目次
第６号 ２００５年６月

1

Low Temperature and Materials Sciences (Kyoto University)
Number 6, June 2005
Table of Contents

2

巻

頭

言

巻 頭 言

低温物質科学研究センター長

水崎 隆雄

京都大学低温物質科学研究センターは平成 14 年 4 月に発足し、3 年経過致しました。私も初代のセンター長の任期を終えて、平成 16 年度に再選され 2 期目を迎えました。本誌 5 号にセンター長再任のご挨拶を書く予定でしたが、のびのびになり本号になりました。
研究センターとして発足した翌年から、センターの立ち上げに加え、大学法人化に伴う学内全セン
ターの再編とも言える新機構の立ち上げに参加することになりました（平成 17 年度から環境安全保健機構に属する）。その結果、センター自身の整備が難渋しております。当初より本センターの運営交付
金はほぼ皆無の状態であり、センター化後は光熱水量も受益者負担になりました。センター設立時の計画も現在道半ばであります。
当センターの重要な業務の一つは、寒剤を全学に安全かつ安定に供給する事です。低温科学も低温
物質科学の分野のみならず、エネルギー工学などの低温応用研究や極低温電子顕微鏡による蛋白質構
造解析や医学部を中心にした多チャンネル SQUID 磁束計や MRI による高次脳生態研究、NMR やSQUID などの極低温環境を利用した各種の先端計測機器の開発などの学際領域へ広がり、本学の極低
温環境を利用した研究分野や研究者数は急激に増大致しました。センターが行っている本学の寒剤の利用者を対象にした保安講習会でも、今年は 1,500 名の受講者がありました。液体窒素で 2,500 名、ヘリウムで 500 名のぐらいの利用者がセンターを利用しています。当初の計画でありました、吉田地区のヘリウム液化機の更新は平成 15 年度に完了し、吉田地区に順調に液体ヘリウムを供給しております。
工学部等が移転した桂キャンパスでの寒剤供給体制は、ヘリウム液化機の設置が平成 17 年度の予算で認められ、今年度中に設置が完了する予定であります。現在の残っている問題としては、東大路を渡って医学部や薬学部地区にまでヘリウムの回収配管を増設する事があります。SQUID や MRI の応用・開発などで多量のヘリウムが外部から購入され空気中に放出されています。最近の医工連携プロジェ
クトも始まり、医学部地区へのヘリウムの供給・回収は全学センターをして放置できない緊急課題と了解しております。現在センターのヘリウムの供給量は 10 万リットルでありますが、これらの供給・回収システムが完成すれば 20 万リットルの利用が期待されています。
本センターは 4 つの研究部門を持ち、10 名の専任教官が低温物質科学の研究と全学的な低温物質科
学研究促進のための研究拠点をしての役割を担っています。研究部門には、4 名の機関研究員が配属され、専任教官と研究プロジェクトを推進しています。しかしながら、研究部門はその職務を遂行するための研究棟がなく、色々の部局に居候をしているのが現状です。工学部が桂に移転した後の跡地を改修して研究棟を確保する計画がありますが、どのような日程で計画が進むか見通しがたちません。
昨年度、いくつかの部局とセンター専任教官の共同プロジェクトとして、暗黒物質の検出プロジェク
トが始まり、大学の補助を受けてセンター横の RI センター敷地内に研究棟が立つ予定であり、暗黒物質検出に関連した幾つかの実験が立ち上がります。また、宇治地区の新総合研究棟に 97 m2 のセンタ
3

ーの研究室が期限付きで認められました。
広報活動の活発で、センター誌もセンター発足前の極低温月報から LTM センター誌に名前を改め、編集委員会の努力もあり内容の充実したものになったと自負しております。専任教官が中心になって開催されている公開講座は中々盛況で、低温科学という事をキーワードにして、多くの分野の間の交流に役立っているように思います。センター・セミナーは月 1 回ぐらいの頻度で開催され、講演要旨
はセンター誌に毎号掲載されています。学際的な問題を取り挙げて、多くの研究者が参加できるようなセミナーにしたいと思っています。
最近の研究はプロジェクト指向が強くなり、重点投資が一層強化されていますので、インフラ機能を支えるセンターの運営は難しくなって行くことが予想されます。本センターの受益者負担も今年は一層進むことと思います。センターが今後、発展して行くためにはセンターを利用されている皆様の努力が必要です。一層のご支援をお願いする次第です。

4

研究ノートイッテルビウム原子のボース・アインシュタイン凝縮とその展望
Bose-Einstein Condensation of Ytterbium Atoms and Its Prospects
高橋義朗 1,2
1
京都大学大学院理学研究科，2（独）科学技術振興機構クレスト
Yoshiro Takahashi 1,2
1
Graduate School of Science, Kyoto University,
2
JST-CREST
1. はじめに1980 年代から発展してきたレーザー冷却の技術を活用することで，1995 年にアルカリ原子気体のボース･アインシュタイン凝縮（BEC）が実現された[1]．それ以来，原子物理学，量子エレクトロニ
クスの分野のみならず，低温物理学，統計物理学，原子核物理学，などの研究者を巻き込んで急速な勢いで研究が進み，2001 年度のノーベル物理学賞は，希薄気体アルカリ原子の BEC の実現とその基礎研究に対して与えられたことは，記憶に新しい．
ボース･アインシュタイン凝縮という現象自体は，
超流動ヘリウムなどにおいてすでに実現されていたわけであるが，希薄気体アルカリ原子の系では，その優れた操作性，高感度検出，理論と実験の優れた対応，などの理由から，超流動ヘリウムの系において観測されていた，もしくは予測されていた様々な現象を，極めて定量的にかつ様々な観点から研究することが可能になり，BEC 現象の本質的理解を深めることができた．
また，フェルミ粒子に対しての量子縮退状態であるフェルミ縮退状態もカリウム原子[2]，リチウム
原子[3]に対して実現し，極最近には，長寿命の分子 BEC の生成[4]や，固体の超伝導状態に対応する，
原子の BCS 状態の生成に成功したことが報告されている[5,6]．このように，レーザー冷却原子を用いた量子縮退の研究の勢いは，いまだ衰える気配がない．
こうしたこれまでのレーザー冷却原子を用いた BEC は，そのほとんどがアルカリ原子についてで
図 1 を参照しある(87Rb, 23Na, 7Li, 85Rb, 41K, 133Cs) [1,7-11]．

1995年

87

1998年

1

磁場に対して敏感であり，また超微細相互作用が存在す

2000年

85

る．これは，磁気トラップ法を可能にし，また準分子ポ

2001年

41

2003年

133

て頂きたい．水素原子[12]及び準安定励起状態のヘリウ

23

Rb

Na

7

Li

ム原子[13]の BEC も報告されているが，実効的に１電子系であるという意味では，アルカリ原子と基本的には変わらない．１電子系原子の特徴は，基底状態および励起H状態に電子スピンが常に存在することである．
そのため，

Rb

K

4

He*

テンシャルにおける超微細構造間の相互作用に基づくフェシュバッハ共鳴現象による散乱長の制御を可能にし，多様な操作性をもたらしている[14]．さらに，スピン自由度をもった BEC，いわゆる，スピノール BEC という

Cs

174

Yb

図 1 これまでに実現した原子の BEC

新たな研究の方向性も提供している[15]．
5しかし，原子レーザーなどの原子光学に応用しようとすると，電子スピンの存在は揺動磁場の影響を大きくうけてしまうことになり，高精度な原子干渉計を構築するうえでは好ましくない．また，冷却原子系を用いて量子計算機を構築しようという研究が最近世界各国で行われているが，特に，盛んに研究が行われている固体表面上での原子操作，いわゆる「原子チップ」においても原子は揺動磁場による加熱を受けて，寿命が短くなってしまうということが大きな問題となってきている．
一方，我々はここ数年，広く用いられてきたアルカリ原子ではなく，希土類のイッテルビウム（Yb）
原子のレーザー冷却の研究を行ってきた．Yb 原子はパリティー非保存の研究や永久電気双極子モーメ
ントの探索による時間反転対称性の破れの検証，さらに原子時計への応用など幅広く興味を持たれている原子である．Yb 原子のレーザー冷却研究を推し進めていった結果，最近，我々はこの Yb 原子のBEC を全光学的に生成することに成功した[16]．Yb 原子は，アルカリ土類原子と同様な 2 電子系の原子であり，図 2 のようなエネルギー準位構造を持つ．Yb 原子の BEC は，これまでのアルカリ原子の
BEC にはない様々な魅力的な特徴を備えているため，単に BEC することができた原子種が一つ増えたという以上の意味を持っている．本稿では１マイクロケルビン以下のナノケルビン領域において達成した，我々の Yb 原子の BEC 生成実験とその応用に関する展望を紹介したい．

25068cm-1
6s6p P1
5.5ns
1

6s5d

399 nm
6s6p
6s2 1S024752cm-1
24489cm-1
19710cm-1
17992cm-1
17288cm-1

556 nm3

D2 460 ns
D1 380 ns

3
3

P2 ~15 s
P1 875 ns

33

P0

0 cm-1図 2 Yb 原子のエネルギー準位．２つの最外殻電子のスピンが反対向きのスピン 1 重項状態とスピンの向きが揃ったスピン３重項状態がある．

2. 全光学的 BEC 生成
冒頭，「レーザー冷却の技術を活用することで，BEC が実現された」と書いたが，実は，レーザー「冷却」のみによって達成されたわけではない．光の吸収を伴うレーザー冷却法は，数 µK 程度までの低温や 1012 cm-3 程度の原子密度の原子集団を得るのには大変有効な方法であるが，それ以上の低温や高密度を得る方法としては，都合が悪い．まず，温度の限界は，単一光子の反跳によって決まり，
この限界温度 T=(ħk)2/(mkB)は通常数 100 nK 程度になる．また，高密度集団に共鳴に近い光を入射したときには，トラップ中の原子の自然放出光を別の原子が吸収してしまい，原子間に実効的な反発力が働き，更なる高密度化が抑制されてしまう．また同時に，光誘起の原子間衝突が起こり，加熱や原子がトラップから逃げる原因となってしまうため，極めて都合が悪い．そのため，以上に挙げたアルカ
リ原子では，あらかじめレーザー冷却法により低温・高密度にした原子集団を，空間的に不均一な磁場と原子の磁気モーメントの相互作用による磁気トラップ法を用いて長時間トラップし，そこで高周波磁場によるスピン反転を利用して，高温の原子を選択的にトラップから逃がすことによる冷却法，
6いわゆる蒸発冷却法により，通常 100 nK 程度の BEC やフェルミ縮退への転移温度を達成している．
すなわち，最後の段階になって，レーザー冷却の利用をあきらめる，という選択をしたのである．
一方，最近になって，全光学的方法によって，原子の BEC やフェルミ縮退を実現できることが報告されている．これは，蒸発冷却を採用したうえで，そのトラップの「器」として光トラップを利用するというものである．すなわち，全光学的な量子縮退生成法とは，レーザー冷却により予備冷却した
のち，磁気トラップではなく，光によるトラップに導入し，そこで光強度を徐々に低くしていくことにより蒸発冷却を行い，量子縮退を生成するということである．ここで，光トラップとは，原子に非共鳴なレーザー光を照射することによってできるポテンシャルに原子を閉じ込めることであり，このポテンシャルは，
光による原子のエネルギー準位のシフトでもあり，
ライトシフトとも呼ばれている．
また，正弦波の光電場によるシフトでもあり，AC シュタルクシフトとも呼ばれる．光の周波数が原子の共鳴周波数よりも低い場合には，光ポテンシャルは負になり，光ビームをレンズ等でフォーカスさせるだけで，強度が最も高い焦点に原子をトラップすることが可能になる．このような光トラップ中
で蒸発冷却を行うわけであるが，蒸発冷却の過程では，原子間衝突による熱平衡化を利用している．
この原子間の弾性衝突のレート Гel は，Гel = nvσ で与えられる．ここで σ は衝突断面積，v は平均速度である．これから分かるように，高密度な方が，言い換えれば，トラップによる閉じ込めが強い方が，Гel は高い値をとることになる．一般に光トラップでは磁気トラップに比べて，強い閉じ込めを実現できるため，蒸発冷却の最終段階においても高い弾性衝突レート Гel を維持でき，しかも比較的短時間で蒸発冷却を行うことが可能となる．また，フェシュバッハ共鳴のようなスピン自由度を利用して，衝突断面積 σ を共鳴的に大きくすることができることも大きな利点である．これまでに，この全光学的手法により，87Rb 原子 BEC[17]，Cs 原子 BEC[11]，Li 原子フェルミ縮退[18]，Yb 原子 BEC [16]，が達成され、さらに最近は，Li 分子の BEC[4]や BCS [6]も報告されている．

3. Yb 原子 BEC 生成実験
本章では我々がどのようにして Yb 原子 BEC を達成したかを説明する．図 3 を参照して頂きたい．
実験の第一段階はスピン禁制の異重項間遷移（1S0−3P1）を用いた磁気光学トラップ（MOT）である[19]．3P1 準位の輻射寿命は 870 ns であり，アルカリ原子の D 線などに比べて１桁以上長いため，ドップラー限界温度が4.4 µKと非常に低いことが特徴である．
174

Yb に対して実験を行った

結果は，原子数は約 108 個，

ミラー
トラップ光
(532nm)原子密度は約 1012 cm-3，温度は約 10 µK，トラップ寿命
は約 100 秒，であった．この段階で，位相空間密度は 10-5なっている．

レンズ

プローブ光(399 nm)となっており，BEC を作るのには，かなりいい初期条件と

レンズ

原子集団
MOT光
(556 nm)

CCD

Yb 原子の基底状態には電子スピンがないために，磁気

図 3 全光学的 Yb 原子 BEC 生成の実験装置．
7

トラップを行うことはできない．
したがって，蒸発冷却のための保存力によるトラップを実現するにBEC

は，光によるトラップが唯一の方

T=0.46µK
T=0.46µK法である．我々の実験では，２本の光をそれぞれのフォーカス点で重ねることで，いわゆる，交差型
光トラップを実現した[20]．このときトラップ深さは約 1 mK で，原子数は約 105，原子密度は約 1014
cm-3，
温度は約 100 µK，であった．
1014 cm-3 という原子密度は，極めて高いものであり，これは原子間衝突によって生成されていること

図 4 転移点付近での原子の運動量分布（トラップから開放後 5．右上図は 2 次元分布を表している．
ms の原子の分布）を我々は明らかにした[20]．
最終段階の蒸発冷却であるが，当初，光を水平面内で交差させた配置で実験を行っていたが，最終的には、鉛直面内（１本は水平，
もう１本は鉛直）で交差させた配T=0.79µK

置に改良した．後者の配置では重力の影響を利用することで，非交差領域に蒸発した高温の原子が留まってしまうことを回避できる．
この配置で，光強度を徐々に下げることで交差型光トラップ中の
174

Yb 原子に対して蒸発冷却を行った結果，約 5×103 個の原子からなる BEC を生成することができた．転移温度近傍での原子の運動量分布を

図 5 転移点より高温での原子の運動量分布（トラップから開放
後 5 ms の原子の分布）．右上図は 2 次元分布を表している．

示したのが，図 4 である．非等方な広がりとともに、二つの構造，すなわち熱原子の分布とより狭い BEC 原子の分布が共存していることが分かる．一方，図 5 に示す通り，転移温度より高温では熱原子による等方的な分布が観測される．
これらが BEC 相転移が起こっていることの証拠である．

4. Yb 原子 BEC の展望
このようにして実現した Yb 原子の BEC には，どのような新しい可能性があるのであろうか？
まず，その２電子系のエネルギー準位に起因した特徴に着目してみる．基底状態には電子スピンも核スピンも存在しない．したがって，浮遊揺動磁場の影響を無視できるため，原子レーザーを用いた
8高精度干渉計や，長寿命の原子チップの構築などが期待できる．実際，同様の２電子系の原子である
Sr 原子に対して，電場のみによる原子チップが最近開発され，これを量子ビットとした量子計算機の研究が有望視されている．次に，励起状態に着目すると，準安定状態 3P2, 3P0 状態が存在していることが特徴として挙げられる．これらの準安定状態と基底状態との間には，弱い光遷移が可能である．
この遷移は，
ともに mHz 台の非常に狭い線幅を有しており，
光周波数標準として有望視されている[21]．
同じエネルギー構造をもつ Sr 原子に対しては，冷却原子を光の定在波（光格子）によるポテンシャル
中に導入することにより原子を光の波長以下に閉じ込め，これにより熱運動のスペクトルに及ぼす影響を回避するという，いわゆる「光格子時計」[22]が提案され，極低温の Sr 原子を用いた原理実証実験が最近おこなわれ，注目を浴びている．この「光格子時計」は Yb 原子に対しても，全く同様に機能すると考えられているが，特に，重い原子である Yb 原子には相対論的効果が大きく寄与するため，
最近いろいろな系で探索されている微細構造定数の時間変化の検出に対して有望であると考えられる．
BEC を用いることにより，原子は光格子ポテンシャルの振動基底状態にのみ存在することになり，熱運動によるスペクトルの広がりを根本的に除去することが期待できる．
また，準安定状態 3P2 においては，原子間相互作用が大変ユニークな振舞いをすることが指摘されている[23]．これまでに BEC が実現している原子の電子状態は電子軌道角運動量 L＝0 の S 状態であるが，電子軌道角運動量 L＝1 の P 状態においては，原子間に四重極―四重極相互作用が働く．このために，ファン・デア・ワールス力による引力だけでなく，原子間距離 10 nm 程度から斥力が加わり，その結果，長距離分子が形成される．この長距離分子状態は，印加した磁場に敏感に変化し，その結
果，原子間相互作用を共鳴的に引力から斥力まで大きく変化させることが可能になる．現在，我々は光トラップされた基底状態の原子を別の励起状態 3D2 を介して間接的に 3P2 状態に励起することにより，光トラップ中で 3P2 状態 BEC を生成することを試みており，3P2 状態における原子の基本的な振舞いが明らかになりつつある．
さらに，Yb 原子系にはボソンおよびフェルミオンを含む豊富な同位体が存在することも大きな特徴のひとつである．７つの安定同位体の存在比は，ボソン: 168Yb(0.14%), 170Yb(3.1%), 172Yb(21.9%),
174

