hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多層体の接触論を利用した薄膜の機械的特性評価法に関する研究

4.弾塑性有限要素法を用いた薄膜の非弾性特性値推定の試み、弾塑性有限要素法を用い、薄膜が弾完全塑性材料で、基板が弾性材料からなるモデルに対し、薄膜の降伏点等の推定の可能性を調べる計算を実施した。弾性接触論を利用して,薄膜のヤング率,ポアソン比等の弾性特性を推定する方法は,前年度提案した理論とその応用で,ほぼ解決している.したがって今年度はこれらをふまえさらに難しいとされている次のような研究を進めた.1.弾塑性有限要素法を用いた薄膜の非弾性特性値の推定法とその応用荷重増分型の弾塑性有限要素法を用いて,薄膜の降伏応力とひずみ硬化率を推定する手法を剛体床上に置かれた2層体に剛性平底圧子が圧入されるモデルを設定して提案した.またその有効性を各種の数値実験により明らかにした.2.多層はりの変形理論とその薄膜特性値推定法への応用薄膜特性値として,その線膨張係数はきわめて重要である.ところがこれまでこの値の推定法はほとんど提案されていない.そこでまず多層はりが熱的負荷を受けるときのその変形を求める理論を提案し,しかもそれをclosed formの形で示した.次にこの理論を利用して,基板材料が異なるモデル,あるいは同一でも厚さの異なるモデルでの多層はりのたわみ測定値から,ヤング率と線膨張係数の両方を同時に推定する方法を提示した.さらにその有効性をFEM解析データおよび対応するモデル実験により明らかにした.3.薄膜を有する物体同志の弾性接触問題に対する一般解の導出前年度導出した単体と薄膜を有する2層体との弾性接触問題の解を,さらに一般化する形で任意の薄膜を有する物体同志の接触問題に対する解として導出し,その有効性を数値的に明らかにした.本研究の最終年度として次のような研究を実施した.1.弾塑性有限要素法を用いた薄膜の非弾性特性値の推定法とその応用.荷重増分型の弾性・塑性有限要素法を用いて,薄膜の降伏応力とひずみ硬化率を推定する手法を,2層ばりモデルが3点曲げを受ける問題としてとらえ,その荷重点変位の挙動から求めることを考えた.またその有効性を各種の数値実験により明らかにした.2.多層ばり理論を用いた薄膜特性値の推定法とその対応実験.多層ばりが熱的負荷を受けるときの変形を測定し,それから薄膜の線膨張係数とヤング率を推定する理論は前年度すでに提案した.本年度はその有効性を実際のCuとAl,CuとSUSの2層ばりモデルを対象として,微小電気炉とレーザー変位計を用いた測定装置を作って試みた.結果より測定値のたわみが理論値より若干少なくなるが,ほぼ特性値の推定は可能であることがわかった.多層構造体の応力解析と強度評価の研究薄膜構成部材からなるプリント基板,ICおよびそれらの複合構造モデルの熱応力・変形を評価する簡易理論モデルを提示し,それによる有効性を数値計算例を通して明らかにしている.4.本研究のまとめを行い,研究成果報告書を作成した.
資源利用と民族共存に関する歴史・自然環境分析を用いたスワヒリ海村社会の比較研究

本研究の目的は,スワヒリ海村社会の資源利用と多民族共存に焦点をあてて,歴史・自然環境分析を用いて比較研究することで,スワヒリ海村社会全体の構造を解明することである。ケニアのラム諸島(ラム,マンダ,パテ)とタンザニアのキルワ島で比較研究を行った。ラム諸島とキルワ島はともに,初期スワヒリ交易都市であり,自然環境も類似している(マングローブとサンゴ礁の海)しかし,現在のキルワ島が人口1000人足らずの小海村である一方,交易や観光業で栄えるラム島の人口は2万人ちかくもあり,民族構成もキルワ島より複雑である。このようなラム島の多民族には,民族に応じた生業形態,生業空間,資源利用,居住空間の住み分けがみられた。今後,宗教(イスラームとキリスト教),観光客など外部者の存在,経済・教育格差などの問題についても考慮し研究を精緻化する必要がある。本研究の目的は,スワヒリ海村社会の資源利用と多民族共存について,歴史・自然環境分析を用いて比較研究し,スワヒリ海村社会全体の構造を類型的に解明することである。申請者が長年研究してきたタンザニア・キルワ島の事例をもとに,ケニア・ラム島で現地調査を行うことが本年度の最重要研究課題であった。本年度の研究実績は以下のとおりである。1.書籍,パソコン,調査機材の購入による研究環境の整備2.論文発表:四本の論文を執筆し,スワヒリ海村のマングローブ資源利用と,アラブ系・バントゥ系民族の多民族共存について「棲み分け」をキーワードに論じた。3.学会発表:国際学会(二回)と国内学会(一回)においてマングローブ資源資料と多民族共存について発表。4.ケニア・ラム島での現地調査(2/28-3/28):(1)ラム地域の基本情報収集(人口,民族構成,面積,自然,歴史など),(2)生業形態(主に漁労文化),(3)海資源利用(主にマングローブ資源利用)。現在,調査データの分析,整理中。5.現地研究機関との協力体制の確立:ナイロビ大学アフリカ研究所(IAS),ナイロビ科学技術省(NCST),タンザニア科学技術省(COSTECH)JSPSナイロビ研究連絡センターなどを訪問して研究協力体制の確立に努めた。6.本研究のためのケニアでの3年間の調査許可書を取得。タンザニアの調査許可は取得済み。本年度分の調査報告書を提出し,今後のタンザニアでの現地調査に備えた。本研究の目的は,スワヒリ海村社会の資源利用と多民族共存について,歴史・自然環境分析を用いて比較研究し,スワヒリ海村社会全体の構造を類型的に解明することであった。若手研究スタートアップの二年間に特に力を注いだのは,研究環境の充実(研究機材,文献購入,調査許可取得,研究協力体制の確立)と,ケニアのラム諸島(ラム・マンダ・パテ島)とタンザニアのキルワ島での比較研究を目的とした現地調査である(二回)。二年間の研究成果は,6の論文(英文4,査読1)と10の学会発表(国際シンポ6)によって発表された。調査許可を取得したことで,ラム諸島では各役所への訪問調査と,諸島に分散する全海村での現地調査を円滑に遂行することができた。その結果,ラム諸島における,全海村の基礎データの収集,文献収集,環境地図の作成,漁法・漁具・船の分類,民族構成,精霊信仰が明らかになった。ラム諸島もキルワ島と同様に,初期スワヒリ交易都市であり,大陸にほど近く立地してマングローブとサンゴ礁の海を持つ島である。しかし,現在のキルワ島が人口1000人足らずの小海村である一方,交易や観光業で栄えるラム島の人口は2万人ちかくもある。民族構成もキルワ島より複雑である。ラム諸島の多民族共存を考える際にはさらに,宗教(イスラームとキリスト教),観光客など外部者の存在,経済・教育格差などの問題があり,二年間の研究期間では充分にその全貌を解明できたとはいえない。今後の研究の継続を見据えて,ケニアの研究機関(ナイロビ大学アフリカ研究所,ナイロビ科学技術省,JSPSナイロビ研究連絡センター)との協力体制と,現地調査協力者との信頼関係を構築することができたことも本研究の大きな成果である。
