Mn堆積物から復元した顕生代海水の^<187>Os/^<188>Os比は,5040Maでは0.450.55, 7865Maでは0.490.62, 7065Maでは0.420.55, 141135Maでは0.56,そして367363Maでは0.480.57であり,現在の海水と同じような高いOs同位比(^<187>Os/^<188>Os=1.06)は認められない.このことは,40Ma以降のOs同位体比の急激な上昇が(ヒマラヤの隆起に伴う陸源フラックスの急激な増加によると考えられる),地球史上極めて特異な地質現象であったことを示唆している.こうした研究結果の一部については,すでに地球科学分野の最も重要な国際誌であるGeologyに投稿した.また現在さらに別の論文をEarth and PlanetaryScienceLettersに投稿するために準備している.海洋の化学組成をコントロールする流入フラックスは,おもに大陸地殻からの河川および風成塵,海嶺からの熱水,宇宙塵などであり,これらの相対的強度の時間変化は,グローバルな表層環境の変動を支配する要因の一つと考えられる.Os同位体は,海域による違いがなく全海洋についてほぼ均一な値を示すこと,また同位体の変動幅が極めて大きいこと(例えば海水のOs同位体比は熱水の同位体比の5倍以上)など,地球化学トレーサーとして非常に優れている.ウッズホール海洋研究所のRavizzaらは,主にODP/DSDPのコア試料中のFe-Mn堆積物から,70Ma以降のOs同位体の変動曲線を得ている.本研究申請者らは,顕生代のOs同位体変動を日本列島付加体中の熱水性Fe-Mn堆積物から解明することを目的として,本研究に着手した.日本列島の付加体は,世界でも類を見ないほど高時間解像度で解析された顕生代の地質体なので,そこからは本研究を遂行するための最適の地質試料を得ることができる.その結果,350Ma以降のOs同位体の経年変動曲線を得ることに成功した.