Yb(31.6%),176Yb(12.6%)，フェルミオン:171Yb(14.4%), 173Yb(16.2%)と，かなり均等に分布している．

これは，他のアルカリ原子やアルカリ土類原子にはない特徴である．このことは，今回我々が 174Yb
原子に対して行った実験システムを用いて，他の同位体についても同様に実験を行える，ということを意味する．最近の結果では，176Yb 原子に対しては，トラップから開放したときに，174Yb の BEC よりも激しく非等方的に広がる様子が観測された．現在様々な観点からの確認を急いでいる．また，172Yb
原子では蒸発冷却がうまく機能していない．これから，172Yb 原子では原子間相互作用が弱いことが予想される．これらの同位体を変えた実験では，実験パラメーターは全く変えていないため，観測された振舞いの違いは，同位体固有の原子間相互作用の違いに容易に帰着させられる．また，混合量子縮退系を生成することも比較的容易である．我々はすでに，フェルミオン 171Yb とボソン 174Yb の対，さらに 172Yb と 174Yb のボソン対，176Yb と 174Yb のボソン対についても光トラップすることに成功している[24]．多様な量子縮退系の研究を行うことは，我々により深い量子縮退の物理の理解をもたらすであろう．
フェルミ同位体 171Yb および 173Yb の存在は特に興味深い実験系を提供してくれる．フェルミ縮退
した原子集団を光格子に導入し，これを，固体の結晶格子中の電子系とみなしそのシミュレーターとする研究が，量子情報の観点から最近注目されている[25]．量子系をシミュレートするには，別の量子系を用意する必要があり，古典系をもってしては「手に負えない」，ということが，ファインマンの9指摘以来，量子情報研究の基礎となっている．シミュレーションを行う対象として特に興味深い系として強相関電子系が挙げられる．我々は，特に現在でも凝縮系物理学の大きな宿題とされる銅酸化物
における高温超伝導の解明に向けて，フェルミ縮退した 171Yb 原子を 2 次元の光格子中に導入した系を用いた，2 次元ハバードモデルの量子シミュレーション研究の準備を進めている．この系では，格子間のホッピングレートや原子間相互作用，2 次元面間のホッピングレート，格子の充填率（ドープレート），などのパラメーターを精密にコントロールすることができ，しかも，現実の固体サンプルのような不純物の混入などは全く考える必要がない．さらに光を用いた高感度な測定手段も開発されている．これまでに，フェルミオン 171Yb をボソン 174Yb との衝突により超低温に冷却する，いわゆる協同冷却の実験に成功しており，フェルミ縮退まであと一歩のところまで来ている．
また，Yb 原子の BEC を原子リソグラフィーに応用するのは産業上も大変興味深い．Yb 金属の反応性は低く，空気中においても比較的安定である．これは，これまで BEC が実現した原子種にはない特徴である．最近，原子オーブンからの熱原子を用いて，日本のグループが，Yb 原子を用いた原子リソ
グラフィーの実験を行い，約 200nm の構造を作成することに実際に成功している[26]．これを BEC に置き換えることにより，より微細で多様な構造を作成することができるであろう．

5. おわりに
以上，Yb 原子の BEC 生成実験とその将来展望について紹介した．現在我々は，応用に向けた研究を準備しているところであるが，海外においても，Yb 原子のレーザー冷却研究は急速に進展し始めている．例えば，Rb 原子と Yb 原子を同時に光トラップし，極性分子である YbRb 分子を生成しようとする研究が，ドイツの研究者により進められている．このような極低温の極性分子は，量子計算機や，永久電気双極子モーメントの探索などに有望であるとされており，大変興味深い．また，国内外の複数の国立標準研究所において，本稿で紹介した光周波数標準への応用を目指した本格的な研究がスタートしようとしており，今後，この分野の研究進展が注目されるところである．
最後に，本研究は多くの方々との共同研究であり，ここに深く感謝したい．日本学術振興会博士研究員（京都大学大学院工学研究科）の高須洋介氏は，本研究において中心となって多大な貢献をして頂いている．大学院生の山口敦史氏および加藤豊氏には，装置の改良も含めて，２年間大いに尽力頂
いた．H16 年度より新たに加わって頂いた COE 研究員東條賢氏および JST 研究員植竹智氏には，本研究推進にさまざまな面で貢献して頂いている．大学院生の北川昌明氏，福原武氏，橋本大祐氏には，すでに多くの貢献をして頂き，現在も精力的に研究を推進していただいている．また，本研究は熊倉光孝助手との共同研究でもあり，ここに深く感謝したい．
参考文献[1] M. H. Anderson, J. R. Ensher, M. R. Andrews, C. E. Wieman, and E. A. Cornell, Science 269, 198 (1995).
[2] B. DeMarco and D. S. Jin, Science 285, 1703(1999).
[3] A. G. Truscott, K. E. Strecker, W. I. Maclenxander, G. B. Patridge, and R. G. Hulet, Science 291, 2570
(2001).
[4] S. Jochim, M. Bartenstein, A. Altmeyer, G. Hendl, S. Riedl, C. Chin, J. Hecker Denschlag, and R. Grimm,
Science 302, 2101 (2003).
[5] C. A. Regal, M. Greiner, and D. S. Jin, Phys. Rev. Lett. 92, 040403 (2004).
10[6] C. Chin, M. Bartenstein, A. Alymeyer, S. Riedl, S. Jochim, J. Hecker Denschlag, and R. Grimm, Science
305,1128 (2004).
[7] K. B. Davis, M.-O. Mewes, M. R. Andrews, N. J. van Druten, D. S. Durfee, D. M. Kurn, and W. Ketterle,
Phys. Rev. Lett. 75, 3969(1995).
[8] C.C. Bradley, C. A. Sackett, J. J. Tollett, and R. G. Hulet, Phys. Rev. Lett. 75, 1687(1995).
[9] S. L. Cornish, N. R. Claussem, J. L. Roberts, E. A. Cornell, and C. E. Wieman, Phys. Rev. Lett.,85,
1795(2000)[10] G. Modugno, G. Ferrari, G. Roati, R. J. Brecha, A. Simoni, and M. Inguscio, Science, 294, 1320 (2001).
[11] T. Weber, J. Herbig, M. Mark, H.-C. Nagerl, and R. Grimm, Science 299, 232 (2003).
[12] D. G. Fried, T. C. Killian, L. Willmann, D. Landhuis, S. C. Moss, D. Kleppner, and T. J. Greytak, Phys. Rev.
Lett. 81, 3811 (1998).
[13] A. Robert, O. Sirjean, A. Browaeys, J. Poupard, S. Nowak, D. Boiron, C. I. Westbrook, and A. Aspect,
Science 292, 461 (2001).
[14] S. Inouye, M. R. Andrews, J. Stenger, H.-J. Miesner, D. M. Stamper-Kurn, and W. Ketterle, Nature 392, 151(1998).
[15] J. Stenger, S. Inouye, D. M. Stamper-Kurn, H.-J. Miesner, A. P. Chikkatur, and W. Ketterle, Nature 396, 345(1998).
[16] Y. Takasu, K. Maki, T. Takano, K. Komori, K. Honda, M. Kumakura, T. Yabuzaki, and Y. Takahashi, Phys.
Rev. Lett. 91, 040404 (2003).
[17] M. D. Barrett, J. A. Sauer, M. S. Chapman, Phys. Rev. Lett. 87, 010404 (2001)[18] S. R. Granada, M. E. Gehm, K. M. O’Hara, J. E. Thomas, Phys. Rev. Lett, 88, 120405 (2002).
[19] T. Kuwamoto, K. Honda, Y. Takahashi, and T. Yabuzaki, Phys. Rev. A. 60, R745(1999).
[20] Y. Takasu, K. Honda, K. Komori, M. Kumakura, Y. Takahashi, T. Yabuzaki, Phys. Rev. Lett. 90,
023003 (2003).
[21] J. Hall ,M. Zhu, and P. Buch, Opt.Soc. Am. B6 2194 (1989).
[22] H. Katori, M. Takamoto, V. G. Pal`chikov, and V. D. Ovsiannikov, Phys. Rev. Lett. 91, 173005 (2003).
[23] A. Derevianko, S. G. Porsev, S. Kotochigova, E. Tiesinga, P. S. Juliene, Phys. Rev. Lett. 90, 063002 (2003).
[24] K. Honda, Y. Takasu, T.Kuwamoto, M.Kumakura, Y.Takahashi, T. Yabuzaki, Phys. Rev. A, 66, 02
1401(R) (2002).
[25] W. Hofstetter, J. I. Cirac, P. Zoller, E. Demler, M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 89, 220407(2002).
[26] R. Ohmukai, S. Urabe, and M. Watanabe, Appl. Phys. B. 77, 415 (2003).

11

アクチン・フィラメントの浸透圧応答に見る超分子構造体の新規機能
Novel Function of Supra-molecular Complex Found in Osmotic Response of Actin
Filaments
伊藤忠直
京都大学低温物質化学研究センター
T.Ito
Research Center for Low Temperature and Materials Sciences, Kyoto University
1． はじめに
アクチンフィラメント(Ｆ−アクチン)は，分子量約 4 万ダルトンの球状タンパク質のアクチン（Ｇ−アクチン）が二重らせん状に方向性を持って会合した，
一次元超分子構造体である．
その役割としては，生体がおこなう「力仕事」をミオシンとともに担っていることがよく知られており，特に「力持ち」の
骨格筋細胞ではアクチンとミオシンが細胞質のタン
パク質の 80 % 以上を占める．一方，筋肉細胞以外

図 1：アクチン系細胞骨格の細胞（非筋細胞）でも，アクチンはタンパク質総重量の 10 %あまりを占め，細胞が生体内を移動したり，増殖の際に分裂したりする時に必要な「力」
をミオシンと協同して出している．
一方これとは別に，多くの非筋細胞ではその細胞質表層がＦ−アクチンの網目状構築物によって取り囲まれており，そこでのアクチンの量は ~10 mg/ml にも達する．このような構築物は細胞骨格と呼ばれ，ちょうど建物の外壁を囲む鉄骨の梁のように，細胞と外界とを仕切っている細胞膜を支え，細胞がさまざまな外力に抗してその形状を保つのに重要な役割を果たしている（図１）．しかし鉄骨の梁とは違って，細胞骨格の構造は状況に応じて絶えず組み変えられ，細胞膜を通じてのシグナル伝達における細胞内の足場になるなど細胞骨格の役割は他にも色々あるが，本文の主題とは直接関係ないのでここでは省略する．
このようなＦ−アクチンの細胞骨格は，F‑アクチンとそれを特異的に架橋する filamin A によって invitro（試験管内）で再構成できる．
（以後，ここではこのように再構成した細胞骨格を「」付き細胞骨
格，即ち，「細胞骨格」と表記する．
）我々はこれまで，細胞が生体内で受けるであろうずり力や浸透圧に対して，「細胞骨格」がどのように応答するかを研究してきた．ひとつには，「細胞骨格」の示す
12粘弾性的性質をレオメーターを用いて調べ，それが 10％以内のずり変形を及ぼす力に対しては，
「完
全弾性体」
（ゲル）
，10 ％から 100 ％の力に対しては，「粘弾性体」として振る舞い，100 ％前後の力を加えると完全な粘性体(ゾル)に可逆的にゲル・ゾル転移することを見出し，それらの転移がＦ−ア
クチンを架橋しているフィラミンの構造が「ほどける」，即ち，きっちりとした３次元構造から１次元のガウス鎖に可逆的に転移することによることを明らかにした［1,2］．このような「細胞骨格」の示
す可逆的なゲル・ゾル転移は，さまざまな大きさの力に対してその形状を保持したり，また変えた

Dextran(a)(b)

りしなければならない細胞にとってすこぶる合理S

Ph的と考えられる．

ta

一方，浸透圧に関しては，Ｆ−アクチンおよび再構成した「細胞骨格」は，従来の考え方では全く理解できない，奇妙な応答を示した［3,4］
．こ

M

I

− ∆S t

c

II

W min

b

れが本文のタイトルにある「超分子構造体の新規Et機能」にあたり，以下はこれについて詳述する．

図２：浸透圧実験系(a)と系のエントロピー(b)詳しくは本文参照．

２．F‑アクチン溶液，「細胞骨格」の浸透圧応答
図２(a)に浸透圧応答の実験装置を示す．すこぶる簡単な装置で，2 万ダルトン以上の分子を透さない半透膜（M）を備えたオスモメーター（I）に，試料（Ｆ−アクチン，または「細胞骨格」）を入れ，外液と平衡になるようにする．この際，内部に不活性分子のデスト
ラン（~４万ダルトンで膜 M を透れない）を加えることにより， 20
cm・H2O ほどの静水圧が懸かるよ
うにしておく．つぎに外液に同じ
デストランを加えて浸透圧バラン
スを崩し，それによって生じる
I→II の水の流れ速度（ J w ）をキャピラリーのメニスカス変化から測定する．この場合，I と II の間の浸透圧の差を表す浸透圧ストレス P f は，両者の間の静水圧（ Ph ）図３:F-アクチン溶液「細胞骨格」の浸透圧流 (a); 0 (○), 1.0 (●), 2.0，(b,c); F(□), 3.3 (■) mg/ml F-アクチン，2.0 mg/ml 「細胞骨格」とデストランの濃度の差（ ∆C ）アクチン溶液(b)，｢細胞骨格｣(c)における ε濃度依存性，(d);「細によって，Pf = Ph − RT∆C と表せ胞骨格」崩壊に伴う急激な水の流れ．

13

る．またこのシステムでは半透膜 M の水に対する透過係数（ L P ; 摩擦係数に反比例）は充分に小さく，そのため内部の溶液の粘性や摩擦は J w に全く影響を及ぼさない．
図３(a)には，このように測定した F‑アクチン溶液および「細胞骨格」における I→II の J w の結果が示してある．F‑アクチン溶液の場合， J w = L P (1 − ε ) Pf と表せ， ε は F‑アクチンの重量濃度の増加に比例して減少する（図 3(b)）．
興味深いことに，「細胞骨格」では 1.0 mg/ml 以上では浸透圧差に伴う水の流れが全く見られなくな．さらに浸透圧ストレスが 40 cm・H2Oる（図３(a)の▼）．即ち，1.0 mg/ml 以上では ε = 1（図３(c)）
を越えると，突然 無限大 の水の流れが生じる（図３(d)）．この流れは，後ほど詳しく述べるが「細胞骨格」の破壊にともなうものと考えられる．
理論的には半透膜M を介するI→II の水の流れ，J w はI とII の間の水のケミカルポテンシャルの差，∆µ w に比例する．これより実験結果は∆µ w = V w (1 − ε ) Pf （ 0 ≤ ε ≤ 1 ）(1)）即ち，Ｆ−アクチン溶液や「細胞骨格」に膜を介して浸と表わせる．
（但し， V w は水のモル体積．
透圧ストレスが加わると，そこでの水のケミカルポテンシャルが「何故か」下がる．
「細胞骨格」にいたってはそのため構造破壊が生じることもある．この「何故か」に対する答えは，浸透圧効果に関する従来の考えの枠組みからは得られない．たしかに，デキストランの添加は単に外液（図２a のコン
パートメント II）の水のケミカルポテンシャルを下げるだけで，その効果がまるで「遠達力」のように半透膜を通じてＦ−アクチン溶液（コンパートメント I）に伝わり，直接その水のケミカルポテン
シャルを下げたり，「細胞骨格」を壊したりすると主張しようものなら，オカルト科学者のそしりを受けかねない．最初にこの実験を行ったときには(もう 1５年以上前)，その「何故か」が皆目わからな
いまま，「ここでの結果は，細胞が浸透圧的な撹乱を受けた時，「細胞骨格」がそれに対するクッショ
ンとなり，細胞は水の流出入を伴わずにその撹乱に対応できることを示す」との 陳腐 なコメント
とともに，実験が示す「細胞骨格」の新規な機能として発表した．また，その後そのような機能を示
唆するような報告がいくつか発表された [5,6]．しかし，この「何故か」はその後も気にはなっていたが，なす術を知らずそのままにしていた．このような状況のもと，たまたま３年ほど前，何気なく「ル･シャトリエの原理」について考えていた時，それを解くヒントのようなものを得た．それ以降，「ああでもない，こうでもない」と時折浮かぶ考えを，ただでさえ少ない情報（他に研究者がいない!）と知識によって紡ぎながら，ようやく今に至って「何故か」がわかるようになった [7,8]．以下にその道筋を記すことになるが，そこでは 退屈 な熱力学が主な話になることを予めお断りする．