スピン・電荷・軌道が絡んだ1次元量子系における有限磁場・有限温度での動力学

1.相互作用のある1次元電子系における低エネルギー励起では,スピンと電荷の素励起の速度が異なることが知られており,これをスピンと電荷の分離と呼ぶ.この分離が最も典型的に現れるモデルとして,1/r^2型相互作用を持つ超対称t-Jモデルがある.我々は,このモデルにおける動的スピン構造因子S(q,ω)の解析的な表式(絶対零度)を出すことに成功した.結果として,運動量が小さく低エネルギーの領域では,スピンと電荷の強い分離が現れる(S(q,ω)の値が電子密度に依存しない)一方,運動量が大きく高エネルギーの領域では,S(q,ω)を構成する素励起として,スピンと電荷が再結合した電子が含まれるという解釈ができることがわかった.2.電子が動き回るときの強磁性は遍歴強磁性と呼ばれ,現在でも盛んに研究されている.遍歴強磁性の問題は,電荷自由度とスピン自由度が絡み合っており,電子相関が本質となっている.電子相関を議論する際に重要な要素の一つが空間次元である.特に2次元電子系は,高温超伝導や,強磁場下では分数量子ホール効果という,特異な現象が起こることが知られているため,2次元平面での強磁性の可能性やその機構について調べることは興味深い.我々は,2次元正方格子に垂直な一様磁束を持つハバードモデルにおいて無限大相互作用の極限を考え,電子密度とプラケットあたりの磁束をパラメータとして,強磁性が現れる領域について調べた.モデルにゼーマン項を含めないので,強磁性が実現するかどうかは非自明な問題となる.有限サイズで数値的厳密対角化を用いて,基底状態の全スピンを計算した.電子のスピンは1/2であるため,全スピンが電子数の半分になっていれば完全強磁性であると言える.結果として,予想外に広いパラメータ領域で,完全強磁性が出現することがわかった.現在,完全強磁性が出現する起源について考察中である.スピンと電荷が絡んだ低次元強相関電子系の典型的な例の1つが高温超伝導体である。高温超伝導体の母物質は反強磁性長距離秩序を持ち、ホールをドープしても反強磁性相関が生き残ることが以前から知られていた。最近、高温超伝導体の代表的な物質であるYBa_2Cu_3O_yにおいて、整合反強磁性秩序が超伝導と共存していることが中性子散乱実験によって観測された。整合反強磁性秩序は、交替磁場の存在によって強く誘起されると考えられる。我々は、整合反強磁性秩序と超伝導秩序の共存の可能性について調べるために、交替磁場を持つ2次元t-Jモデルを考えた。26サイトまでの数値的厳密対角化を用いて、束縛エネルギー、ホール相関、交替スピン相関、超伝導相関などを計算した。超伝導相関におけるクーパー対の対称性としては、空間のx方向に沿った対とy方向に沿った対とで符号が異なるd_<x^2-y^2>波、符号が同じである拡張s波の両方について調べた。その結果、現実的なJ/tの値で、かつホール密度が低い領域では、交替磁場によってホール間の引力が強めちれることがわかった。超伝導相関については、交替磁場を大きくしていくと、d_<x^2-y^2>波の対称性を持っ超伝導相関が増大し、拡張s波超伝導相関はほとんど変化しないことが明らかになった。また、交替磁場の存在によって、交替スピン相関が長距離まで達することも示した。これらの結果は、交替磁場中でd_<x^2-y^2>波超伝導秩序と整合反強磁性秩序が共存することを示唆している。さらに、交替磁場が強い極限から1粒子ホッピングの摂動を考えることによって、ホール対のホッピング項が生み出されることを解析的に示した。1.相互作用のある1次元電子系における低エネルギー励起では,スピンと電荷の素励起の速度が異なることが知られており,これをスピンと電荷の分離と呼ぶ.この分離が最も典型的に現れるモデルとして,1/r^2型相互作用を持つ超対称t-Jモデルがある.我々は,このモデルにおける動的スピン構造因子S(q,ω)の解析的な表式(絶対零度)を出すことに成功した.結果として,運動量が小さく低エネルギーの領域では,スピンと電荷の強い分離が現れる(S(q,ω)の値が電子密度に依存しない)一方,運動量が大きく高エネルギーの領域では,S(q,ω)を構成する素励起として,スピンと電荷が再結合した電子が含まれるという解釈ができることがわかった.2.電子が動き回るときの強磁性は遍歴強磁性と呼ばれ,現在でも盛んに研究されている.遍歴強磁性の問題は,電荷自由度とスピン自由度が絡み合っており,電子相関が本質となっている.電子相関を議論する際に重要な要素の一つが空間次元である.特に2次元電子系は,高温超伝導や,強磁場下では分数量子ホール効果という,特異な現象が起こることが知られているため,2次元平面での強磁性の可能性やその機構について調べることは興味深い.我々は,2次元正方格子に垂直な一様磁束を持つハバードモデルにおいて無限大相互作用の極限を考え,電子密度とプラケットあたりの磁束をパラメータとして,強磁性が現れる領域について調べた.モデルにゼーマン項を含めないので,強磁性が実現するかどうかは非自明な問題となる.有限サイズで数値的厳密対角化を用いて,基底状態の全スピンを計算した.

電子のスピンは1/2であるため,全スピンが電子数の半分になっていれば完全強磁性であると言える.結果として,予想外に広いパラメータ領域で,完全強磁性が出現することがわかった.現在,完全強磁性が出現する起源について考察中である.