３．浸透圧応答の熱力学「物体を平衡から引離す外からのはたらきかけは，このはたらきかけの結果を弱めようとするような過程を物体内に呼び起こす」とは，高校でも習うル･シャトリエの原理である．我々がヒントにしたのはこの原理に他ならない．これを今の場合に当てはめてみると，「膜を介して浸透圧ストレス，即ち水のケミカルポテンシャル差をＦ−アクチン溶液に与えると，
Ｆ−アクチン溶液内にある過程が生じ，
14

そのストレスを緩和するように溶液の水のケミカルポテンシャルを下げる」ということになり，浸透圧ストレスの効果を定性的に説明している．一方，ランダウによれば，ル･シャトリエの原理はエント
ロピーの法則，即ち「（孤立系の）エントロピーは平衡に向かって漸次増大し，平衡点で極値に達する」
ことのひとつの表現である［9］．そこで我々は系のエントロピーを実験で決められるパラメーターで書き表すことを試みた．
図２(b)に，全系を孤立系に近似した場合の実験のそれぞれの時点におけるエントロピー S t が内部エネルギー E t の関数として図解してある．実線は平衡状態のエントロピーを表し，b は浸透圧ス
トレスをかけた直後に全系がとる非平衡状態で，それは最終的に a の平衡状態に達する．今，b を通り，横軸に平行な直線と平衡を表す曲線との交点を c とすれば，線分 bc は平衡状態から非平衡状態 bにする際の最小仕事 Wmin にあたる．この場合，b が平衡近傍にあればそれが到達する平衡状態 a との間のエントロピーの(微小)差 ， dS t は，dS t = −(dS t / dE t )Wmin = −(1 / T ){∆µ w dn wi + n f [1 + (n wi / n f )(dµ wi / dµ f )]dµ f }(2)と表される［7,8］．ここで，∆µ w は F‑アクチン溶液と外液の間の水のケミカルポテンシャルの差，dµ wi
および dµ f はそれぞれ，F‑アクチン溶液内の F‑アクチンおよび水のケミカルポテンシャルの平衡値からのずれである．いま X = −∂S t / ∂n wi = (1 / T ) ∆µ w ，Y = −∂S t / ∂µ f = (1 / T ) n f [1 + n wi / n f ( dµ wi / dµ f )]と置けば，アクチン溶液内の平衡の条件として Y = 0 ，また全系の完全平衡の条件として Y = 0 , X = 0 ，
さらにそれが「極大」のエントロピーを与える条件， (∂X / ∂n wi ) µ f > (∂X / ∂n wi ) Y =0 から，(∆µ w ) µ f ≥ (∆µ w ) Y =0(3)が得られる．即ち，全系が平衡に達するまでの非平衡状態において（3）式の不等式が成り立つ．
上の考察をもとに，図２の実験を熱力学的な言葉に翻訳する次のようになる．デキストラン添加による浸透圧ストレスは，外液とアクチン溶液との間に水のケミカルポテンシャルの差をつくり，全系．この場合，浸透圧ストレスは直接 F‑アクチンに作用しないたを b 点の非平衡状態に移す（ X ≠ 0 ）め，そのケミカルポテンシャル µ f は移行直後には変化せず，同時にアクチン溶液内の平衡も破れる．つぎにまず F‑アクチン溶液内の平衡が回復（ Y = 0 ）し，その後，全系は最終的な平衡の a（Y ≠ 0 ）．これに不等式(3)式を適用すると，左辺の (∆µ wi ) µ f は浸透圧ストレスを点に達する（ Y = 0 ， X = 0 ）加えた直後の水のケミカルポテンシャルの差であり，それは系に加えた浸透圧ストレス V w P f に等し
く，右辺の (∆µ wi ) Y =0 は，F‑アクチン溶液内の平衡が回復した時の差で，(∆µ wi ) Y =0 ≤ V w P f(4)となる．即ち，(4)式は，平衡が回復した F‑アクチン溶液内（ Y = 0 ）では最初に加えたストレス(右辺)が軽減されていることを示している．それゆえ(3)式の不等式は「物体の平衡を撹乱するように加えられた外部要因は，物体内に撹乱の効果を軽減するような過程を引き起こす」という「ル･シャトリエの原理」を熱力学的表現と考えてよく，それは図２の実験結果から得られた(1)式と定性的に一致する．
この理論と実験との一致は，浸透圧ストレスが F‑アクチン溶液の定常状態での水のケミカルポテンシ
ャルをさげる何らかの過程を誘発することを実際に示している．では，どのような過程が生じるので
あろうか？
15

エントロピーの式((2)式)から，一旦非平衡状態（ Y ≠ 0 ）になったアクチン溶液内に再び平衡が回復（ Y = 0 ）した定常状態では Gibbs‑Duhem の関係を表す式，
n wi ∆µ wi + n f ∆µ f = 0(5)が成り立つことが示される．これはアクチンのケミカルポテンシャルの増加が定常状態の水のケミカ
ルポテンシャルの減少させることを示唆する．即ち，浸透圧ストレスがまず F‑アクチンのケミカルポ
テンシャルを増加させ，その結果，水のケミカルポテンシャルが下がることになる．しかし，浸透圧ストレスの直接の効果は単に半透膜を介して内外の溶液の間に水のケミカルポテンシャルの差をつくることであり，それが結果的に F‑アクチンのケミカルポテンシャルを上げるというのはどういうことなのであろうか？次にそのことも含め，どのように F‑アクチン溶液が浸透圧ストレスに応答するのかをその全過程に亘って論じる．

４．浸透圧応答過程(a)State IState II

step 1

initial equilibrium∆µ f = 0, µ w = µ widµ f + dµ wi = 0

non-equilibrium 1

Pf > 0non-equilibrium 2

State Vstationary state

step 4

final equilibrium∆µ f > 0µ w = µ wi − V w [n f ]∆µ f

I

III

µ wi
∆µ f = 0∆G1 = 0∆G i

W′( ∆µ wi ) rev( ∆ µ f ) rev

µ wi
∆µ f

∆µ f = 0µ w = µ wi − V w Pf

− ∆S t(c)

w2 = V wnwi Pf∆G2 = w2A

µ wi(∆µ f ) rev

∆µ w

R1

R2

b

a

w3 = 0 ∆G3 ≤ 0

w1 = 0∆µ f (= ∆Q / n f ) > 0µ w = µ wi

∆Q∆µ f = 0, µ w = µ widµ f + dµ wi ≠ 0State IV

step 3(b)State III

step 2

B

C
D

o

∆µ f

c

図４(a); F-アクチン溶液の浸透圧ストレス応答過程，(b); State I→State III の転移における浸透圧ストレス効
果の図解，(c); step 4 におけるエントロピー変化（A~C）．水溶液 (A)，F-アクチン溶液 (B), 「細胞骨格」(C)．点線矢印 (D) は「細胞骨格」の破壊を示す．

16

先の考察から「もっともらしい」と考えられる浸透圧応答の過程が，各ステップにわけて図４a に図解してある．State I の平衡にある F‑アクチン溶液（以後，F‑アクチン溶液を「系」と略す）に，図２a にあるように半透膜を介して浸透圧ストレスをかけると，「系」はまずその水や F‑アクチンのケミ
カルポテンシャルを変えずして State II の非平衡状態に達する(step 1)．State I と II の違いは，平衡状態の前者で成り立つ Gibbs-Duhem の関係，n wi dµ wi + n f dµ f = 0 が後者ではもはや成り立たない点である．そのため「系」は，その構成要素の一方の F‑アクチンのケミカルポテンシャルのみを変化（増加）させ，State III に移行することが熱力学的に可能となる(step 2)．次の step 3 では，もう一方の構成要
素である水のケミカルポテンシャルが変化（減少）して「系」は State IV の平衡状態（ Y = 0 ）に達する．しかしまだ外液とは平衡にない( X ≠ 0 )．やがて「系」は図２a のコンパートメント I→II の水の流れ J w を伴いながら，最終的な平衡（ X = 0, Y = 0 ）に達する．この場合，定常状態の State IV（5）
ではふたつの構成要素のケミカルポテンシャルの間に Gibbs‑Duhem の関係，n wi ∆µ wi + n f ∆µ f = 0（式）が成り立ち，水のケミカルポテンシャルは平衡状態の State I に比べ， V w [n f ]∆µ f だけ減少する．その結果，外液との差， ∆µ w はことになる．
（但し， [n f ] は F‑アクチンの濃度）∆µ w = V w (1 − ε ) Pf （ 0 < ε = [ n f ]∆µ f / P f < 1 )(6)となり，たしかに実験から得られた（１）式と一致する．
しかし，上の話の筋は単に｢都合よく｣つくられたものに過ぎず，その結果が実験を説明するからといって，それが「理にかなっている」とは言えないのは自明である．その正しさを主張するためには，
浸透圧ストレスのもとで生じる State I から III への「系」の変化，即ち，見かけ上他に何の変化を及
ぼさず F‑アクチンのケミカルポテンシャルのみが変化するということが起こり得ることを合理性的に説明しなければならない．もしそれが起これば，他の状態変化は自明となる．以下にこの F‑アクチンのケミカルポテンシャルの変化を伴う I から III への状態変化を，図４b に図解してある過程に基づき考察する．
図４b において中央の白丸の部分は「系」を，その外側は「外液」を表わす．浸透圧ストレスは「系」
を平衡状態の State I から非平衡状態の State III へ（II を経て）移行させる．その非可逆的な移行に伴う仕事を W ′ とすれば，それは浸透圧ストレスに抗して可逆的に水を外から内へ移行させるに必要な仕事， w2 = V w n wi Pf より大きい，即ち， W ′ ＞ V w n wi Pf となる（紙面の都合上，ここでは詳しく説明できないが，図４b はそのことを表わしている）．また，この State I から III への移行に伴うギブス自由エネルギー変化は ∆G i = n f ∆µ f で，その変化と移行の際の吸熱量にあたるエンタルピーの変化との()

関係から， ∆Q = ∆H ＝ − T 2 ∂ n f ∆µ f / T / ∂T となり，かつ今の場合， ∆µ f の温度依存性は無視できるので，∆Q = n f ∆µ f となる．このことから，もし浸透圧ストレスによる State I から III への移行の際，外液と「系」との間に熱の流れが（実験条件の）等温下でおこれば， F‑アクチンのケミカルポテンシ
ャルは変化することになる．
一方，このような非可逆過程における等温下での熱の流れは仕事の助けがあって初めて可能になるが（第２法則の Clausius による表現がこれを示す），
先に述べた浸透圧ストレスによって生じる仕事，

W ′ がこの仕事に相当する．ただこのことだけでは「系」が吸熱する方向に熱の流れが生じるのか，
17発熱する方向に生じるのかに関しては何も言えない．前者ならば F‑アクチンのケミカルポテンシャルは増加し，後者ならば減少することになる．その方向を決める要因は，先に述べた「エントロピーの法則」からの結論，(6)式に求められる．この式は，定常状態 IV に達する経路として「系」は F‑アクチンのケミカルポテンシャルが増加する経路を選択的に選ぶことを示す．したがって，「系」の State I
から III への移行にともなって，熱の流れはそのケミカルポテンシャルを増加させる方向に，即ち「系」の吸熱がおこる方向に流れ，それに伴い F‑アクチンのケミカルポテンシャルが増加する．図４a の step
2 がこの吸熱過程にあたる．
このように浸透圧ストレスによる F‑アクチンのケミカルポテンシャルの増加は，通常の力学過程のように因（浸透圧ストレス）と果（F‑アクチンのケミカルポテンシャルの増加）が直列した単純な現象ではなく，等温下での熱の移動が「黒子」として働き，一見「遠達効果」のように見える重層的な現象であるとも言える．

５.「細胞骨格」の浸透圧応答
もし，図４a の step 4 におけるコンパートメント I→II の J w が「系」をエネルギー的に不安定な方向に導くとすれば，その水の流れは観測されない筈である．図３c にあるように，「細胞骨格」では 1
mg/ml 以上で水の流れが観測されないのは，まさにこの事による．即ち，アクチン架橋タンパク質のfilamin A で F‑アクチンが架橋されている「細胞骨格」では，それぞれのアクチン・フィラメントは自由に動けず，
そのためもし水の流れが起これば，
F‑アクチンの一部は水の相から分離することになる．
しかし水相から分離した F‑アクチンの自由エネルギーは約 100 倍も増加することになり[7,8]，
そのため「細胞骨格」ではこのような水の流れは起こらない．即ち，「細胞骨格」の定常状態(State IV)は，それ自身で平衡である（ Y = 0 ）ばかりでなく，外液とも平衡にある（ X = 0 ）準安定状態にある．
ところで (6)式より，準安定状態にある「細胞骨格」では ε = 1 ，即ち F‑アクチンのケミカルポテ
ンシャルは最大の値の ∆µ f = Pf /[n f ] まで増加していることがわかる．これは浸透圧ストレスに抗して水を保持しようとするため生じる応力にあたる．そして 2 mg/ml の「細胞骨格」が Pf ＝20 cm・H2Oのストレスを受けた場合に，それによる内部エネルギーの増加はフィラメントを構成するサブユニッ
トタンパク質当り， 6 × 10 −20 J となる．これは ATP 分子の高エネルギー結合のエネルギーに相当する「莫大」なエネルギーで，そのため，数 10 cm・H2O 程度のあまり大きくない浸透圧ストレスで「細胞骨格」の構造が壊れても不思議ではない．図３d にある Pf = 40 cm・H2O のもとで観察された「無限大」速度の流れは，このような「細胞骨格」の破壊とともに生じたと考えられる．
図４c には step 4 での状態変化がまとめてある．そこでは，F‑アクチン溶液または「細胞骨格」の全系のエントロピー（図２b の‑ ∆S t ）の変化が，コンパートメント I と II の間の水のケミカルポテ
ンシャル差 ∆µ w とアクチンのケミカルポテンシャルの平衡からのずれ、∆µ f の関数としてプロットされている．F‑アクチン溶液の場合，‑ ∆S は実線 B の経路をたどり， ∆µ w = V w (1 − ε ) Pf （a 点）およtび ∆µ f = εPf /[n f ] （b 点）の関係を保ちながら，最終的に ∆µ w ＝0 および ∆µ f ＝0 の o 点に達する．
一方，「細胞骨格」の場合，実線 C の経路をたどり ∆µ w = 0 および ∆µ f = Pf /[n f ] の c 点で極小値をと18

り準安定な状態となる．しかしある臨界値以上の浸透圧ストレスで「細胞骨格」は破壊し（点線矢印D），最終的に o 点に至る．

６．浸透圧応答と超分子構造
浸透圧ストレスに関して残る問題は，アクチン・フィラメントの応答とその構造との関連である．
モノマーのアクチンは F‑アクチンのような応答は全く示さないし，同じポリマーでも，デキストランのようなゴム状高分子も然りである．一方，中間系フィラメントと呼ばれ，アクチン・フィラメント
とは違った構造の細胞骨格を形成するビメンチンは，浸透圧ストレスに対しアクチン・フィラメント
と同じ様な応答を示す．ビメンチンはまた F‑アクチンと同様，単一のサブユニットが非共有結合してできた超分子構造体である．
これまで述べてきたように，アクチン・フィラメントのような構造体が浸透圧ストレスに応答するには，そのケミカルポテンシャルが，溶媒との相互作用を変えることなく，等温下で変化しなければならない．このような場合のケミカルポテンシャルの変化は，構造体の内部エネルギーの変化に起因する［7,8］．それ故，浸透圧ストレスに応答する構造体では，内部エネルギーの変化を伴う構造変化
が室温で熱的に起こりうる ―― 即ち，その変化の活性化エネルギーが室温近辺の大きさである――
必要がある．モノマー状態のタンパク質は特定の構造が安定で，そのためこのような構造変化が室温で起きることはない．また，デキストランのようなゴム状高分子では，その内部エネルギーは温度だ
けで決まるため，それが等温下では変化することはない．
一方，サブユニット分子が非共有的に会合した超分子構造体としての F-アクチンでは，個々のサブ
ユニット分子はフィラメント内のそれぞれ決まった位置にあるのでなく，室温ではサブユニット間の距離がある範囲内で刻々ランダムに変化し，それに応じて相互作用のエネルギーも揺らいでいる［10,11］．このような構造体が浸透圧ストレスを受けると，サブユニット間の相互作用が増加する方
向にその構造を変え，ストレスに応答する．このように，超分子構造体としての F-アクチンは熱力学的には「一次元流体」のような性質を備え，フィラメント内のサブユニット間の相対位置の変化を通じてそのエネルギー状態をフレキシブルに変えることができ，浸透圧ストレスのような外部撹乱に対する系の安定性に寄与するものと考えられる．