アーベル方程式の構成とガウス和の数論研究

本研究の課題は,「ガロアの逆問題に対する構成的方法」の立場からアーベル方程式を構成する一般的メカニズムを得ることを目標とするものであるが,特にガロア群が巡回群である場合に焦点を絞って研究を進めた.2000-2002年度基盤C(一般)「アーベル方程式の構成とガウス和の数論研究」において,申請者は学院生(修士)星明考君と共同研究で,ガウス周期の関係式の一部を幾何的に一般化し,多変数関数体上の巡回多項式族の構成を行った。本研究はその継続研究であり,ガウス周期の満たすある基本関係式を公理として関数体上で類似物を構成するという幾何的一般化を行ない,これによりガウス周期の既約多項式から巡回多項式族が得られるしくみを明らかにし,パラメータの個数も複数個に増やすことに成功した.すなわちガウス周期y_0,..,y_{e-l}をe個の独立な不定元とみなすと,基本関係式から関数体L=Q(y_0,..,y_(e-l))に成分を持つ行列Cが得られ,これらを全て添加した体K=Q(c_{i, j})は巡回置換によるLの固定体となる.これよりL/Kはe次巡回拡大であり,Cの特性多項式の根体となる.このアイデアに基づいて小さなeに対してパラメータ付きe次巡回多項式族が得られた.特に,この構成から得られた巡回多項式族のパラメータを特殊化し,e=7おいて定数項がn^7である簡単な表示をもつパラメータの族を得た.この結果はLehmerプロジェクトとして知られている研究の一般化を与えるもので,総実代数体の巡回拡大の単数の構成問題などに重要な研究方法を提供するものである.本研究の成果は2002年度春の日本数学会及び早稲田大学整数論シンポジウムを含む幾つかの研究集会で講演発表された.この研究を更に高次の場合に進展させることは重要な課題である.本研究の課題は,「ガロアの逆問題に対する構成的方法」の立場からアーベル方程式を構成する一般的メカニズムを得ることを目標とするものであるが,特にガロア群が巡回群である場合に焦点を絞って研究を進めた.2000-2002年度基盤C(一般)「アーベル方程式の構成とガウス和の数論研究」において,申請者は学院生(修士)星明考君と共同研究で,ガウス周期の関係式の一部を幾何的に一般化し,多変数関数体上の巡回多項式族の構成を行った。本研究はその継続研究であり,ガウス周期の満たすある基本関係式を公理として関数体上で類似物を構成するという幾何的一般化を行ない,これによりガウス周期の既約多項式から巡回多項式族が得られるしくみを明らかにし,パラメータの個数も複数個に増やすことに成功した.すなわちガウス周期y_0,..,y_{e-l}をe個の独立な不定元とみなすと,基本関係式から関数体L=Q(y_0,..,y_(e-l))に成分を持つ行列Cが得られ,これらを全て添加した体K=Q(c_{i, j})は巡回置換によるLの固定体となる.これよりL/Kはe次巡回拡大であり,Cの特性多項式の根体となる.このアイデアに基づいて小さなeに対してパラメータ付きe次巡回多項式族が得られた.特に,この構成から得られた巡回多項式族のパラメータを特殊化し,e=7おいて定数項がn^7である簡単な表示をもつパラメータの族を得た.この結果はLehmerプロジェクトとして知られている研究の一般化を与えるもので,総実代数体の巡回拡大の単数の構成問題などに重要な研究方法を提供するものである.本研究の成果は2002年度春の日本数学会及び早稲田大学整数論シンポジウムを含む幾つかの研究集会で講演発表された.この研究を更に高次の場合に進展させることは重要な課題である.与えられた代数体K上にアーベル拡大がどのように存在するか,という問題は「類体論」によって解決済みであるが,Kのアーベル拡大を具体的に構成する問題は1800年にHilbertの提唱した23の問題のうち第12番めの問題であり,現在でも数論の中心的な課題の一つである.本研究は,「・ガロアの逆問題に体する構成的方法」の立場からこの問題に取り組み,アーベル方程式を構成する一般的メカニズムを得ることを目標とする.まずガロア群が巡回群である場合に焦点を絞って研究を進めた.1.Kが1の原始n乗根ζ_nを含む場合,K上のn次巡回拡大はKummer拡大によって尽くされる.nが奇数の場合,これまでの研究で,より緩い条件ω_n:=ζ_n+ζ_n^<-1>∈KのもとでK上のn次巡回拡大を尽くす(生成的)巡回方程式の族が得られている.今回の研究では,nが偶数の場合にも2個のパラメータを持つ簡明な(生成的)巡回方程式の族を構成する,という結果を得た.2.逆に,Q上の巡回方程式として基本的である「ガウス周期」の既約方程式を各次数について計算機を用いて数値的に計算し,その性質を組織的に調べた.すなわち,l=3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13の各々に対してp≡1(mod l)をみたす素数p<3000について,次数lのガウス周期η_jがみたす周期方程式F_l(p;X)を計算機を用いて決定し,その振舞いを徹底的組織的に調べ,その数論的構造を研究した.

その結果,l=5,7については,周期方程式F_l(p;X)の係数に著しい規則性を見い出した.これを正確に定式化し,理論化し証明を与えること,および更に一般のlについても同様な研究を進めることが今後の課題である.3.またQ上のl次巡回拡大の全体の集合の数論的「モジュライの構造」とFermat曲線F_l:X^l+Y^F=Z^lの関係を調べた.本研究は,「ガロアの逆問題に対する構成的方法」の立から与えられたアーベル群Gに対してこれをガロア群とする方程式を構成することを主要テーマとするもので,アーベル方程式を構成する一般的メカニズムを得ることを目標とする.今年度は昨年度に続いて,ガロア群が巡回群である場合に焦点を絞ってQ上の巡回方程式として基本的である「ガウス周期」の既約方程式の構造を調べた.特に,この問題に対する,海外を含めたこれまでの研究文献を組織的に調べた結果,「ガウス周期」に関する膨大な数の論文があり,そのうち,L.E.Dicksonの1935年の「cyclotomic numbers」に関する研究論文が極めて重要であることが判明した.これを本研究に応用することによって,昨年に比して飛躍的に研究が進展した.現在得られた成果を纏めつつあるが,その一部は日本数学会の春期総合分科会で発表予定である.結果の具体的な記述は以下の通りである:1.任意の次数lに対してl次のガウス周期ηm(0【less than or equal】m【less than or equal】l-1)の積ηmηm+iは再びηmの整数係数一次結合で表される.この係数がDicksonのcyclotomic numbersで,いくつかの著しい性質をもつが,我々はこれらが満たす関係式のみを保存し,cyclotomic numbersを変数(パラメータ)とみなすことによって,複数のパラメータをもつQ上の巡回方程式の族を構成することが出来た.なお,近年F.Thaine氏が同じ観点から研究を進めており、一個のパラメータをもつ巡回方程式族を得るなど,重要な研究を行っていることも判明した,2.特にl=3,4,5,6,7に対しては具体的に書き下せる簡明な方程式族を得た.また,得られた族が「生成的」かどうかを調べた結果,l=5に対して否定的な結論が得られた.従って,この族から得られる巡回拡大の特徴付けを与えること,および更に一般のlについても同様な研究を進めることが今後の課題である.本研究の課題は,「ガロアの逆問題に対する構成的方法」の立場からアーベル方程式を構成する一般的メカニズムを得ることを目標とするものであるが、特にガロア群が巡回群である場合に焦点を絞って研究を進めた.2000-2002年度基盤C(一般)「アーベル方程式の構成とガウス和の数論研究」において,申請者は学院生(修士)星明考君と共同研究で,ガウス周期の関係式の一部を幾何的に一般化し,多変数関数体上の巡回多項式族の構成を行った.本研究はその継続研究であり,ガウス周期の満たすある基本関係式を公理として関数体上で類似物を構成するという幾何的一般化を行ない,これによりガウス周期の既約多項式から巡回多項式族が得られるしくみを明らかにし,パラメータの個数も複数個に増やすことに成功した.すなわちガウス周期y_0,..,y_{e-1}をe個の独立な不定元とみなすと,基本関係式から関数体L=Q(y_0,..,y_(e-1))に成分を持つ行列Cが得られ,これらを全て添加した体K=Q(c_{i,j})は巡回置換によるLの固定体となる.これよりL/Kはe次巡回拡大であり,Cの特性多項式の根体となる.このアイデアに基づいて小さなeに対してパラメータ付きe次巡回多項式族が得られた.特に,この構成から得られた巡回多項式族のパラメータを特殊化し,e=7おいて定数項がn^7である簡単な表示をもっパラメータの族を得た.