７．おわりに現在，生命科学の研究の分野でもナノ秒〜ピコ秒精度の時計，ナノメーター〜オングストローム精度の物差しで，タンパク質１分子の構造やその変化，動きを可視化しておこなう，分子レベルでの生体機能の研究が活発に行われている．いわゆるナノバイオロジーである．そのような時代に，秒単位，
ミリメートル精度の時計や物差しでもって得られた実験の結果の解析を，それが少しばかり奇妙な現象だというだけで，長々と書くのは「はた迷惑だ」と思われたのならご容赦願いたい．しかしどのような場合でも，研究対象の系を細かく分解すればするほどますます事の本質が明らかになると言われれば，筆者としてはそれには同意しかねる．ここで述べたような結論は，アクチン・フィラメント一19

本の運動をいくら精度よく観察したからといって得られるものでないと思う．系を細かく分解すればするほど，マクロな現象に必ず黒子のように係ってくる「熱（エントロピー）」の果たす役割が実験のうえでも解析のうえでも見えにくくなり，現象を力学的過程のみで捉えようとする，誤った傾向も生じるのではなかろうか．
ナノバイオロジーの研究は,そのような点を念頭に置いてすすめるべきものと
思われる．
参考文献
[1] S. Furuike, T. Ito, M. Yamazaki, FEBS Letters 498, 72 (2001)[2] M. Yamazaki, S. Furuike, T. Ito, J. Muscle Res. & Cell Motil. 23, 525 (2002)[3] T. Ito, K. S. Zaner, and T. P. Stossel, Biophy. J. 51, 745 (1987)[4] T. Ito, A. Suzuki, and T. P. Stossel, Biophys. J. 61, 1301 (1992)[5]. C. Cunningham et al., Science 255, 325 (1992)[6] C. C. Cunningham, J. Cell Biol., 129, 1589 (1995)[7] 伊藤忠直，山崎昌一，生物物理 44S, S147 (2004)[8] T. Ito, M. Yamazaki, submitted to Phys. Rev. E[9] L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Statiscal Physics, 3rd Ed, Part 1 (1980)[10] E. H. Egelman and D. J. DeRosier, Biophys. J. 63, 1299 (1992)[11] J. Kas et al., Biophys. J. 70, 609 (1996).

20ナノ組織制御による高温超伝導体の磁束ピンニング
Flux Pinning in Nanostructured High Temperature Superconductors
松本 要 1,2
１
京都大学大学院工学研究科材料工学専攻，２（独）科学技術振興機構
Kaname Matsumoto1,2
1
Department of Materials Science and Engineering, Kyoto University
2
Japan Science and Technology Agency
１．はじめに
高温超伝導体発見以前の NbTi や Nb3Sn 超伝導体等は金属であり臨界温度 Tc はおよそ 9〜18 K である．
これらは液体ヘリウム温度（4.2 K）において，エネルギーロスが極めて小さく，大電流通電可能な電気抵抗ゼ
ロの材料として利用できる．コヒーレンス長も長いため結晶粒界における超伝導電流の低下を考慮する必要がなく，また塑性加工法によって長尺化することが容易であり，〜100 km 級の超伝導線材がすでに市販されている．これより高磁場発生可能な超伝導コイルが作られ，医療用診断装置，理化学分析装置，単結晶引き上げ装置，素粒子加速器，リニアモーターカー，実験用核融合装置など幅広い分野で利用されている [1]．
しかし液体ヘリウム冷却による制約は超伝導技術の本格的な普及においては，これまで大きな障害となっていた．
このような中で，1986 年以降に続いた高温超伝導体の発見は衝撃的であった．高温超伝導体の Tc は 90
〜130 K に達し，液体窒素温度（77 K）を越えた．ヘリウムは埋蔵量が少なくまたコストも高いが，窒素は空気中に無尽蔵に存在しており，その利用コストは安い．77 K で動作する大電流通電可能な高温超伝導線材が利用できるようになれば，低コストで前述の超伝導応用機器の利用が可能となり，さらにこれまでは不可能であった磁場応用も実現する．地球上のあらゆる国々でエネルギー消費が増えつつある 21 世紀においては，
エネルギーの高効率利用は地球環境保護に直結して不可欠である．高温超伝導体はこの問題を解決する
大きな可能性を秘めている [2]．
しかし高温超伝導体は酸化物で加工性がなく，また結晶異方性が強くてコヒーレンス長が短いため結晶粒界の影響が大きい．このため線材化が大変難しかった．最初の成功は Bi2223（(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox：Tc＝108 K）を用いた Bi 系銀シーステープ線材である．この物質は劈開性が強く，銀パイプに入れて圧延加工し，その後熱処理することによって超伝導層がつながったテープ線材にすることができる [3]．Bi 系線材は第一世代線材と呼ばれ，現在では１ km 長テープが市販されている．しかし Bi2223 は 2 次元性が強く，磁場中の臨界電流密度 Jc が低いという課題がある．
一方，Bi2223 よりも 3 次元的であり，高温超伝導体の中でも磁場中 Jc 特性に優れた YBCO（YBa2Cu3O7-x：
Tc＝92 K）を用いた第二世代線材の開発が最近急ピッチで進んでいる [3]．その作製方法としては金属テー
プ上に高度に 2 軸配向した YBCO 薄膜を成長させるコーテッドコンダクター方式が有望視されている．しかし
YBCO は結晶粒界の影響が大きく，その特性を最大限に引き出すには結晶粒界角度を 5 度以下にまでそろえる必要がある．これはいわば 1 km 長の擬単結晶テープを作製するようなもので多くの課題があるが，現在，
21

高 Jc を有する YBCO 線材をいかに長く，低コストで作るかという材料科学的・工学的挑戦が進んでいる．
しかし YBCO 線材の実現に必要な YBCO 薄膜の Jc は実用化にはまだ不十分である．図１は 77 K
における高温超伝導体の Jc と 4.2 K における金属
系超伝導線材の Jc を比較したものである．YBCO
薄膜の Jc は Bi2223 線材に比べればはるかに高いが，NbTi 超伝導線に比べるとまだ低い．Jc が低い
理由は粒界の影響だけでなく，YBCO 薄膜中に効
果的な量子化磁束のピンニング点が不足しているためである．磁場中 Jc が高ければ高いほどコイルに高密度の電力エネルギーを貯蔵でき，また各種
図１．YBCO 薄膜（図中 Y123）の 77 K, B//c における Jc-B 特性と NbTi 等の Jc-B 特性との比較．

応用製品の低コスト化やコンパクト化ができるようになる．高温超伝導体を魅力的な材料として実用化するためには，77 K において磁場中 Jc を現在の数倍〜10 倍向上させて少なくとも液体ヘリウム温度下（4.2 K）における実用 NbTi 超伝導線材 [4] の Jc な
みに引き上げることが必要と考えられる．
ここでは，ナノ組織制御により YBCO 高温超伝導薄膜中に結晶欠陥を導入して量子化磁束を強力にピンニングし，高温超伝導薄膜の 77 K 近傍における磁場中 Jc を飛躍的に増大させることを目指した研究を紹介する．このような技術を用いて，低コストで高特性を有する YBCO 線材を実現できれば高温超伝導技術の産
業化・商業化の促進にもつながるものと期待できる．
２．高温超伝薄膜における磁束ピンニング
第Ⅱ種超伝導体に Bc1 以上の磁場 B を印加するとチューブ状の量子化磁束が超伝導体中に侵入する．量子化磁束は Tc 以下の温度 T において，半径がロンドン侵入長 λ の遮蔽電流部分と，コヒーレンス長 ξ の半径のコアを持っており，Bc2（=φ0 /２πξ２）以下の磁場まで超伝導が維持される．また超伝導体は内部に∇×B=µ0Jの巨視的な量子化磁束の密度勾配があるときにゼロ抵抗の超伝導電流を運ぶことができ，この勾配は超伝導体中の微細な結晶欠陥による量子化磁束のピンニングによって決定されている．ゼロ抵抗電流の最大値が臨界電流密度 Jc である．
実際には Bc2 より低磁場側に不可逆磁場 Birr が存在し，金属系超伝導体で Birr〜0.85Bc2 以上で Jc は消失
する [5]．一方，高温超伝導体は層状構造を持つことから異方性が強く，層に垂直方向を c 軸，平行方向を a軸または b 軸とした時，c 軸に平行に磁場が印加された時（B//c）に超伝導特性が最も弱くなる．高温超伝導体の Bc2 は 100 T 以上と言われているが，77 K，B//c における Birr は Bc2 に比べてはるかに低くなり，YBCO
で 5〜7 T，Bi2223 ではわずか〜0.2 T にすぎない [6]．この低い Birr のため 77 K で Bi2223 を磁場中で用いることは不可能である．唯一 YBCO がその可能性を有している．
物性研究に用いられる YBCO 単結晶には酸素欠損や双晶などの結晶欠陥が存在するが一般にその Jc
は極めて低い．これは酸素欠損や双晶などによるピンニング力が弱いことを意味する．これに対して非平衡プロセスを経由して作製される YBCO 薄膜中には，酸素欠損や双晶に加えて，成膜中に自然に形成される種々の結晶欠陥，すなわち転位，各種の結晶粒界，組成不純物，微細析出物，ボイドなどが高密度に存在
22

し，これらが量子化磁束のピンニング点(natural pinning centers)として作用することで Jc が高くなっていると考えられている [7]．YBCO 高温超伝導体の ξ は 1.2〜1.8 nm と短いので，これと同等スケールの超伝導体中の結晶欠陥が量子化磁束の強いピンニング点として作用すると考えられる．特に c 軸方向に相関を持つ結晶
欠陥は，量子化磁束がチューブ状であるためピンニングに有効に作用すると期待される．
最近の研究によれば，2 軸配向した YBCO 薄膜においては c 軸方向に伸びたらせん転位や刃状転位が強いピンニング点として作用すると考えられている [8]．転位コアは絶縁体であり，その直径は 1〜3 nm なので量子化磁束が転位に捕捉された場合には強いピンニング力を与えうる．特に B//c の場合に最大のピンニ
ング力を示す．実験的にも転位密度が増大するにつれて薄膜の Jc が増大することが確認されている．これらの転位は基板表面，小傾角粒界あるいは薄膜中の微細析出物等から発生したものである．
図 2 は SrTiO3 単結晶基板上に形成された
YBCO 薄膜の B//c における log Jc-log B 特性を示している．この試料では転位が優先的なピンニング点として作用していると考えられる．
広い温度領域において B <B*まで Jc は変化
せず，B*<B においては Jc〜B-α の依存性を持って Jc は低下する．ここに α=0.5〜1.0 程度の値である．B<B*では，すべての量子化磁束が転位に捕捉された single vortex ピンニングの領域にあり，一定の Jc を示すと考えられる．一方 B*＜B においては磁束格子のせん断，あるいは集団ピンニングが Jc を支配する領域である．B*はアコモデーション磁場と呼ばれ二

図 2．
典型的 YBCO 薄膜の Jc-B 特性の温度依存性(B//c)．

つの領域を分ける磁場である．転位の密度とB*はアコモデーション磁場．

量子化磁束の数とが等しくなる磁場をマッチ
ング磁場 B φとすると，B*（T）〜 B φ(c0/2ξ0)２（１−T/Tc）の温度依存性がある [9]．なおここでｃ０は転位の半径である．77 K における YBCO 薄膜中の B*は数 10 mT であり，応用上興味深い数 T の磁場領域では転位のピンニング力だけでなく磁束線間の相互作用等も重要となる．
これ以外にも種々の粒界や析出物等の有効なピンニング点が考えられるが，転位を含めたこれらの結晶
欠陥の密度，分布等々を工学的に制御して Jc を向上させることは大変難しく，その結果として YBCO 薄膜の77 K の磁場中 Jc はこれまで低い値のままであった．YBCO 単結晶に高エネルギーの重イオンを照射して，トップダウン的に結晶中にコラムナー欠陥を形成してピンニング点を導入する方法 [10] もあるが，線材の製造方法としてはコストが高く実用的ではない．そのため結晶成長プロセス中，あるいは後熱処理等によって薄膜中にピンニング点を導入する簡便な方法が求められている．
３．YBCO 薄膜への APC 導入
我々は薄膜成長にナノ組織制御を施すことによって，YBCO 薄膜中に人工的な結晶欠陥を高密度に導入するボトムアップ的なプロセス開発を進めている．こうして導入された結晶欠陥は人工ピンニング点（APC：
Artificial Pinning Center）と呼ばれる [11]．APC 法では最大の Jc が得られるように，ナノスケールの結晶欠陥の分布や密度をピンニング理論に基づいて設計し，薄膜中に導入することを可能にする．現在，APC
により量子化磁束をピンニングすることで 77 K の磁場中 Jc が飛躍的に向上することが明らかになりつつ23

あり，4.2 K での NbTi 線材の磁場中 Jc を凌駕する値が実現可能であると考えられている．APC として利用できる結晶欠陥を次元性で分類すると，転位やコラムナー欠陥のような 1 次元 APC，小傾角粒界（転位列）や大きな析出物表面などの 2 次元 APC，そして ξ と同等スケールの析出物や異相などの 3 次
元 APC などがある．図 3 にそれらをまとめた．
ここでは APC 導入の一例として Y2O3 ナノアイラ
ンドを用いるナノテンプレート法を紹介する [11,12]．この方法では基板上にあらかじめ Y2O3 ナノア
イランドを形成し，これらを起点として薄膜中に転位等の c 軸平行な 1 次元 APC を高密度に導入し

図 3. 薄膜中の各種結晶欠陥と量子化磁束との関係の模式図．

ようとするものである．実験では最初に，パルスレーザー蒸着(PLD)法によって SrTiO3(100)単結晶
基板上に Y2O3 ナノアイランドを形成させた．レー
ザーパルス数制御により，基板上のナノアイランド
密度をかなり自由に変化させることができることが明らかになっている．図 4 に SrTiO3 上の Y2O3 ナノアイランドの一例を示す．アイランドの直径は約25nm，高さ 3nm であり，その密度は 90 µm-2〜150µm-2 の間で変化させた．これは量子化磁束のマッ
チング磁場 Bφに換算すると B φ=0.18〜0.31 T に相当する．この値は自然に導入される転位密度よりかなり大きい．
図 5 はナノアイランドを含む基板上に成膜した
YBCO 薄膜の断面TEM 写真である．薄膜中には

図 4．SrTiO3 基板上に形成した Y2O3 ナノアイラン
ドの AFM 写真．

ナノアイランドを起点として薄膜表面に向かって転位が導入されていることが分かる．図 6 は得られた
YBCO 薄膜と natural pinning center のみを含む純
YBCO 薄膜の 77 K の磁場中 Jc 特性を示したものである．この薄膜の Birr は７ T （77 K，B//c）であるが，ナノアイランド形成により Jc が 2〜5 倍向上していることが分かる．これは超伝導薄膜中に導入された転位が、量子化磁束を有効にピンニングし，その結果として磁場中での Jc 増大を引き起こしたためと考えられる．図 7 は 1 次元 APC を含む
YBCO 薄膜と純 YBCO 薄膜における Jc の角度依
存性 Jc(θ)を比較したものである．APC を導入する

図 5．ナノアイランドを起点に導入された 1 次元

ことで θ= 0° (B//c)近傍にブロードな Jｃピークが現

APC の TEM 写真．

れ，いずれの磁場下においても上昇している．ここ24

で θ= 90° (B//c) に現れる鋭い Jc ピークはイントリン
シックピンニング，あるいは積層欠陥に起因するものと考えられる．
YBCO 薄膜の磁場中における異方性の背景には Bc2 の異方性がある．c 軸方向と a/b 軸方向の電子の有効質量をそれぞれ mc，mab として異方性パ
ラメーターを γ=(mc/mab)1/2 と定義すると，層状結晶構造に由来して YBCO で γ=5〜7，Bi2223 では
γ=50〜200 に達する．これらの物質の Bc2 の磁場
印加角度依存性は c 軸からの角度を θ とすれば，ε(θ)=[cos2θ +γ-2sin2θ]1/2 として Bc2(θ)=Bc2(0)/ε(θ)と表

図 6．1 次元 APC−YBCO（Y2O3 あり）と純 YBCO

わされる．Birr の磁場印加角度依存性もこれとほぼ薄膜の Jc 特性比較(77 K)．

同じ振る舞いを持つことが知られており，Birr(θ)=Birr(0)/ε(θ)と表せる [13]．Birr(θ)は多くの
YBCO 試料において，磁束液体状態から磁束固体へと遷移する臨界点近傍で確認されている．
しかし c 軸方向に伸びた結晶欠陥，つまり c 軸
方向に相関のある強いピンニングを有する試料においては，
磁場印加方向が B//c の場合に Birr(θ)にピークが現れることがある．これはボーズグ
ラス転移の証拠とされる [9]．
臨界点よりも内側のより低温・低磁場側においては，Jc(θ)にピンニングの影響が強く現れると考えられる．c 軸に平行に磁場が与えられた場合（θ= 0°）には転位や小傾角粒界が優先的なピンニング点として作用すると考えられる．転図 7．1 次元 APC−YBCO（Y2O3 あり）と純 YBCO
薄膜の Jc の磁場印加角度依存性の比較(77 K)．

位や小傾角粒界によるピンニングの証拠として
は，4 度の傾角を持つバイクリスタル YBCO 薄膜の Jc(θ)の磁場角度依存性の報告がある [14]．この場
合，粒界を通過する磁場中 Jc(θ)を測定すると c 軸方向に磁場を与えた場合にブロードな Jc ピークが現れる．しかしながら，粒内において同様の測定をおこなった場合にはピークが現れないことから，Jc
ピークの原因は粒界を構成する転位列であると結論されている．同様に双晶粒界においても，c 軸方向に磁場が印加された場合に小さな Jc ピークが観測されることが指摘されている．
YBCO 薄膜の Jc の角度依存性や温度依存性はこれまでのところ通常のスケーリング側では説明できていない．これは磁場や温度ごとに異なるピンニングが優先的になり，それらのピンニングの磁場依
存性や温度依存性が異なるためと考えられる．完全な解明には優先的なピンニング点を同定し，そのピンニング点の密度や分布を制御して Jc の磁場依存性や温度依存性を詳しく調べる必要があろう．また高温超伝導物質の中で，77 K における磁場中 Jc の最高値はこれまで YBCO 薄膜によるものであったが，これは成膜過程で自然に導入されるピンニング点を利用したもので，YBCO が本来有する潜在力を十分引
き出したものとは言えなかった．1 次元 APC 導入によってこの点が改善されるのは応用上興味深い．

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４．RE 置換と２次元，3 次元 APC 導入
YBCO 超伝導体の Y サイトを希土類元素（ RE=Nd, Sm, Gd な ど ） で 置 換 し た
REBa2Cu3Ox では Tc を 2〜4 K 上昇させることが可能であり，77 K の磁場中ピンニング力の上昇に有効に働くことがすでに高温超伝導体
バルクの分野において確かめられていた[15]．しかしこれまで作製された REBa2Cu3Ox
薄膜では Tc は上昇するものの，効果的なピンニング点を膜中に多数導入することが難しく，
磁場中 Jc の増大は実現できていなかった．
我々は SmBa2Cu3Oｘ薄膜にナノコンポジショ
図 8．2 次元 APC を持つ GdBa2Cu3Oｘ薄膜(GdBCO)とン制御技術を適用し て組成ゆらぎ（3 次元

純 YBCO 薄膜の Jc の磁場角度依存性の比較（77 K）.

APC）を導入し，77 K，5 T（B//c）の強磁場

GdBCO においては B//c に大きな Jc ピークがある．

中で 4.2 K で動作する実用 NbTi 線材の 5 Tの Jc と同等の値を達成し，高温超伝導体の潜在力を実証した [16]．また GdBa2Cu3Oｘ薄膜においても同様に，77 K，5 T の磁場中において先の NbTi の
Jc に匹敵する値が得られることを報告してきた [17]．この場合は結晶粒界（2 次元 APC）が量子化磁束のピンニングに関与している可能性がある．
一例として図 8 に GdBa2Cu3Oｘ薄膜の 77 K における Jc(θ)特性を，通常の YBCO 薄膜の Jc(θ)特性と比較した結果を示した．すべての磁場，角度領域において GdBa2Cu3Oｘ薄膜の Jc は YBCO 薄膜の Jc を大きく陵駕している．SmBa2Cu3Oｘ薄膜においても同様である．またピンニングの影響が強い SmBa2Cu3Oｘ薄膜やGdBa2Cu3Oｘ薄膜の Birr は 77 K, B//c において 10 T を超え，YBCO 薄膜の Birr を（＝5〜7 T）を大きく上回っており，高磁場領域まで使用できる可能性を示している．以上の結果は高温超伝導のエネルギー応用の観点から大変意義のあるものであり，早速内外の研究機関で追試が始まっている．
これ以外にも最適キャリアドーピング技術、およびナノ組織分析評価技術等の研究においても多くの知見が得られつつある．またごく最近，BaZrO3 ナノ粒子を ErBa2Cu3Oｘ薄膜に導入することに成功し，その結果としてマイクロ波特性においても大幅な改善を得た [18]．この場合，BaZrO3 ナノ粒子が自己整列する現象も観測されており，こちらもナノ組織制御の観点から大変興味深い．今後，REBa2Cu3Ox 薄膜に積極的にナノ組織制御を適用し，Jc 特性の大幅な改善を行う研究が盛んになると思われる．
５．おわりに
ナノ組織制御による APC 技術は内外から興味を持たれており，同様の研究が始まった．競合外国研究機関として，米国の国立研究所（ロスアラモス [19]，オークリッジ），空軍研究所 [20]，大学，ベンチャーが参入してきている．今回，開発した手法はナノテクノロジーと薄膜技術によって高温超伝導体の Jc を飛躍的に向上させようというもので，現在，日米欧や韓国で盛んに研究開発が進んでいる YBCO コーテッドコンダクターの作製プロセスにも十分適用可能なものであり，2010 年前後から活発化すると予想される高温超伝導体の電力・産業応用への展開に少なからず資するものと期待される．
ここでご紹介した研究は多くの方々の協力によってなされたものです．共同研究者の吉田 隆氏（名古屋大学），向田昌志氏（山形大学），堀井 滋氏（東京大学），一瀬 中氏（電力中央研究所），長村光造先生
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（京都大学）および長村研究室（京都大学）の皆様にこの場をお借りして感謝いたします．なおこの研究は科学技術振興機構・戦略的創造研究推進事業（JST-CREST）におけるテーマ「ナノ組織制御による高臨界電流
超伝導材料の開発」において遂行されたものです．
参考文献[1] 太刀川恭治，熊倉浩明，応用物理 72, 13 (2003).
[2] 北澤宏一，応用物理 70, 3 (2001).
[3] 長村光造，松本 要，応用物理 73, 3 (2004).
[4] C. Meingast and D. Larbalestier, J. Appl. Phys. 66, 5971 (1989).
[5] E. H. Brandt, Rep. Prog. Phys. 58, 1465 (1995).
[6] D. Larbalestier, A. Gurevich, D. M. Feldmann and A. Polyanskii, Nature 414, 368 (2001).
[7] J. M. Huijbregtse, F. C. Klaassen, A. Szepielow, J. H. Rector, B. Dam, R. Griessen, B. J. Kooi and J. Th. M. de
Hosson, Supercond. Sci. Technol. 15, 395 (2002).
[8] B. Dam, J. M. Huijbregtse, F. C. Klaassen, R. C. van der Geest, G. Doornbos, J. H. Rector, A. M. Testa, S. Freisem,
J. C. Martinez, B. Stauble-Pumpin and G. Griessen, Nature 399, 439 (1999).
[9] D. R. Nelson and V. M. Vinokur, Phys. Rev. B 48, 13060 (1993).
[10] L. Civale, Supercond. Sci. Technol. 10, A11 (1997).
[11] K. Matsumoto, T. Horide, K. Osamura, M. Mukaida, Y. Yoshida, A. Ichinose and S. Horii, Physica C 412-414.
1267 (2004).
[12] K. Matsumoto, T. Horide, A. Ichinose, S. Horii, Y. Yoshida, and M. Mukaida, Jpn. J. Appl. Phys. 44, L246 (2005).
[13] G. Blatter, V. B. Geshkenbein, A. I. Larkin, Phys. Rev. Lett. 68, 875 (1992).
[14] A. Diaz, L. Mechin, P. Berghuis and J. E. Evetts, Phys. Rev. Lett. 80 (1998) 3855.
[15] M. Murakami, N. Sakai, T. Higuchi, and S. I. Yoo, Supercond. Sci, Technol. 9, 1015 (1996).
[16] Y. Yoshida, K. Matsumoto, Y. Ichino, M. Itoh, A. Ichinose, S. Horii, M. Mukaida, and Y. Takai, Jpn. J. Appl. Phys.
44, L129 (2005).
[17] K. Matsumoto, D. Takahara, T. Horide, A. Ichinose, S. Horii, Y. Yoshida, M. Mukaida, and K. Osamura, to be
published in IEEE Trans. Appl. Supercond. (2005).
[18] M. Mukaida, M. Miura, R. Kita, S. Horii, A. Ichinose, K. Matsumoto, Y. Yoshida, A. Saito, K. Koike, F. Hirose,
and S. Ohshima, Jpn. J. Appl. Phys. 43, L1623 (2004).
[19] J. L. MacManus-Driscoll, S. R. Foltyn, Q. X. Jia, H. Wang, A. Serquis, L. Civale, B. Maiorov, M. E. Hawley, M. P.
Maley and D. E. Peterson, Nature Materials 3,439 (2004).
[20] T. Haugan, P. N. Barnes, R. Wheeler, F. Meisenkothen and M. Sumption, Nature 430, 867 (2004).

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磁気共鳴顕微鏡法による実験小動物の観察
Application of magnetic resonance microscopy to examinationof small experimental animals
杉本実紀
京都大学大学院農学研究科
M. Sugimoto
Graduate School of Agriculture, Kyoto University
1. はじめに生命現象の解析においてはしばしば生体・生細胞の機能や形態の連続的な変化の観測が必要とされる．細胞やごく小型の生物（菌類等）ではこれは比較的容易で，形態観察は光学顕微鏡でも位相差法などにより可能であるため従来から広く利用されている．さらに微分干渉顕微鏡や冷却 CCD カメラ
等の利用により，高解像度での観察や蛍光ラベルを用いた細胞機能の解析も可能になっている．これに対して，我々が研究対象としている哺乳動物の個体については，発生初期は観察対象が小さく培養等も比較的容易であるので細胞に用いられる方法で連続的な解析が可能となっているが，発生が進むとそれらの方法では不十分である．また哺乳動物の胎仔の段階では生存・発育に母胎環境が必要であるという制限がある．現在，遺伝子工学の発達等により様々な形質を生じさせることはできるが，解析のために胎仔を子宮外へ取り出すと発生は中断されるので連続的な観察は不可能となる．これらの点を解決するためには体内の器官や母体内の胎仔にも適用できる生体内組織の解析法が必要である．
器官・個体内部の観察法には，超音波画像，Ｘ線撮影法・computed tomography（CT），磁気共鳴画像，
電子スピン共鳴画像，positron emission tomography 等があるが，分解能の高さと分析的手法への応用の可能性から，我々は磁気共鳴画像法（magnetic resonance imaging; MRI）について検討している．
MRI の信号は観察対象の物理化学的性質に依存する．プロトン画像には水素原子の密度と局所環境が影響するので，生体においては水分および脂質の分布，組織内の自由水と結合水の比率等を無染色で観察することができる．MRI は X 線 CT では発見が難しい軟組織の異常が検出でき，医療分野で広く使用されている生物試料の非侵襲的観察法として優れた方法であるが，従来の臨床機の空間分解能
は小動物の観測に十分ではない．そこで我々は磁気共鳴顕微鏡法（magnetic resonance microscopy;MRM）[1, 2]と呼ばれる高分解能 MRI を利用している．MRM は高静磁場および強い磁場勾配を使用することで通常の臨床用と比較して 10 倍以上高い空間分解能が得られる．
この手法により組織の形態や小動物の胎仔の観察に必要とされるレベルで非侵襲的多次元観測が可能となり，摘出標本についても複数の手法で解析できるという利点がある．また，高磁場の使用により化学シフト分解能も高まると考えられる．我々が使用している磁気共鳴顕微鏡装置は，プロトン共鳴周波数が 400MHz のフーリエ変換型 NMR 分光計に勾配磁場発生装置および画像観測プローブ等を組み合わせたもので，中心磁場 9.4T，89mm のワイドボア型超伝導磁石を使用しており，超伝導を維持するための寒剤を低温物質科学研究センターから受けている．本稿では我々が行っている実験のうち，レチノイン酸投与を行ったマウス胎仔の固定標本の観察と，マウス雄性生殖器系の生体内観察について紹介する．
28

2. レチノイン酸投与によるマウス胎仔の形成不全の観察
レチノイン酸はビタミン A の活性型代謝物である．ビタミン A は哺乳動物にとって必須の栄養素であるが，妊娠個体における過剰な摂取は発生中の胚・胎仔に様々な形成不全を生じさせる[3-10]．我々の研究室では以前に妊娠マウスへのレチノイン酸の単回投与によって，胎仔の骨格に投与量および投与時期に依存した異常が生じることを報告した[11]．交配後 8.5 日に経母体的にレチノイン酸を投与されたマウスの胎仔では頭部，体幹，尾部の形成不全が観察された．このような胎仔の内部構造について MRM により検討した[12]．ジメチルスルフォキシドに溶解した 50 mg/kg 体重の全トランスレチ
ノイン酸を交配後 8.5 日に腹腔内投与した母体から，交配後 11.5 日から 18.5 日の間にマウス胎仔を採取した．対照群として妊娠マウスにジメチルスルフォキシドのみを投与し，同様に胎仔を採取した．
採取した胎仔は 80%エタノールまたは 20%中性緩衝ホルマリンで固定し，二次元フーリエ変換スピン
エコー（2DFT-SE）法または三次元フーリエ変換スピンエコー（3DFT-SE）によりプロトン画像を観測した．胎仔のサイズにより，プローブの直径は 10 または 20 mm，観測視野は各軸方向 10，20，または 30 mm から選択した．2DFT-SE 法ではマルチスライススピンエコー法により中心間隔 1mm で 3
または 5 枚の矢状断面を 256×256 マトリックスで観測した．また，繰り返し時間（TR）およびエコー時間（TE）の組み合わせは 200/5，500/5，1000/5，1000/10，1000/20（TR/TE，単位は msec，以下同様に表記）とした．3DFT-SE 法では TR/TE = 200/5 とし，128×128×128 または 256×256×32 マトリックスのデータを取得した．得られたデータはフーリエ変換により画像化した．
交配後 18.5 日の胎仔の 2DFT-SE 像では脊椎等の骨格，肝，腎，胃等の消化器系，心臓，肺等の腹腔および胸腔内の臓器および脳等の矢状面に現れる主要な構造が判別できた（図 1）．MRI における画像コントラストは観測対象核種（本実験ではプロトン）の密度，スピン−格子緩和時間（T1），スピン−スピン緩和時間（T2）等の違いによって生成する．ただし、MRM 画像においては拡散が主要なコン
トラスト形成機構であるという意見もある[2]．観察対象核種の密度の差異は TR が長く TE が短い画
像での信号強度にもっとも良く現れ，T1 および T2 の差異はそれぞれ TR および TE による信号強度の変化に影響する．短い TR で観測した場合，T1 の短い部分が相対的に高信号である T1 強調画像になるが，本実験の胎仔標本では骨格が強調され，正中断面では鼻部，頭蓋底，脊椎に高信号の領域が観察された．長い TE で観測した場合，T2 の短い部分が低信号である T2 強調画像になるが，胎仔標
本では骨組織を含む結合組織，心臓，肝臓が相対的に低信号となった．対照群の 18.5 日胎仔では明瞭な異常が観察されなかったのに対し，レチノイン酸投与群の胎仔では骨格異常が観察され，腰椎から

A

B

C

D

E

F

図 1．交配後 18.5 日マウス胎仔の 2DFT-SE 像．A: 対照群プロトン密度強調，B: 対照群 T1 強調，C: 対照群 T2 強調，D: 投与群プロトン密度強調，E: 投与群 T1 強調，F: 投与群 T2 強調．