時系列データからの構成要素間因果関係抽出によるビル空調システム異常診断方法の確立

研究課題名「時系列データからの構成要素間因果関係抽出によるビル空調システム異常診断方法の確立」の研究として、平成30年度は次の項目について研究を行った。(1)正規化配分法とHough変換を利用した意思決定支援のための代替案評価方法の確立:意思決定支援に利用するための代替案評価方法として、対象とする代替案が持つデータを正規化して位置データとして扱う方法により重要度を算出できる正規化配分法を採用する方法が考えられる。正規化配分法は相対位置評価法の一つであり、評価基準ごとの代替案評価を自動的に行うことが可能である。しかしながら正規化配分法ではデザインなどの定性的な評価には対応していない。そこでデザインの直線成分の評価にHough変換で求めたデータを利用する方法を確立した。Hough変換により画像データから直線成分を数値で求めることができる。(2)定性モデルにもとづくラフ集合の決定ルールを利用したビル空調設備異常診断方法の確立:測定値時系列データ間のデータの組み合わせを利用したラフ集合によるビル空調設備異常状態検知を行う仕組みを確立した。この仕組みではまず、正常状態と異常状態検知の対象となる測定値時系列データについて、予め設定した定性値定義にもとづいて定性値による時系列データに変換する。次に対象とするビル空調システムの計装図から求めた定性モデルにもとづいて、正常状態と異常状態検知対象それぞれについての時系列データのデータセットを求める。最後に求めたデータセットについて正常状態と異常状態検知対象となる状態からラフ集合の決定ルールを作成する。この方法により、異常状態が発生した区画を検知することができる。さらに異常状態の発生が特定できた場合について、異常状態を示す決定ルールにより異常状態の原因を特定する異常診断が可能となる。研究課題名「時系列データからの構成要素間因果関係抽出によるビル空調システム異常診断方法の確立」の研究として、平成28年度は次の項目について研究を行った。(1)評価基準が異なる複数の評価値により組み合わせを評価する仕組みの確立:解となる組み合わせが無数に存在する場合について、評価基準が異なる複数の評価値がある場合にそれぞれの組み合わせの評価値にもとづいて組み合わせ全体を評価する評価する仕組みを確立した。(2)ラフ集合を利用した判定者の嗜好を抽出する仕組みの確立:対象の集合をうまく特定できる範囲で情報を粗く(ラフに)することで対象の集合のほどよい記述を求める手法であるラフ集合を利用して、"Good"または"Bad"と判定した結果から判定者の嗜好(判定の傾向)を抽出する仕組みを提案した。提案方法では、"Bad"と判定した結果がもつ定性的な記号の組み合わせに対する"Good"と判定した結果がもつ定性的な記号の組み合わせの違い、ならびにその逆の記号の組み合わせの違いを求める方法により、判定者による判定の傾向を抽出することができた。(3)測定値時系列データに対するラフ集合を利用した因果関係にもとづく異常状態検知方法の考察:上記(1)の研究成果を利用して求めたビル空調システムから観測された長期間の測定値時系列データの間に存在する因果関係にもとづいて、上記(2)の研究成果により設定したラフ集合により測定値時系列データがもつ特徴から対象システムの異常状態検知を行う方法を考察した。平成28年度は(a)組み合わせを評価する仕組みを確立し、かつ(b)ラフ集合を利用した判定の特徴を抽出する方法を確立したことにもとづいて、(c)ビル空調システムの測定値時系列データにラフ集合を適用する方法により、測定値時系列間の因果関係にもとづく異常状態検知方法を考察した。現時点ではビル空調システムの測定値時系列データがもつ因果関係より異常状態を検知するために考えられる複数の方法のうちの一つの方法を提案している段階である。提案方法によりいくつかの種類の異常状態を検知できることを確認している。しかしながらすべての種類の異常状態を検知するためには、これまでの研究成果にもとづいてラフ集合による測定値時系列データの表現方法の確立する必要がある。従来のラフ集合による測定値時系列データの表現では単純に値を定性的な記号に置き換える方法により対応していた。この方法でもある程度の異常状態を検知できることを当初の予定通り現時点までに確認している。今後は表現方法を拡張し、単に値だけでなく値の変化を定性値に取り入れる方法を提案する必要がある。さらに研究の目的である対象とするビル空調システムの異常診断を行うためには、対象とするシステムの計装図にもとづいて作成した解析モデルを利用して、これまでに確立した異常状態検知方法を拡張して異常発生個所と内容を特定できる仕組みが必要である。これまでの研究により、対象となるシステムの異常状態検知が可能であることを現時点までに確認している。今後は当初の予定通り、異常診断を行うための取り組みが求められる。研究課題名「時系列データからの構成要素間因果関係抽出によるビル空調システム異常診断方法の確立」の研究として、平成29年度は次の項目について研究を行った。(1)ビル空調システム異常検知のためのクライテリア作成方法の確立:測定値時系列データの因果関係にもとづき、ラフ集合を利用してデータの特徴を大まかに捉える方法によりビル空調システムの異常状態検知を行うための判断基準(クライテリア)を自動的に求める方法を確立した。実証実験では、提案方法により実際に観測された測定値時系列データから決定ルールを抽出し、その結果が異常状態を検知するために専門家の知識として用意するクライテリアと同等であることを確認した。

(2)3段階評価によるラフ集合を利用した判定者の嗜好を抽出する仕組みの確立:対象の集合をうまく特定できる範囲で情報を粗く(ラフに)することで対象の集合のほどよい記述を求める手法であるラフ集合を利用して、従来の"Good"または"Bad"と判定した結果に加えて"Very Good"の判定した結果を利用する方法により、より少ないサンプルから判定者の嗜好(判定の傾向)を抽出する仕組みを確立した。(3)意思決定支援方法における定性的な評価項目に対する定量値表現方法の確立:異常状態検知に使用される意思決定支援の分野において、定性的な評価項目である製品の形状を対象に、画像情報からのエッジ検出結果にもとづく直線成分の抽出方法により定量値として表現する仕組みを確立した。(4)因果関係にもとづく異常状態検知方法の考察:上記(1)の研究成果を利用して求めたビル空調システムから自動的に抽出される「異常状態検知を行うための判断基準(クライテリア)」にもとづいて、上記(2)の研究成果により設定したラフ集合により測定値時系列データがもつ特徴から(3)を考慮して対象システムの異常状態検知を行う方法を考察した。平成29年度は(a)「異常状態検知を行うための判断基準(クライテリア)」を自動的に求める方法を確立し、かつ(b)ラフ集合を利用して判定の特徴をより少ないサンプルから抽出する方法を確立したことにもとづいて、(c)測定値時系列データの変化の形状を把握するために使用する直線成分の抽出方法を確立しつつ、(d)ビル空調システムの測定値時系列データにラフ集合を適用する方法により、測定値時系列間の因果関係にもとづく異常状態検知方法を考察した。現時点ではビル空調システムの測定値時系列データがもつ因果関係より異常状態を検知するために考えられる複数の方法のうち、以前とは異なる2つ目の方法を提案している段階である。ただしこの方法では、すべての種類の異常状態を検知するためには、これまでの研究成果にもとづいてラフ集合による測定値時系列データの表現方法の確立する必要がある。これまでのラフ集合による測定値時系列データの表現では値を一定の間隔で区切る方法により定性的な記号に置き換えており、その方法でも異常状態をある程度検知できること確認している。しかしながら異常状態検知の精度を向上させるためには、観測された測定値時系列データにもとづいて何らかの判断基準にもとづき定性的な記号に置き換える仕組みを構築する必要がある。これまでの研究によりクライテリアを自動的に求める方法が確立できたことから、今後はクライテリアの妥当性を評価基準として測定値時系列データの定性的な表現方法の確立を行うこと、ならびにその方法にもとづいて異常状態検知全体の仕組みを確立することが求められる。研究課題名「時系列データからの構成要素間因果関係抽出によるビル空調システム異常診断方法の確立」の研究として、平成30年度は次の項目について研究を行った。(1)正規化配分法とHough変換を利用した意思決定支援のための代替案評価方法の確立:意思決定支援に利用するための代替案評価方法として、対象とする代替案が持つデータを正規化して位置データとして扱う方法により重要度を算出できる正規化配分法を採用する方法が考えられる。
２１世紀型新リベラルアーツ教育の構築－「よく生きる」教育を目指して－

高等教育機関におけるポジティブ教育(Positive Education)の海外の現況について、文献調査などを行った。また、平成30年6月に開催されたInternational Positive Education Network(米国フォートワース市)に参加して、特に、高等教育におけるポジティブ教育の実践例について情報を収集した。その結果、英国のバッキンガム大学や米国のチャップマン大学などにおいてポジティブ教育が実践されはじめていることを確認した。また、イェール大学をはじめとするトップクラスの大学において、収入や権力よりも「幸福」を優先する教育が行われていることがわかった。中等教育では、ブータン王国をはじめとして、メキシコ、ペルーなどにおいて着実な成果が生まれており、well-beingの向上と学業成績とに正の相関があることが確認されている。加えて、研究代表者が担当するゼミナール形式の科目である「Well-being(よく生きること)の科学と教育」において、参加学生らと、東京工業大学の現状を踏まえたうえで、ポジティブ教育を実践する可能性について継続的に検討を行った。さらに、平成29年度に引き続き、東京工業大学における学部学生のwell-beingとresilienceに関する調査を行い、平成28年度から実施されている新カリキュラムの影響を測定した。平成30年度4月に研究代表者が所属する東京工業大学に、大学院生を対象に、専門教育に加え、世界を牽引できる能力を育成するための教育課程リーダーシップ教育院(Tokyo Tech Academy for Leadership:ToTAL)が新設された。ToTALは、「学内共通教育組織(プラットフォーム)として,大学院修士課程・博士後期課程を一貫した教育体系のもとで専攻分野や国籍・文化的背景の異なる学生同士が切磋琢磨することで,学院・系・コース(他大学における研究科・専攻)における本学の強い分野の最先端教育に加えて,文理融合分野などの異分野の一体的教育を実現し,かつ国際社会を牽引できるリーダーシップ・人間力を涵養すること」(http://www.total.titech.ac.jp/about/purpose/より引用)を目的とし、本課題とも関連が深い。研究代表者は、ToTALの立ち上げに参画し、平成30年4月に正式にToTALに移籍した。このため、具体的なカリキュラム構築などに時間を取られ、本課題に注力できなかった。また、計画していたメキシコのUniversidad Tecmilenioのキャンパス視察を、本務の都合で時間がとれず、実施することができなかった。また、東京工業大学における学生のwell-beingとresilienceの測定に予想以上に時間がかかり、日本型新リベラルアーツ教育の理念・教育目標の明確化に関する作業が遅れている。東京工業大学における新しい試みであるリーダーシップ教育院の教育成果の質的分析を行う。また、研究代表者が担当するゼミナール形式の科目において、参加学生とともに、日本型新リベラルアーツ教育の理念・教育目標の検討を行う。また、具体的な教育手法(介入)(例えば、Good Workに関する調査報告やマインドフルネスメディテーション)を実施して、その効果を試行的に測定する。海外の高等教育におけるポジティブ教育の現状について引き続き文献調査やインターネットを使った聞き取り調査などを継続する。加えて、2019年10月11月頃にメキシコのUniversidad Tecmilenioを訪問し、同大学におけるポジティブ教育に関する現地調査を行うとともに、同学学長らと意見交換を行う。「よく生きること(well-being)」に関する教育を行うポジティブ教育(positive education)の現状について、International Positive Education Networkなどで得られる情報を基に検討した。その結果、高等教育における実践例は、まだ限定的であるが、少数の好事例(Universidad Tecmilenioなど)があることを確認し、それらに関する情報を整理した。加えて、革新的なリベラルアーツ教育で知られるNew York University Abu DhabiおよびNational University of Singaporeを訪問し、カリキュラムや教育環境の視察した。さらに、大学関係者や学生とのインタビューを通して、教育の実態調査を行った。さらに、中等教育におけるポジティブ教育の実践で定評のあるGeelong Grammar Schoolを訪問し、同校におけるポジティブ教育の導入過程やカリキュラム内外の具体的な取組に関する調査を行った。また、ポジティブ教育の推進およびその成果の測定に関する研究で知られるメルボルン大学ポジティブ心理学センターを訪問し、特に、具体的な測定手法とツールに関する情報を得た。また、同センターと研究代表者らが所属する東京工業大学リベラルアーツ研究教育院との共同研究の可能性について検討した。