29

尾側の椎骨で顕著であった．また，これらの一部で脊髄の逸脱・屈曲や消化管の形成不全が認められた．3DFT-SE 法像では高信号の領域は主に骨格に認められた．レチノイン酸投与群の胎仔における骨格の異常としては 2DFT-SE 法で観察された椎骨の形成不全に加えて骨盤の形成不全が観察され，立体的な構造の形態が 2DFT-SE 法より明瞭に描出された．交配後 15.5 日の胎仔では TR と TE の組織コントラストに対する効果は交配後 18.5 日胎仔と同様であったが，短い TR で観測した画像で高信号を示
す骨格内の領域は少なかった．正中断面で高信号が観察された領域は頭蓋底で，この高信号の領域は
MRM 観察後に作製した組織標本において骨化の開始と赤血球の侵入が観察された領域と一致した．
15.5 日胎仔の 2DFT-SE 像においてもレチノイン酸投与群では脊椎および脊髄の形成不全が観察され，観測後の標本から作製した組織切片において確認された．レチノイン酸投与群胎仔では消化管の下部が低形成で粗な配置となる傾向があったが，典型的な形態は特定できていない．
交配後 13.5 および 11.5
日胎仔では発生の進んだ胎仔に比べて組織コントラストは低かった．これらのステージのレチノイン
酸投与群胎仔では尾および尾方の椎骨原基の形成不全が観察された．
短い TR で観測した画像における高信号領域はスミスらによる報告[13]と同様に骨格の骨形成中の部位に対応していた．成熟個体の骨組織は通常，T1 および T2 強調像の両方で低信号である．しかしカルシウム粒子は表面緩和メカニズム（surface relaxation mechanism）により T1 および T2 を短縮する可能性があり，脳のカルシウム沈着において T1 強調像で信号強度の上昇が認められる場合があると報告されている[14, 15]．短い TR で観測された画像での骨化中の骨組織における信号増強は同様な機構により生じたと考えられる．ただし，実験モデルでは T1 強調像における信号強度はカルシウム粒
子が重量比 30%までの濃度では上昇するが，それ以上の濃度ではプロトン密度の低下と T2 短縮により低下する[15]．長い TE で観測した画像における肝臓および心臓の信号低下はヘモグロビンに由来す
る鉄の常磁性効果によると考えられる．
常磁性の鉄粒子は T1 および T2 の両方を短縮する効果があり，胎仔の肝が T1 強調像において高信号となる場合もある[13]．しかしながらこの実験での 2DFT-SE 観
測の条件下では T2 短縮による信号の減衰が T1 短縮による信号増強をうち消したと推測される．
三次元法は二次元法に比べて測定に長時間を要しデータが大きいので処理しにくいという欠点はあるが，二次元法では解析しにくい立体的な構造の観察と記録，解析には適していると考えられる．レ
チノイン酸投与胎仔では腰椎，骨盤，尾椎および消化管の形成不全が代表的であったが，椎骨の異常は二次元像でも観察しやすいのに対し，脊椎に対して斜めに位置した骨盤の形態は観察が難しかった．
また，
マルチスライス像は隣り合うスライス間の干渉を避けるためにスライス間に隙間ができるので，細部の構造は検出できないことがある．そのため，三次元観測は立体構造の観察を容易にするだけでなく微小な観察対象の検出にも有用であると考えられる．
3. 観測法の改良と生体内観測への適用
MRI は化学固定後の標本の非破壊観察にも有用であるが，生体内構造の観測が可能である点が，さらに大きな特長である．そこで麻酔下でのマウスの断層画像の観察法について検討した．MRI は CT
や超音波画像と比較して測定に長時間を要するが，生体の観察においてはこの点の改善が必要である．
臨床機ではエコープラナー法等の高速撮像法が普及しているが，我々が使用している高磁場装置ではT2 短縮による信号減衰，観測対象による磁場の不均一性，装置への負荷等から適用が難しいと考えられた．スピンエコー法での測定時間は概ね TR×測定ステップ数×積算回数となる．測定ステップ数は位相エンコード数÷1 励起あたりエコー数で，位相エンコード数は観測データの各軸方向マトリッ
30クス数で決まる（1 方向については周波数エンコードを行うのでステップ数に影響しない）．1 励起あたりで観測するエコーは信号の減衰があるので 1 エコーとした．
これらから観測時間の短縮のために，
TR の短縮，観測データマトリックス数の低減，および積算回数の低減の 3 点で改良が可能と考えられた．TR は信号強度に影響し，先に胎仔標本の観測で示したように通常のスピンエコー法で TR を短くすると，大部分の領域で信号が低下して画質が低下すると共に，T1 の短い組織のみが高信号である
画像となり他の特徴についての観察ができない．そこで我々はスピンエコー法の励起パルス幅を調節
し 90°より大きい角度のパルスとする Flip-back 法について検討した．スピンエコー法では 1 回目のパルスによる励起の後，180°パルスを照射してエコーを発生させるが，90°より大きい角度のパルスの後に 180°パルスにより反転させると，エコー発生後の緩和に必要な時間は 90°パルスを用いた
場合より短くなるので，連続して短い TR でパルスを照射している状態では 90°パルスで励起した場
合より信号が強くなり，組織間の T1 の違いによるコントラストは低下する（図 2）．これによって，TR を長くして TE を変化させた場合の T2 の差異による組織間コントラストやプロトン密度の違いによるコントラストを観察することができる．現時点で三次元観測ではこの方法が使用できるようになったが，二次元法ではまだ適当な観測条件が得られていない．また空間分解能を維持して観測データのマトリックス数を減少させるために視野を制限し，積算回数を低減するために励起パルスの位相を交互に反転させて自由減衰信号によるノイズを視野の端に移動させる処理を行った．このような方法
により，固定標本においても従来使用していた 3DFT-SE 法より観測時間を短縮してプロトン密度強調像が観察できた（図 3）．
生体内観測ではマウスに麻酔を施し，幼若個体では直径 20 mm，成熟期以降の個体では直径 40 mmのプローブ内に保定した．MRI では観察対象の動きが信号に大きく影響し，腹腔や胸腔内の器官では呼吸や心拍により画質の低下が生じることから，頭部と雄性生殖器系（精巣およびその近傍の領域）
で二次元および三次元画像の観測条件を検討した．本稿では雄性生殖器での結果を示す．二次元画像
はマルチスライス法を用い，幼若個体は 20×20 mm の視野を 128×128，成熟個体は 40×20 mm の視野を 256×128 マトリックスで，TR と TE を変化させて観測した．三次元画像は成熟個体において 40
×20×20 mm の視野を 256×128×32 マトリックス（体軸方向の分解能が他より低い）で，Flip-back ス
ピンエコー法を用いて TR は一定（300 msec）で励起パルス幅および TE を変化させて観測した（図 4）
．

A

B

A

B

C

図 2．励起パルスによる画像の変化

図 3．通常のスピンエコー法（A, TR = 300 msec）および Flip-back（A: 90°, B: 154°）．上の円は植物法（B, TR = 500 msec）で観測したマウス胎仔標本の三次元画像中

油で下の水より T1 が短い．

の矢状断面ならびに両画像から計算した T1 が短い領域（C）．

31

生体内で観測した画像は，化学固定を行った標本と比較して，同じ TR，TE で観測した場合に信号／雑音比が低い傾向があった．2DFT-SE 像において，TR/TE = 4000/5 としたプロトン密度強調像では骨組織および消化管内腔は低信号で，脂肪はやや高信号であるが，その他の組織はほぼ均質な中程度の信号を示した．T1 強調像（TR/TE = 1000/5 または 500/5）では脂肪組織が高信号を示し，それ以外の部分は低信号になった．TR/TE = 4000/20 または 4000/40 の T2 強調像では大部分の組織の信号は低下し，精巣，脂肪組織および精巣上体の一部と推定される領域が相対的に高信号となった．一部の個体では精巣周囲の結合組織の領域も高信号となった．プロトン密度強調，T1 強調および T2 強調
2DFT-SE 像を比較すると，精巣・精巣上体の描出には T2 強調像が適していると考えられた．幼若個
体で経時的に観測を行ったところ，生後 15 日以前では精巣は腹腔内に観察され，生後 18 日以降の個体で下降が見られた．3DFT-SE 法で観測した T1 強調像（TR/TE = 300/5）では２DFT-SE 法での T1 強調像と同様に，脂肪組織が高信号を示してそれ以外の部分は低信号になり，精巣等は明瞭に観察できなかった．これに対して flip-back 法で観察した画像では T1 強調像と同じ繰り返し時間でも脂肪以外の組織の信号が増強し，プロトン密度強調像に近づいた．さらに flip-back 法で TE を延長した場合，
2DFT-SE 法の T2 強調と同様，精巣，精巣上体，脂肪が相対的に高信号になった．以上のように励起
パルスと TE により，3DFT-SE 法と同様に組織間のコントラストを調節する事が可能であり，雄性生
殖器の観察には flip-back 法で TE を延長することが効果的であると考えられる．

ABC
図 4．マウスの精巣近傍の横断像．麻酔下で観測した三次元画像（Flip-back スピンエコー法）から抽出した．励起パルスとエコー時間の調節により，プロトン密度（A），T1（B），T2（C）の効果を強調した．各列左が頭側，右が尾側で，白矢印は精巣，白抜き矢印は尾，矢尻は後肢大腿部断面を示す．

32

化学固定を行った標本の観察と比較して，生体内 MRM 画像は同じ観測条件では信号／雑音比が低くなる傾向があった．脳組織においてホルマリン固定した標本は生体または未固定標本と比較して T1
および T2 が短縮すると報告されているが[16, 17]，他の組織でも同様な傾向があると考えられる．また，プロトンの拡散速度も固定標本の方が低いので[18]，生体では拡散による信号の低下の影響が大きいと推測される．さらに腹部の 2DFT-SE 像では脊髄，脊椎骨，大腿骨の一部等の輪郭が比較的明瞭に描出されるのに対して，腹腔内臓器は不明瞭な場合があり，特に消化管と推測される低信号領域の輪郭が不鮮明であった．一般に MRI は中空の臓器のイメージングには弱いと言われているが，今回の実験では測定中の蠕動等の影響が大きいようであった．この問題は高速イメージング法の導入により改善されると考えられる．
4. おわりに
MRI には非侵襲的観察の他に，化学シフト画像による組成分布の解析や，標識の併用により遺伝子発現[19, 20]や細胞死の生体内検出[21]も可能である．観測時間の短縮についても，MRM への高速撮像法の適用が進んでおり，実験小動物胎仔の子宮内観察も試みられている[22, 23]．詳細な観察には一層の改良が必要であるが，これらの手法は医学生物学分野において有用な解析法となり得る．
本研究は眞鍋昇助教授（現東京大学農学生命科学研究科教授），宮本元教授（現京都大学名誉教授），
ならびに久米新一教授との共同研究である．また，本研究の一部は文部省科学研究費補助金および日
本学術振興会未来開拓学術研究推進事業の補助をうけて行われた．
参考文献
[1]

Eccles, C.D. and P.T. Callaghan, J Magn Reson, 1986. 68: 393-398.

[2]

Neeman, M. and L.O. Sillerud, NMR microscopy, in NMR in physiology and biomedicine, R.J. Gillies, Editor.
1994, Academic Press: San Diego. p. 101-118.

[3]Frenz, D.A., et al., Teratology, 1996. 53(5): 292-303.

[4]

Abbott, B.D., M.W. Harris, and L.S. Birnbaum, Teratology, 1989. 40(6): 533-53.

[5]

Cusic, A.M. and C.P. Dagg, Teratology, 1985. 31(1): 49-59.

[6]

Grant, J.H., et al., J Craniofac Genet Dev Biol, 1997. 17(1): 1-8.

[7]

Newall, D.R. and J.R. Edwards, Teratology, 1981. 23(1): 115-24.

[8]

Ozeki, H., et al., Exp Eye Res, 1999. 68(2): 223-8.

[9]

Stull, D.L. and K.C. Wikler, J Comp Neurol, 2000. 417(3): 289-98.

[10] Padmanabhan, R., Reprod Toxicol, 1998. 12(2): 139-51.
[11] Okuda, T., et al., J Reprod Dev, 1997. 43: 59-64.
[12] Sugimoto, M., et al., J Vet Med Sci, 2002. 64(5): 427-33.
[13] Smith, B.R., et al., Comput Med Imaging Graph, 1996. 20(6): 483-90.
[14] Suzuki, S., et al., Acta Neurochir (Wien), 2000. 142(7): 801-4.
[15] Henkelman, R.M., J.F. Watts, and W. Kucharczyk, Radiology, 1991. 179(1): 199-206.
[16] Tovi, M. and A. Ericsson, Acta Radiol, 1992. 33(5): 400-4.
[17] Nagara, H., et al., J Neurol Sci, 1987. 81(1): 67-77.
[18] Sun, S.W., J.J. Neil, and S.K. Song, Magn Reson Med, 2003. 50(4): 743-8.

33[19] Weissleder, R., et al., Nat Med, 2000. 6(3): 351-5.
[20] Louie, A.Y., et al., Nat Biotechnol, 2000. 18(3): 321-5.
[21] Zhao, M., et al., Nat Med, 2001. 7(11): 1241-4.
[22] Smith, B.R., et al., Magn Reson Med, 1998. 39(4): 673-7.
[23] Hogers, B., et al., Anat Rec, 2000. 260(4): 373-7.

34

技術ノート固体 NMR 法の開発
Development of Solid-State NMR Methods
竹腰清乃理
京都大学大学院理学研究科化学
K. Takegoshi
Department of Chemistry, Graduate School of Science, Kyoto University
1. はじめに
我々の研究室には４台の０〜10Ｔの超伝導磁石があり，それを用いて核磁気共鳴（Nuclear Magnetic
Resonance: NMR ）の研究を行っている．いづれの磁石も大量の寒剤（液体ヘリウム，液体窒素）を必要とし, まさしく低温物質科学センターの恩恵を受けているが，行っている研究そのものは「低温」には直接関係ないものが多く，本センター誌にふさわしような低温科学の研究の話ではないことをあらかじめお詫びしておく．もちろん NMR は低温物性においても強力な手法[1]であるが，本項では，我々が行っている固体高分解能 NMR について紹介する．
NMR に関与する相互作用はそう多くはなく，磁場とスピンのゼーマン相互作用，電子による磁場の遮蔽を表した化学シフト相互作用，スピン間の双極子相互作用と電子を介した間接スピン−スピン(J) 相互作用などがあげられる． 核スピン量子数が 1 以上の核の場合には四極子相互作用を考えなければならないが，ここでは取り上げない． 超伝導磁石により発生した外部磁場（静磁場）とのゼーマ
ン相互作用が桁違いに大きいために，通常これを０次の非摂動ハミルトニアンとし，その他の相互作
用は摂動として取り扱われる．試料中の種々の同種核スピンの各々の NMR 周波数は，これらの相互作用の１次摂動を受けてシフト・分裂し，線幅・緩和時間は主に２次以上の摂動で説明される．以下で考える固体の NMR スペクトルの高分解能化には，各スピン相互作用の静磁場とのゼーマン相互作
用と交換する部分（１次摂動部分）を考慮することになる．
2. 固体高分解能 NMR の方法
ここでは粉末試料の高分解能 NMR を考える．主な測定対象となっているのは，有機物にふんだんに存在する 12C や 14N の安定同位体である 13C と 15N などのスピン量子数＝１/２の核であり，これらのスピン 1/2 の核の固体高分解能 NMR 測定に用いられるマジック角試料回転法（Magic angle spinning :MAS）とデカップリングについて簡単に解説する．ここでは，高分解能スペクトル＝磁気的に異なる
スピン毎に１本のシャープなピークになっているものと定義し，とりあえず溶液のスペクトルのように化学シフトで分離した 13C の NMR スペクトルを得ることを考える．13C の天然存在比は１％であり
13

C スピン間の相互作用は無視できる．従って，一般の有機分子で 13C の NMR 共鳴周波数を決めているものは，化学シフト相互作用と近傍の 1H との双極子相互作用と間接スピン−スピン( J) 相互作用である．
35

溶液 NMR では，試料分子の等方回転速度（周波数）が磁場中の核のゼーマン才差周波数よりも格段に早いために，スピン相互作用の中で磁場との角度に依存した部分は運動により等方平均化され，多くの相互作用は消失してしまう．このために，溶液のスペクトルは化学シフト相互作用と間接スピ
ン−スピン相互作用（J 相互作用）の等方平均値のみで記述することが出来る．つまり，溶かすだけでさほど努力なしに高分解能なスペクトルを観測することが出来る．一方，粉末試料においては，分子は固定されているために，試料内の微結晶の向きの分布に応じたスペクトルの連続的な分布，いわゆる粉末パターンが観測される．つまり，高分解能測定のためには異方的な相互作用を人為的に消去する必要がある．その代表的な方法として，試料のマジック角回転法（Magic-Angle Spinning: MAS） という手法がある．
2‑1. マジック角試料回転法
MAS とは，磁場に対して約 54.7 度(MAS 角と呼ばれる) 傾けた軸周

磁場りに試料を高速回転する手法である（ 図１ ）．この回転軸は磁場に対して（1, 1, 1）軸方向になっているために，MAS を試料の側から見ると，磁場の方向が x → y → z → x … と高速に変わっていることになる．

5 4 .7 度

これは，溶液における等方的な分子運動の近似にしかすぎないが，静磁回転場に平行な成分（１次摂動部分） を平均化するのに必要な運動だけを人為的に起こしていると言える．

試料

MAS による平均化を速やかに起こすことが出来れば，化学シフトや双極子相互作用は全て等方平均化されるので，あたかも溶液のようなスZ

ペクトルを得ることができる．では回転がどの位速くなければいけないかというのは，平均化の対象となる相互作用によりスピン系の時間推進

Yが起こるタイムスケールよりも速くということなので，相互作用の最大13値（in Hz） よりも速く回転すれば良いと言える．例えば， C の化学
シフトの異方性は静磁場に比例して，静磁場の 200 ppm 程度であるか
13
C の共鳴周波数が 100 MHz の磁場では 20 kHz で回転することで，ら，