これらの成果を基に、同センターのPeggy Kern氏らが開発した測定ツール(PERMA Profiler)などを使い、東京工業大学で平成28年度から始まったリベラルアーツを重視する教育が、学生のwell-beingとresilienceに与える影響の測定を試行的に行った。平成29年3月には、同センターから研究者5名を招聘して教育測定に関する国際共同シンポジウムを実施した。初年度は、情報収集・整理を行う年度としていたが、メルボルン大学ポジティブ心理学センターとの協力関係を樹立することに成功し、リベラルアーツ教育のwell-beingに与える影響について試行的に測定することができた点は、当初の計画よりも大幅に進んだ。一方、情報収集に関しては、ポジティブエデュケーションおよびその成果の測定に関する調査は順調に進んだが、リベラルアーツ教育の良好事例に関する情報収集は、New York University Abu DhabiとSingapore National University of Singaporeの現地調査だけとなった。また、これらの情報の分析も不十分である。さらに、当初予定していたUniversidad Tecmilenio(メキシコ)の現地調査が、諸般の事情で実施できなかった。高等教育機関におけるポジティブ教育(Positive Education)の海外の現況について、文献調査などを行うとともに、グッド・プラクティスであると考えられる大学などを訪問し、実施状況、カリキュラム、施設、課題などに関する調査を実施した。

具体的には、ヨーロッパで最初に大学全体でpositive educationを取り入れることを表明した英国のバッキンガム大学、複数のキャンパスを持ちながら、すでにポジティブ教育を全学的に実施しているメキシコのテックミレニオ大学、また、アラブ首長国連邦ドバイの知識・人材育成局(Knowledge & Human Development Authority)の取り組みについて、調査を行った。その結果、各組織において、well-beingの測定が、様々な手法(M. SeligmanのPERMA理論に基づくPERMA Profilerなど)によって実施され、学習者のwell-beingを中心に、evidence-basedの教育が展開されていることを確認した。また、最も先進的なリベラルアーツ教育を行っていると評価されているニューヨーク大学アブダビ校のカリキュラムを検討するとともに、現地訪問を行い、カリキュラム責任者及び日本人留学生とのインタビューなどを通して現況を調査した。加えて、東京工業大学における学部学生のwell-beingとresilienceに関する調査を行い、平成28年度から実施されている新カリキュラムの影響を測定した。その結果、新カリキュラムによる教育を受けている学生のwell-being及びresilienceが、旧カリキュラムの学生よりも有意に高いことが、限定的にではあるが、明らかになった。東京工業大学における学生のwell-beingとresilienceの測定に、予想以上に時間がかかったため、日本型新リベラルアーツ教育の理念・教育目標の明確化に関する作業が遅れている。また、双方のスケジュールの都合で、予定していたメキシコのUniversidad Tecmilenioのキャンパスの視察を実施することができず、アラブ首長国連邦ドバイで、同大学の学長Hector Escamilla氏及び3名の副学長とのインタビュー調査を実施することしかできなかった。高等教育機関におけるポジティブ教育(Positive Education)の海外の現況について、文献調査などを行った。
激動進化期における銀河の観測的研究

宇宙が始まって30ー50億年頃の宇宙における銀河は激しい成長過程にあったと考えられており、その時代の銀河進化を研究することは重要である。宇宙年齢約40億年頃の星形成銀河中の分子ガスの質量、その割合をALMA望遠鏡を使って求めた。また、すばる望遠鏡による観測から同時代の星形成銀河のガスの重元素量を求めた。これらの結果を銀河の化学進化モデルと比較することで、銀河進化は、ガス流入量と星形成で使用されるガス量と流出量がバランスしながら進んでいるらしいことがわかった。また、星形成銀河の形態進化についても調べ、統計的には「丸い」円盤銀河の出現時期が宇宙年齢60億年頃であることがわかった。赤方偏移が約1.5(90億光年)に存在する星形成銀河のALMAによる分子ガス(CO(5-4))観測のデータを用いて、スタッキング解析を行った。銀河の星質量や重元素量との相関を調べ、前者には相関がよく見られるものの、後者ではほとんど見られないことがわかった。また、最も強くCO輝線が検出された銀河については、詳細な解析を行い、銀河内で回転するガスが重力不安定性でクランプ状になったものである可能性が出てきた。この銀河については、JVLA(旧名E-VLA)を用いたCO(1-0)観測を行った。その他の弱い輝線天体については今後の解析が必要である。昨年度検出を行ったミリ波帯でのserendipitous sourcesの正体についても解析を進めた。これらの結果は、日本天文学会で発表を行った。これと平行して、野辺山宇宙電波観測所45m望遠鏡を用いて、同じ時代に存在する星形成銀河の分子ガス量の上限を出し、またハーシェル衛星のデータからダスト量を出した。これらからガスダスト比の宇宙論的進化に制限をつけた。旧来の理論から予想されるよりずっと速いガスダスト比進化があったことがわかり、宇宙の早い時期にダストが大量に生成されていることが示唆された。論文として投稿中である。銀河形態の研究については、結果の頑丈性を詳細に調べ、結果がサンプルのとり方などにあまり依存しないことを確認した。また、バルジとの関係も調べた。画像の眼視による調査の結果、高赤方偏移に存在するサンプル銀河に立派なバルジは見られなかったが、一方で赤方偏移が最も低いサンプルでも卓越したバルジが少ないことから、バルジの成長によって円盤が丸くなるというシナリオは妥当ではない可能性がでてきた。この他、円盤銀河の形成と進化に関する国内研究会を主催し、多くの参加者を得て、成果発表だけでなく、多角的な知見も得た。ALMAによる分子ガス(CO(5-4))観測が実行され、そのデータ処理解析を行った。まだ解析途中であるが、CO輝線検出数は少なく、当初予定していた金属量との関係についてはスタッキング解析をしないといけないことになり、その方法を考察した。一方、CO輝線が検出された銀河の1つに、多くのガス雲が付随しているものがあることがわかってきた。ハッブル宇宙望遠鏡による静止系可視光での画像を調べたところ、楕円銀河の特性を示すことがわかり、楕円銀河形成の最終段階を見ているのではないかと考えられる。楕円銀河形成プロセスを理解する上で非常に貴重なサンプルになると考えられる。追究観測のための観測提案を行った。これに加えて、ALMAの画像に偶然写っている銀河の数数えを行い、これまでで最も暗いミリ波銀河のナンバーカウントを行った。