化学シフトの異方性を消去できる．現在市販の MAS 装置での回転速度
は 30 kHz 程度が上限であるので，13C のシフト異方性の平均化は可能で

X
XYZが等価になる！
図１ マジック角ある．一方，1H-13C の双極子相互作用は 40 kHz と大きいので，MAS では平均化できない．そこで，デカップリングという方法を併用する．
2‑2. デカップリング
デカップリングは溶液の NMR においては 1H-13C 間の J 相互作用を，固体においては 1H-13C 間の双極子および J 相互作用を消去するために用いられている．具体的には，1H にラジオ波照射する．
これにより，｜1/2〉 ｜−1/2〉の遷移が起こり，1H が 13C の位置に作る磁場が反転する．反転の速度が1H-13C 双極子相互作用による線幅（〜40 kHz） よりも速ければ，この相互作用による線幅は消去される．反転の速度は照射したラジオ波の強度 H 1 で決まり，1H の場合，H 1 = 10 ガウスで約 43 kHz である．通常，数 100W のアンプを用いて 20 ガウス程度の強度の照射を行う．溶液の場合は J 相互作
36a)
用の値が数 10 Hz と小さいために，
固体のような高強度の照射は必要ない．
図２ (a) に静止した粉末試料の 13C のスペクトルを模式的にb)示した．化学シフトの異方性（CSA）と 1H との相互作用により有用な情報は得られない． (b) は静止粉末試料で 1H のデカc)ップリングを行った場合のスペクトルを示す．この特徴的な線
形は 13C の化学シフト異方性による粉末パターンと呼ばれる．

d)1(c, d) に H デカップルを行いつつ，MAS を行った場合のスペクトルを示した． (c) は MAS が充分に速くない場合で，回転200周期間隔にサイドバンドが出てしまう．回転が充分に速いと一0

図２ 粉末NMRスペクトルに対するデカップリングとMASの効果

本のシャープなピークになる(d)．

(a)

90°

3. 相互作用の消去と復活

1H

de c oupl ede c oupl eCP

90° 90°t1

θθo f fの高分解能測定に必須の方法になっているが，せっかく分子の構造研究に有用な情報である化学シフト異方性を消してしま

τ re

t2

θm

(b)

って観測しないというのはもったいない．そこで，化学シフト

040

異方性を観測する方法として，いろいろな方法が提案されてい80

るが，ここでは Switching-Angle Sample Spinning: SASS 法につ120

いて紹介する．この方法の原理は，試料回転軸の傾き角(θ)が

160

200

理想的な MAS 角からずれると，中途半端な平均化が起こり元の異方的な相互作用が ½ (3 cos2θ−1) 倍に縮小した線形が1/3 が MAS 角) ．
観測されるという事に依っている (θ=cos−1√
これを２次元 NMR 法と組み合わせる．つまり， 13C の横磁化

Chemical Shift/ppm

MAS 法はスピン量子数が 1/2 の核（例えば，13C, 15N, 31P）

13C

240

200

160

120

80

40

0

Chemical Shift/ppm(a) Pulse sequence for a SAS S experim ent(b) 2D SAS S spectrum of dimedone.

図３ 試料回転角スイッチ法(SASS)法

を作り，MAS 角よりずれた角度で t 1 だけ時間推進した後でMAS に戻して観測する（ 図３ (a)）．得られた信号を２次元フa ) U n de rーリエ変換すると各々の等方的な化学シフト位置の縦軸方向に

Tol

1

N ‑ H de c o u p l i n g

TolN

化学シフト異方性（CSA）による粉末パターンが分離測定され（図３ (b)），CSA の値を決定できる．

15

H
H

N

N

N
Tol

Tol

デカップリングで消える双極子相互作用を復活させることも可能である．単純にデカップリングをやめれば 1H-13C 双極子相
互作用は復活するが，実は 1H-1H 双極子相互作用による影響の
1b ) U n de r

15

1

N ‑ H re c o u p l i n gc) S imula te d13

ために H- C 双極子相互作用のみによる線形を観測することは1

1

1

r N‑H = 1.000Å

13

出来ない．そこで， H- H 双極子相互作用は消すが H- C 双極r N‑H = 1 .110Å

子相互作用は消さないというラジオ波照射法を工夫して行うことで解決する．図４はそのような工夫を行って測定した
N-confused tetraphenylporphyrin 化合物の 15N スペクトルであり，
N-H 距離は 1.11Å と得られた．

40 0

35 0

30 0

25 0

20 0

15 0

10 0

50

0

C h em i c a l S h i f t / pp m

図４ 双極子相互作用の復活（リカップリング）37

X‑ 13 C=O powder spectrum

RemoveC‑X dipoleδiso + CSA +Decoupling
600

13

C‑ X dipole

π‑pulses

400

200

0

-200

Remove CSA-400

Chemical Shift/ppm

δiso + CSA

13

C‑ X dipole

Reintroduce
CSA
300

200

100

Chemical Shift/ppm

Remove CSA

MAS

300

0

200

Recoupling

Recoupling
δiso
300

100

0

-100

Chemical Shift/ppm

200

100

Reintroduce
C‑X dipole0

Chemical Shift/ppm
図５ デカップリングとリカップリング

4. さいごにこのように NMR，特に固体高分解能 NMR 法では，さまざまな位相・強度のラジオ波照射や試料回転などをうまく組み合わせることにより化学シフトや双極子相互作用などのスピン相互作用を人為的に操作する事が出来る． 図５ はその様子をまとめた物である． そのため，nm から nm 以下のオーダーの分子構造や Hz から数 100MHz の分子運動を研究するための様々な測定法を考案することが可能で，実際に応用されている．ここで述べた以外の相互作用として他に，13C-13C や 13C-15N などの双極子相互作用や整数・半整数スピンの場合の四極子相互作用などがあり，現在でもこれらの相互作用を制御し，大きさや相対方向を決定する方法論の開発が活発に行われている．
参考文献[1] 例えば，佐々木豊，京都大学低温物質科学センター誌，4, 10 (2004).

38

センター紹介

全学共通科目『低温科学 A, B』
Lecture on Low-Temperature Science A and B
吉村一良，水崎隆雄
京都大学大学院理学研究科
K. Yoshimura and T. Mizusaki
Graduate School of Science, Kyoto University
本学では 2000〜3000 名の研究者や学生が液体窒素やヘリウムの寒剤を使って、低温科学とその応用的研究、低温環境を使った最先端計測技術の開発と応用を行っており、分野も広く学際的分野に拡大している．低温科学と利用の全学的な広がりに教育面からも対応することを目的に，1995 年より理学部付属施設であった極低温研究室（寒剤供給センター）に関係の深い教官が中心になり主として１
回生配当の全学共通科目（B 群科目）として低温科学 I（前期）， 低温科学 II（後期）を開講することになった．世話人は，低温科学 I（前期）は水崎， 低温科学 II（後期）は吉村で発足し，その後，2000
年より低温科学 A，低温科学 B と名前が変更になり、2001 年には極低温研究室は低温物質科研究セン
ターと改組されたが、ほぼ同様の体制で今年度まで継続されている．講義内容は以下の通りである．
また，表１，２に今年度（2004 年度）の全学共通科目授業内容に掲載されているものも示した．低温科学 A，B のいずれにおいても，４〜７人程度低温科学の専門分野の教官が登場し，一人当たり１〜５回程度講義を担当し，リレー式で各人の専門分野についてわかりやすく解説していくという形式を取っている．現在、新入生に対する低温科学への入門的な名物講義になっていることから，全学に対する低温科学に親しむ入門的役割を果たしていると考えている．
（授業のテーマと目的）
低温研究の発展にともなって，理学（物理学・化学・生物学）はもとより，工学・医学・農学などの分野でも大きな進歩がもたらされてきた．この講義は、低温科学についての高校教育と大学の専門教育の間のギャップを埋め，学生諸君に低温研究に対する理解を深めてもらうための入門的基礎講義
である．
（授業計画）[ 群 ]Ｂ群[単 位 数]各２単位[授業形態]リレー[開 講 期] A: 前期 B: 後期[対象回生]１〜４ 回生[週コマ数]１[対象学生]全学向[曜 時 限] A: 水・４コマ目（14:45〜16:15） B:金・５コマ目（16:30〜18:00）[開講場所] A, B ともに理学部６号館 401 講義室（授業内容）[低温科学 A]
低温科学の歴史や低温技術，低温で現れる超伝導や超流動現象の基本概念や理論，レーザー冷却や
ボーズ・アインシュタイン凝縮現象，低温技術の応用（超伝導、SQUID や極低温顕微鏡）などについ39

て，その分野を専門としている教官が具体的なテーマをあげて，場合によってはビデオや簡単な実験によるデモンストレーションも行いながらリレー形式の講義を行い，研究に関する歴史的な話題から研究の現状・最新の成果に至るまで平易に解説する．
1.低温の基礎物理，歴史および技術（超流導ヘリウムや低温を得る方法など）
2.金属電子の振舞い（超伝導理論など）
3.低温技術の応用（極低温電子顕微鏡）
4.低温分光（レーザー冷却など）[低温科学 B]
物質の観点から見た超伝導や磁性といった低温特有の基礎的な物性や低温での特異現象である超伝導の応用などについて，その分野を専門としている教官が具体的なテーマをあげて，場合によってはビデオや簡単な実験によるデモンストレーションも行いながらリレー形式の講義を行い，研究に関する歴史的な話題から研究の現状・最新の成旺に至るまで平易に解説する．
1.物質の磁性Ⅰ（局在電子から遍歴電子まで）
2.新しい超伝導物質（高温超伝導など）
3.超伝導応用Ⅰ（超伝導量子磁束計の地球物理学への応用）
4.超伝導応用Ⅱ（超伝導磁石：核磁気共鳴 MRI への応用）
5.超伝導応用Ⅲ（超伝導量子磁束計の医学への応用）
6.超伝導応用Ⅳ（エネルギー貯蔵，電力輸送，超伝導発電などの強電的なもの）
7.物質の磁性Ⅱ（磁性人工格子）（担当教官）
これまで担当された教官の方々を列挙すると我々の他に，長岡洋介 元・基礎物理学研究所教授（現・関西大学教授），山田耕作 理学研究科教授，高橋義朗 理学研究科助教授，内海恭三 本・農学研究科教授（故人），鳥居雅之 元・理学研究科助教授（現・岡山理科大教授），石黒武彦 元・理学研究科教授（現・同志社大学教授），藤吉好則 理学研究科教授，白井康之 エネルギー科学研究科
助教授，曄道恭 元・理学研究科教授，斉藤軍治 理学研究科教授，福田洋一 理学研究科助教授，
百瀬孝昌 理学研究科助教授，長峯隆 医学研究科助教授，前野悦輝 国際融合創造センター教授，
竹腰清乃理 理学研究科助教授，大見哲巨 元・理学研究科教授，壬生攻 元・低温物質科学研究センター教授（現・名古屋工業大学教授）である．お忙しい中，教鞭を執って下さった各氏にこの場をもって感謝の意を表したい．
また，ホームページおよびシラバスの改訂など，低温物質化学センター事務補佐の柴田晶子さんに大変お世話になりました．この場を借りて感謝致したいと存じます．

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京都大学理学部境界領域専門科目『物質の創成と制御』の提供
Lecture on Interdisciplinary Course on “Condensed Matter Science”
at Kyoto University, Faculty of Science
佐々木 豊 1,2
1
京都大学低温物質科学研究センター，2 京都大学大学院理学研究科
Y. Sasaki 1,2
1
Research Center for Low Temperature and Materials Sciences,2
Kyoto University Graduate School of Science, Kyoto University
平成 14 年度の京都大学低温物質科学研究センター開設に伴い，多数の理学系教官が移籍することとなりました．物理系，化学系，生物系と広分野な理学系教官が在籍する特徴を生かして京都大学理学部の学部教育にセンターならではの寄与をすべく準備を進め，理学部教務委員会のご理解の元に平成
15 年度より主として理学部３回生を対象とする境界領域専門科目「物質の創成と制御」を開設させていただきました．出身母体が物理，化学，生物の各系にまたがるセンター教官が各人の専門分野を例にとりながら，物質のマクロな性質がいかにしてミクロな構造から出現するかということをテーマにリレー講義をすることにより，そのなかに見られる階層構造の共通性を学習させることを目的としています．前期月曜日の１時限という厳しい条件ながら意欲的な学部学生諸君の出席を得て，私を始め講義を担当する教官４名ともに楽しく講義をすることができたと思います．私は他分野の方のお話を聞けるチャンスとばかりに他の担当者の講義にも出席させていただき，講義をされる方には若干ご迷惑だったかも知れませんが二重に楽しませていただきました．
法人化された平成 16 年度からはメンバーが少し入れ替わり矢持、佐々木、壬生、伊藤の４専任教員が担当しましたが，設立時の趣旨を継承して講義を提供できたと思います．有機分子結晶の結晶構
造と導電性（矢持），超流動ヘリウム内の量子渦の生成と消滅（佐々木），ナノスケール磁性体と導電性（壬生），細胞レベルでの生体活動とエネルギー・情報論（伊藤）という一件関わりのなさそうな話
題に共通に現れるミクロからマクロへの階層構造を提示され，基礎科学的なミクロな現象の理解に根ざしたマクロな現象の理解の必然性に学生たちはさらなる学習意欲をかき立てられたようです．大学
内でも学生の学習意欲の低下などが取りざたされる昨今ですが，基礎的な科目のがっちりとした講義の提供だけではなく，実例に則したお話し的な講義により興味をかき立てる必要もあるかと考えられますし，我々の講義がその一端を担っていければ学際的な研究センターに所属する教員としても喜ばしい限りです．
注：平成 17 年度は壬生に替わって澤田が半導体界面における低次元凝縮系について講義します．
曜日，時間，場所は前期月曜日１時限（8:45‑10:15）理学研究科６号館 201 講義室です．

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PDF 紹介【氏名】
張 維 （チャン ウェイ）
【生年月日】
1964 年 4 月 19 日（中国天津市出身）【学歴】
1986 年 7 月
中国南開大学理学部化学学科卒業
1996 年 7 月
中国南開大学大学院化学専攻修士課程修了
2003 年 3 月
京都大学大学院理学研究科博士課程修了（京都大学博士（理学））【研究歴】
2003 年 4 月−2003 年 10 月
京都大学大学院理学研究科外国人招聘研究者（無機物性化学研究）
2003 年 11 月−現在に至る
京都大学低温物質科学センター 低温機能開発研究分野 PDF【専門】
無機物性化学，ナノ磁性体【研究内容】
遷移金属間化合物を中心に, バルクと薄膜単結晶試料の育成を行い, 得られた試料の評価,構造解析,巨視的な物性測定（磁性,電気伝導性）および微視的な物性測定（NMR,メスバウアー分光）を行うことにより, 様々な新奇物性（高濃度近藤効果，巨大磁気抵抗効果）の探索を行っていま
す. 現在の研究テーマは以下のとおりです.
(1) 価数転移を示す化合物であるYbInCu4において，低温・低磁場領域では，Ybの価数は2.9価で4f電子は遍歴しフェルミ液体状態となり, 高温・高磁場では，4f電子は局在しYb価数は3価になります. YbInCu4の価数転移の圧力効果とYbのY, La, Ce, Luへの置換効果を調べ, 価数転移の量子臨界近傍での新しい物理現象を探索しています.