一方、銀河形態の研究については、赤方偏移が2付近から0.5付近までの星形成銀河のうちある程度以上星質量の大きな銀河を選んで、いくつかの条件を課したサンプルを作成した。ハッブル宇宙望遠鏡によるこれらのサンプル銀河の静止系可視光での画像を用いて、みかけの軸比分布を調べ、統計的に銀河の三次元構造を調べた。その結果、赤方偏移2ー1付近では、円盤状の構造は持つものの、その形状は丸い円盤ではなく、棒状の構造を示すことがわかった。この棒状の構造は赤方偏移が下がるにつれて丸くなって、赤方偏移0.9程度以下の宇宙では、近傍宇宙に見られるような丸い円盤銀河になっていることがわかった。理論的な研究を参考にすると、銀河中心のバルジないしは超巨大ブラックホールの成長に伴って、円盤の形が丸くなってきた可能性が考えられる。円盤銀河の形態獲得と円盤の進化に関連があることが示唆され、大変意義深い結果であると考えられる。この成果については学会等で発表し、現在論文執筆中である。赤方偏移が約1.4(90億光年)に存在する星形成銀河のALMAによる分子ガス観測の結果がほぼまとまった。

最終年度には、スタッキング解析以外に個別の銀河での弱い分子輝線検出アルゴリズムを考案し、個別にも約半数の銀河で輝線が検出されていることがわかった。銀河のガス量とその割合は近傍の星形成銀河でのそれらに比べて有意に大きく、またガスの割合は星質量あるいはガス金属量と共に減ること等がわかった。また、これらの結果を銀河化学進化モデルと比較し、ガス流入と星形成によるガス消費、ガス流出が釣合ういわゆる平衡モデルに近い状態であることが分かった。これらの結果は、国際研究会等で複数の発表を行い、現在論文執筆中である。また、この研究対象の銀河の一つについては、クランプ構造が発見されたのでその追及観測を電波(VLA)及び近赤外(GEMINI)で行なったが、データの質が悪く明確な結果は得られなかった。引き続き追求観測を行ないたい。また、serendipitous sourcesの性質を調べた結果は論文として投稿中である。野辺山宇宙電波観測所45m鏡を用いて同じ時代の星形成銀河におけるガス・ダスト比の研究も進めてきたが、さらにサンプル数を増やすことができた。昨年度の結果と共に、これまでに得られてきた結果を確認することができ、ガス・ダスト比の宇宙論的進化は宇宙の早い時期に既にかなり進んでいたことが示唆されている。現在論文執筆中である。銀河形態の研究については、結果を論文発表できた。その他、すばる望遠鏡による観測から、赤方偏移1.4付近の星形成銀河における金属量と星質量等が平衡モデルの化学進化モデルと合致すること、またそのガス流入・流出の宇宙論的進化を描き出せたこと、ガンマ線バーストの母銀河での分子ガス輝線の初検出ができたこと等多くの実りある結果が得られた。天文学ALMAで取得したデータの本格的な処理解析を行ったが、昨年度実績に書いたように「意外な驚くべき結果」が出てきたため、注意深くデータ処理解析のテストを行った。その結果、ALMAの観測データの処理解析に提供されている世界標準のデータ処理解析ソフトにバグやそこまで言わなくてもデータの取り扱いに整合性がない部分があること等を発見したり、データの情報に誤りがあることを発見したりと、観測やデータ処理ソフトの不具合をいくつも発見することとなった。ALMA観測所側でも対応が一筋縄ではいかない部分もあり、予想外に多大な時間がかかってしまった。ALMAコミュニティにはバグだしで相当な寄与したかもしれないが、研究の進捗状況という意味では予定より遅れることとなった。ALMAの観測結果の解析については、観測時期が遅くてデータの配布が遅れたこともあり、予定より若干遅れている。しかし、一方で意外な驚くべき結果もでてきたことで、その解析に時間がかかっていることも要因なので、必ずしもネガティブな評価にはならないと判断される。また、この意外な結果によって予想以上の成果が得られる可能性が出てきた。また、野辺山宇宙電波観測所で、同様の観測を行いつつあり、これは予定以上と考えられるが、平成25年度も観測を続行するので、評価は今後であろう。銀河形態進化の研究は、多少遅れ気味ではあるものの、結果については、期待通りの結果となり、円盤銀河の三次元形状が赤方偏移と共に少しづつ変わっていくということが予想よりはクリアに示すことができたと考えられる。従って、総合的には、概ね順調に進展していると判断される。最終年度であり、とりまとめに重点をおいて進める。
有機系有害化学物質汚染の高効率浄化のための植物-分解菌共生システムの開発

ウキクサやヨシなどの水生植物の根圏からフェノール性内分泌撹乱化学物質を効率よく分解する分解菌を分離することに成功した。また、その根圏において、植物による微生物活性化作用と分解菌の化学物質分解触媒作用の協働作用によって、フェノール性内分泌撹乱化学物質の分解が促進されるメカニズムの一端を明らかにした。さらに、水生植物の根圏に分解菌を定着させた分解菌共生型水生植物植生システムを作製したところ、フェノール性内分泌撹乱化学物質汚染水を効率よく、かつ、長期間安定的に浄化処理することが可能であることが実証された。本研究は、水生植物根圏から内分泌攪乱化学物質分解菌を探索、取得し、その分解菌を植物根圏に再導入させた植物-分解菌共生システムによって内分泌攪乱化学物質汚染水を処理する新しいシステムを開発するための基礎を築くことと、そのシステムの有効性を実証することを目的としている。その目的を達成するため、平成22年度は、1水生植物の根圏から内分泌攪乱化学物質分解菌の分離と取得と、2分解菌の特性と分解機構の解明の研究課題を実施した。自然の水環境あるいは温室内の水生植物の根圏微生物群集を採取し、内分泌攪乱化学物質分解菌の集積培養を行ったところ、ウキクサ根圏からブチルフェノール分解菌、有機リン系農薬分解菌とニトロフェノール分解菌を、ヨシ根圏からノニルフェノール分解菌、ブチルフェノール分解菌、ビスフェノールA分解菌とピレン分解菌を分離、取得することに成功した。さらに、生理特性試験、化学物質分解実験、遺伝子解析や酵素活性試験を通して、分離した分解菌の基本的な生理特性と化学物質分解メカニズムを明らかにすることができた。特に、ヨシ根圏から分離した4-tert-ブチルフェノール分解菌は、4-tert-ブチルフェノールを資化する世界で初めての細菌であり、非常に価値の高い分解菌を分離、取得することができた。また、分離したこれらの分解菌は、これまでに報告されている分解菌と同等、あるいはそれ以上の高い分解活性を示し、優れた環境浄化触媒として実用性の価値も高いことが分かった。本研究は、水生植物根圏から内分泌撹乱化学物質分解菌を探索、取得し、その分解菌を利用した植物-分解菌共生システムによって内分泌撹乱化学物質汚染水を効率良く浄化処理する新しいシステムの基礎を築くことと、そのシステムの有効性を実証することを目的としている。平成23年度は、1.水生植物根圏から分離した内分泌撹乱化学物質分解菌が植物との共生関係において、その分解作用が促進、強化されるメカニズムを解明することと、2.水生植物根圏から分離した内分泌撹乱化学物質分解菌を微生物材料として組み込んだバイオシステムによる汚染水処理の実証実験を実施した。ヨシの根圏から分離したノニルフェノール分解シュードモナス細菌と4-tert-ブチルフェノール分解シュードモナス細菌をヨシ根圏に再導入して共生システムを作製したところ、いずれのシュードモナス細菌もヨシ根圏に長期間定着した。そのとき、ヨシはその根を通じて、根圏に定着したシュードモナス細菌に酸素と有機物を供給しており、それらがシュードモナス細菌の炭素・エネルギー源や分解活性促進剤の役割を果たしていることが明らかとなった。また、上記2種類のシュードモナス細菌は、ノニルフェノールあるいは4-tert-ブチルフェノールばかりでなく、多種類のアルキルフェノール類とビスフェノール類を幅広く分解することも明らかとなった。そのシュードモナス細菌をヨシ根圏に定着させた分解菌共生型ヨシ植生浄化システムと、シュードモナス細菌をアルギン酸カルシウムビーズに固定したバイオリアクターを作製したところ、いずれの場合も多種類のアルキルフェノール類とビスフェノール類からなるフェノール性内分泌撹乱化学物質混合汚染水を効率良く、かつ、長期間安定的に浄化処理することが可能であることが実証された。以上の一連の実験から、水生植物根圏から分離した内分泌撹乱化学物質分解菌の排水処理への有用性を示すことができた。
テラヘルツ帯における金属フォトニック結晶に関する研究

本研究において,円孔配列型金属フォトニック結晶の透過特性に関する研究を行った.一般に,光(電磁波)の波長より小さい直径を有する金属開孔の透過率はきわめて低い.しかし,金属開孔を周期的に配列することにより,非常に透過率が増大する,光の異常透過現象が報告されている.本研究では,この現象の物理的原因を,テラヘルツ電磁波帯において詳細に調べ,またその過程の中で金属フォトニック結晶に関して新たな光学特性を見いだした.以下に研究の概要を示す.まず前年,透過スペクトルの入射角度依存性,開孔数依存性の実験結果から,光の異常透過現象には表面プラズモンが非常に重要な役割を果たすことを確認した.この物理描像に対するさらなる証拠を得るため,金属表面に誘電体を添付し,そのときの透過スペクトルの変化を調べた.その結果,透過スペクトルは金属表面の状態に非常に敏感に反応した.これは表面プラズモンの存在及び,異常透過現象への寄与を裏付ける,非常に重要な結果である.また前年,金属フォトニック結晶を2層積層することにより,透過特性のチューニングが可能であることを見いだした.これは2層間のファブリー・ペロー効果に加え,表面プラズモンのカップリングによるものであることを確認した.今回さらに,開孔径の異なる積層型金属フォトニック結晶を作製し,単層型金属フォトニック結晶では透過率が非常に小さい,波長以下の微小開孔の透過率が非常に増強される現象を見いだした.この結果は,光やテラヘルツ電磁波を波長以下の領域に,高効率で閉じこめることが可能であることを意味しており,ニアフィールド光学デバイス及び,将来のプラズモニクスデバイスの実現に関して,非常に重要な知見を与えるものである.本研究において,円孔配列型金属フォトニック結晶の透過特性に関する研究を行った.一般に,光(電磁波)の波長より小さい直径を有する金属開孔の透過率はきわめて低い.しかし,金属開孔を周期的に配列することにより,非常に透過率が増大する,光の異常透過現象が報告されている.本研究では,この現象の物理的原因を,テラヘルツ電磁波帯において詳細に調べ,またその過程の中で金属フォトニック結晶に関して新たな光学特性を見いだした.以下に研究の概要を示す.まず透過スペクトルの入射角度依存性,開孔数依存性の実験結果から,金属フォトニック結晶表面に励起される表面プラズモンのフォトニックバンドを確認した.これは光の異常透過特性が表面プラズモンの励起と密接に関係している証拠である.またフォトニック結晶の材料の誘電率を,温度を制御することによって変化させ,光の異常透過現象には表面プラズモンが非常に重要な役割を果たすことを確認した.また,金属フォトニック結晶を2層積層することにより,透過特性のチューニングが可能であることを見いだした.これは2層間のファブリー・ペロー効果に加え,表面プラズモンのカップリングによるものであることを確認した.現在,この現象における詳細な解析を行っている.さらに本研究では,金属フォトニック結晶透過後の光の偏光が回転する現象を見いだした.これは金属フォトニック結晶を波長板として利用できることを示唆している.現在テラヘルツ領域では波長板が実現されておらず,金属フォトニック結晶により波長板の実現が可能になると考えられる.この現象は,従来の波長板とは原理が全く異なる新規の現象である.偏光スペクトルの入射角度依存性や偏光角依存性など詳細な実験を行うことによって,この現象が表面プラズモンと密接に関係していることを見いだした.この偏光特性は,金属フォトニック結晶の幾何構造により変化させることができ,現在さまざまな構造の金属フォトニック結晶を作製することにより,偏光特性の向上を行っている.本研究において,円孔配列型金属フォトニック結晶の透過特性に関する研究を行った.一般に,光(電磁波)の波長より小さい直径を有する金属開孔の透過率はきわめて低い.しかし,金属開孔を周期的に配列することにより,非常に透過率が増大する,光の異常透過現象が報告されている.本研究では,この現象の物理的原因を,テラヘルツ電磁波帯において詳細に調べ,またその過程の中で金属フォトニック結晶に関して新たな光学特性を見いだした.以下に研究の概要を示す.まず前年,透過スペクトルの入射角度依存性,開孔数依存性の実験結果から,光の異常透過現象には表面プラズモンが非常に重要な役割を果たすことを確認した.この物理描像に対するさらなる証拠を得るため,金属表面に誘電体を添付し,そのときの透過スペクトルの変化を調べた.その結果,透過スペクトルは金属表面の状態に非常に敏感に反応した.これは表面プラズモンの存在及び,異常透過現象への寄与を裏付ける,非常に重要な結果である.また前年,金属フォトニック結晶を2層積層することにより,透過特性のチューニングが可能であることを見いだした.これは2層間のファブリー・ペロー効果に加え,表面プラズモンのカップリングによるものであることを確認した.今回さらに,開孔径の異なる積層型金属フォトニック結晶を作製し,単層型金属フォトニック結晶では透過率が非常に小さい,波長以下の微小開孔の透過率が非常に増強される現象を見いだした.この結果は,光やテラヘルツ電磁波を波長以下の領域に,高効率で閉じこめることが可能であることを意味しており,ニアフィールド光学デバイス及び,将来のプラズモニクスデバイスの実現に関して,非常に重要な知見を与えるものである.