(2) フェルミ面において100%のスピン分極率を示すハーフメタルの一つとして, Co2MnSnホイスラ‑合金を中心に, 三次元(バルク)と二次元(薄膜)における新しい物性を有する新規物質の探索を行っています. (a)バルクCo2MnSnのMnサイトのFeとCrへの置換効果の研究, (b)ホイスラー
合金Co2MnSn薄膜の作製と物性解明, (c)ホイスラー合金Co2MnSn薄膜を強磁性層として含む多層構造の磁気抵抗効果の発現などの研究テーマに取り組んでいます．
【主要な発表論文】
・ Effect of pressure and substitution for Yb on the first-order valence transition in YbInCu4,
W. Zhang, N. Sato, K. Yoshimura, A. Mitsuda, T. Goto, and K. Kosuge,
Phys. Rev. B 66 (2002) 024112.
・Valence transition in the intermetallic compound system Yb1-xYxInCu4,
W. Zhang, N. Sato, K. Yoshimura, K. Kosuge, A. Mitsuda, N. V. Mushnikov, and T. Goto,J. Jpn. Soc. Powder Powder Metallurgy 50 (2003) 91.
・ Effect of pressure on first-order valence transition of Yb1-xYxInCu4,
Wei Zhang, Kazuyoshi Yoshimura, Akihiro Mitsuda, and Tsuneaki Goto,
Physica B 329~333 (2003) 603.
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PDF 紹介【氏名】
福田 昭 （ふくだ あきら）
【学歴】
2002 年 3 月
京都大学大学院理学研究科博士課程修了（京都大学博士（理学））【研究歴】
2002 年 4 月−2004 年 2 月
理化学研究所・基礎科学特別研究員
2004 年 2 月−現在に至る
京都大学低温物質科学研究センター 低温機能開発研
究分野 PDF【専門】
低温物理学、マイクロ波（ミリ波）分光、化学反応機
構、量子ホール効果、量子輸送現象【研究内容】
超低温における低次元量子凝縮系の物性を，量子輸送現象測定やマイクロ波（ミリ波）分光法等の手法を用いて，研究を行っています．現在、関心を持って取り組んでいるテーマは，（１）２層系量子ホール効果における，巨視的量子コヒーレンスの研究．マイクロ波を用いて、超伝導体に類似する，２層間における AC ジョセフソン効果の検証などを目指します．
（２）２層系量子ホール効果における新しい量子相の研究．量子輸送現象測定によって，ランダウ
準位占有率ν＝１におけるソリトン格子相や，ν＝２における傾角反強磁性相などの研究を行っています．また，量子ホール状態における異方的磁気抵抗の測定を通して，量子ホール状態の本質的な理解を目指します．
（３）高分解能ミリ波 ESR による 2 次元偏極原子状水素の 2 次元超流動転移の探索．SIS 接合極低温混合器を用いた高分解能ヘテロダイン分光法を開発するほか，２次元偏極原子状水素の性質を通して，液体ヘリウム（３、４、３−４混合液）表面の状態も調べます．
（４）リドベルグ原子によるダークマター・アクシオンの探索．アクシオンを強磁場中で転換した
単一光子の高感度測定を目指すため，量子非破壊測定の研究も行います．
（５）極低温における液体ヘリウム上の 2 次元電子系と原子状水素の化学反応機構の研究，です．
【主要な発表論文】
・Recombination of Spin Polarized Atomic Hydrogen Absorbed on Dilute 3He-4He Mixture
A. Fukuda, H. Takenaka, and T. Mizusaki
J. Low Temperature Phys. 121 737-742 (2000)
・Cooling Mechanisms of Spin Polarized Atomic Hydrogen Absorbed on Dilute 3He-4He Mixture
A. Fukuda, H. Takenaka, T. Ohmi and T. Mizusaki
J. Low Temperature Phys. 126 127-132 (2001)
・ESR studies of spin-polarized atomic hydrogen adsorbed on 3He-4He mixture film,
A. Fukuda, T. Ohmi , H. Takenaka, Y. Waki, A. Matsubara and T. Mizusaki
in EPR in the 21st Century: Basics and Applications to Material, Life and Earth Sciences, edited by
A.Kawamori, J. Yamauchi and H. Ohta, Elsevier Science B.V., 97-102 (2002)43

低温物質科学研究センター 専任教官名簿
平成１７年 ４月 １日現在

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Name

E‑mail

職TEL

水 崎 隆 雄mizusaki@scphys.kyoto-u.ac.jp

センタ−長

3785

澤 田 安 樹sawada@scphys.kyoto-u.ac.jp

教授

4068

矢 持 秀 起yamochi@kuchem.kyoto-u.ac.jp

教授

4036

寺 嶋 孝 仁terashim@scl.kyoto-u.ac.jp

教授

17‑3121

伊 藤 忠 直ito@em.biophys.kyoto-u.ac.jp

助教授

4217

佐々木

豊

sasaki@scphys.kyoto-u.ac.jp

助教授

3755

松 原

明

akira@scphys.kyoto-u.ac.jp

助教授

3755

新 井

敏 一

toshikaz@scphys.kyoto-u.ac.jp

助手

4055

大 塚 晃 弘otsuka@kuchem.kyoto-u.ac.jp

助手

4036

春 日 井

昇

kasugai@scphys.kyoto-u.ac.jp

助手

4068

北 所 健 悟kengo@nice.kumac.kyoto-u.ac.jp

助手

4061

特

集

低温物質科学研究センター講演・研究発表会の報告
Report of the Lecture and Research Meeting in LTM Center
澤田安樹
京都大学 低温物質科学研究センター
A. Sawada
Research Center for Low Temperature and Materials Sciences, Kyoto University
去る 3 月 4 日午後芝蘭会館別館にて低温物質科学研究センターの講演・研究発表会を行った．4 件の講演と 34 件のポスター発表があり，参加者 70 名と，関係者皆さんの御協力で大変盛況な会であった．
昨年 4 月にセンターへ着任して，慌ただしい着任直後の状態が収まった時に，ふとセンターの役割とは一体何だろうと疑問に思った．寒剤を供給するだけであれば，研究を標榜する人間を置いておく必要はな
い．また自分自身で研究するだけであれば，別にセンターに籍を作る必然性もない．私自身で思い至った
結論は，寒剤を使う研究を発展させるお手伝いをすることが研究センターの主要な役割ではないかということであった．そのためには研究会のような行事がぜひとも必要ではないかと思った．その様なことを考えていた矢先に，公開講演会をどうしようかということがセンターの運営委員会で議論になった．ついつい「はい」と手を挙げて，常日頃思っていた研究発表会とセンター発足以来 2 年続けられた公開講演会とを併せた会を提案してしまった．それからいつの間にか気がついたら，名工大へ転出された企画委員長の壬生さんを引き継ぐ形で講演・研究発表会の幹事になっていた．何だか少し嵌められたような感じもしたが，センターの研究発表会は，個々の研究を脳細胞に例えるならニューロンのネットワークを構築するようなもので，研究集団としての機能を構築する重要な催しである．すなわち，個々の研究者のつながりを構築して今後センターを中心に研究発展をさせる重要な意義のある催しで，骨を折る意味があると思い，
私なりに気合いを入れて準備してみた．
「最先端医学・生物学における低温科学」と題して学内で活躍中の 4 名の方の講演には，満席になるほどの大勢の方が聞きに来られた．センターの佐々木豊さんは固体ヘリウム 3 などの超低温磁気共鳴映像法の研
究，農学研究科の杉本実紀さんは哺乳動物卵巣組織の冷凍保存法の研究，医学研究科附属高次脳機能総合研究センターの長峯隆さんは生体に対する磁場計測による研究，理学研究科の藤吉好則さんは独自に開発した
極低温電子顕微鏡を用いた膜タンパク質の構造解析を行い水チャンネルのメカニズムを明らかにした研究
成果をそれぞれ講演した．各講演はたいへん興味深い内容であり，多数の質問や議論が交わされた．
研究発表会では，ダークマターから無機・有機の物質や生体まで広い分野の寒剤を利用した 34 件の研究が発表された．それぞれのポスターの前ではビールを飲みながらリラックスした雰囲気で研究が紹介された．今回の研究交流から共同研究が促進され，また新しい学際研究が生まれるものと期待できる．またＬＴＭセンター誌前野編集委員長の提案で，概要集が次ページ以降に掲載されているので，今後の研究に役立てていただけることと思う．
独善的総括をすると，講演会，研究発表会，懇親会を絡み合わせて相互に補い合う形で意義あるセンターの催しを成功させることができたと思う．また準備のためのいろいろな雑用に春日井さん，大塚さん，
新井さん，福田さん，西崎さん，上林さん，外山さんらに協力していただいた．
45

2004 年度低温物質科学研究センター講演会・研究成果発表会概要
2005 年 3 月 4 日 芝蘭会館別館
プログラム
講演会（ 13:30−15:30 ） ― 先端医学・生物学と低温科学 ―はじめに 低温物質科学研究センター長 水崎隆雄
L1
「磁気共鳴顕微鏡の開発と基礎科学への応用」
低温物質科学研究センター 助教授 佐々木豊
L2
「哺乳動物卵巣組織の凍結保存」
農学研究科

助手 杉本実紀

L3「生体磁場計測と医学」
医学研究科附属高次脳機能総合研究センター 助教授 長峯隆
L4「極低温電子顕微鏡の開発と膜タンパク質の構造解析」
理学研究科

教授 藤吉好則

研究発表会（ 16:00−18:00 ） ― 京都大学における低温物質科学研究 ―P１．
題名：ダークマターアクシオン探索実験
発表者：水崎隆雄 a，舟橋春彦 b，松木征史 c，澤田安樹 a，松原明 a，五十棲泰人 d，野田章 e，
今井憲一 b，高橋義朗 b，福田昭 a
所属：a 低温物質科学研究センター，b 理学研究科，c 立命館大学総合理工学研究機構ＳＲセンター，d

放射性同位元素総合センター，e 化学研究所附属先端ビ−ムナノ科学センター

P2．
題名：Dark Matter Detector in Grunoble by using ultra-cold superfluid He-3
発表者：Yu. Bunkov, E. Collin, J. Elbs, H. Godfrin, and C. Winkelmann
所属：CTBT, CNRS-Grenoble, France
P３．
題名：元素の新しい立体周期表 エレメンタッチ
発表者：前野悦輝
所属：京都大学国際融合創造センター，理学研究科 物理学・宇宙物理学専攻

46

P４．
題名：銀の層状酸化物の新超伝導体発見
発表者：米澤進吾 a，前野悦輝 a,b
所属：a 理学研究科物理学第１専攻，b 国際融合創造センター
P５：
題名：新奇超伝導体 NaxCoO2・ yH2O の超伝導と磁性
発表者：井原慶彦 a，石田憲二 a，道岡千城 b，吉村一良 b，高田和典 c，佐々木高義 c，桜井裕也 d，
室町英治 d
所属：a 理物理，b 理化学，c 物材機構・物質研，d 物材機構・超伝導センター
P６．
題名：擬２次元重い電子系超伝導体 CeCoIn5 の薄膜作製発表者：井崎学 a，松田祐司 a，寺嶋孝仁 b
所属：a 理学研究科，b 化学研究所
P７．
題名：４万気圧級の高圧下核磁気共鳴測定
発表者：藤原直樹
所属：人間・環境学研究科
P８．
題名：スピン 1/2 量子かごめ磁性体 Cu-titmb の NMR
発表者：鍛冶亮介，吉岡賢二，小山田明，前川覚
所属：人間・環境学研究科
P９．
題名：TI4O7 の金属絶縁体転移と光学スペクトル
発表者：上野若菜，渡辺雅之，林哲介
所属：人間・環境学研究科 相関環境学専攻 林研究室
P10．
題名：テラヘルツ周波数領域におけるアミノ酸結晶の分子間振動モード
発表者：永井正也，山下功美子，広理英基，田中耕一郎
所属：理学研究科 物理学第一教室
P11．
題名：シトシンと TCNQ 誘導体を用いた電荷移動錯体の物性
発表者：西村一国，榎本雄一郎，清水康仁，本田元気，坂田雅文，齋藤軍治
所属：理学研究科化学専攻
47

P12．
題名： Ｄ-π-Ａ型分子内電荷移動化合物の性質
発表者：大塚晃弘 a，西村一国 b，椎木峰行 b，榎本雄一郎 b，本田元気 b，齋藤軍治 b
所属：a 低温物質科学研究センター，b 理学研究科化学専攻，理学部化学教室
P13．
題名：Ultra-Fast Highly Efficient Photo-Induced Phase Transition in (EDO-TTF)2PF6
発表者：邵 向鋒(SHAO, Xiangfeng)a, 矢持 秀起(YAMOCHI, Hideki)a, 太田 明(OTA, Akira)b,
斎藤 軍治(SAITO, Gunzi)b
所属：aResearch Center for Low Temperature and Materials Sciences，bDivision of Chemistry, Graduate Schoolof Science
P14．
題名：ホイスラー合金 Co2MnSn 薄膜の作製と物性解明
発表者：張維 a,b，壬生攻 a,c，慈幸範洋 d，奥野拓也 a,d，吉村一良 b
所属：a 低温物質科学研究センター, b 理学研究科, c 名古屋工業大学, d 化学研究所
P15．
題名：界面効果・サイズ効果を利用したナノスケール磁性体の磁気構造制御と物性研究への応用
発表者：壬生攻所属：名古屋工業大学大学院工学研究科
P16．
題目：酸素欠損を有する SrTiO3 の発光特性
発表者：寺嶋孝仁 a，神田良子 a，菅大介 a，島川祐一 a，高野幹夫 a，金光義彦 a,b，石墨淳 b
所属：a 化学研究所，b 奈良先端科学技術大学院大学物質創成科学研究科
P17．
題名：トラップ水素原子の低温挙動
発表者：中島光一 a，山内 淳 b
所属：a 人間・環境学研究科，b 理学研究科
P18．
題名：脳の水チャネル AQP4 の構造と機能
発表者：廣明洋子 a,b，谷一寿 a,c，亀川亜希子 a,c，刑部伸彦 c，西川幸希 a,c，鈴木博視 a，Thomas Walzd，
佐々木成 e，光岡薫 c，藤吉好則 a,b,c,f
所属：a 理学部生物物理，bJST/CREST，c 産業技術総合研究所生物情報解析研究センター，dHavard Medical
School，e 東京医科歯科大学，f 低温物質科学研究センター

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P19．
題名：Filamin A 架橋 F-actin・ネットワーク構造の力学・浸透圧特性発表者：伊藤忠直 a，山崎昌一 b
所属：a 低温物質科学研究センター，b 静岡大学理学部
P20．
題名：膜 4 回貫通型タンパク質 CD81 の構造生物学的研究
発表者：北所健悟 a，Bordo Db, Ponassi Mb, Galli Gc, Petracca Rc, Falugi Fc, Grandi Gc, Bolognesi Mb
所属：a 低温物質科学研究センター，b ジェノバ大学 ABC センター，ｃカイロンワクチンリサーチセンター
P21．
題名：脳磁図記録による側頭葉機能の検索
発表者：松林潤 a，江夏怜 b，臼井桂子 a，三國信啓 b，池田昭夫 c，長峯隆 a，橋本信夫 b，福山秀直 a
所属：a 医学研究科附属高次脳機能総合研究センター，b 医学研究科脳神経外科学，c 医学研究科臨床神経学
P22．
題名：危険予期と内側前頭前皮質
発表者：福井裕輝 a，村井俊哉 a，林拓二 a，花川隆 b，福山秀直 b
所属：a 医学研究科脳病態生理学精神医学教室，b 医学研究科附属高次脳機能総合研究センター
P23．
題名：藻類由来多糖類のキレートおよびゲル形成を利用した磁性機能材料の創製
発表者：扇喜洋介，應矢量之，西尾嘉之
所属：農学研究科
P24．
題名：エネルギー貯蔵用高温超伝導コイルシステムの最適設計と高機能化に関する研究
発表者：東川甲平，中村武恒，星野勉
所属：工学研究科
P25．
題名：磁性イオン含有酸化物ガラスの低温における磁気特性
発表者：赤松寛文，田中勝久，村井俊介，藤田晃司
所属：工学研究科 材料化学専攻
P26．
題名：ＰＬＤ法により作製したイルメナイト・ヘマタイト固溶体の電気的・磁気的性質
発表者：北條元，藤田晃司，田中勝久，平尾一之
所属：工学研究科材料化学専攻平尾研究室
49

P27．
題名：含長鎖補助配位子による原子価互変異性錯体の相転移挙動制御
発表者：桐谷乃輔 a，張浩徹 a,b，鎌田亜紀子 a，北川進 a
所属：a 工学研究科，b 科学技術振興機構さきがけ
P28．
題名：高分解能走査型ホールプローブ顕微鏡を用いた YBCO 膜中の単一磁束量子の観察
発表者：権藤政信 a，長村光造 a，酒井明 b，松本要 a
所属：a 工学研究科，b 国際融合センター
P29．
題名： 回転下におけるエアロジェル中の超流動ヘリウム３
発表者： 松原明
所属：低温物質科学研究センター
P30．
題名：極限環境を駆使した MRI 顕微鏡の開発
発表者：上野智弘 a，陳夢元 b，松山剛 b，松原明 a,b，佐々木豊 a,b，福田耕治 c，水崎隆雄 b
所属：a 低温物質科学研究センター，b 理学研究科，c 医学部保健学科
P31．
題名：二次元偏極原子状水素の直接観測のためのミリ波ヘテロダイン ESR 分光器の開発
発表者：能藤久幸 a，松原明 b，福田昭 b，水崎隆雄 a
所属：a 理学研究科，b 低温物質科学研究センター
P32．
題名：ヘリウム液面電子で見る２次元希薄ボース気体の超流動
発表者：新井敏一，福田昭，澤田安樹
所属：低温物質科学研究センター
P33．
題名：２層系量子ホール効果における新しい量子相
発表者：福田昭 a，澤田安樹 a，新井敏一 a，寺澤大樹 b，下田雄一 b，森野正行 b，岩田一樹 b，
古住信介 b，江澤潤一 b
所属：a 低温物質科学研究センター，b 東北大学理学研究科
P34．
題名：２層系の量子ホール効果
発表者：澤田安樹，福田昭，新井敏一
所属：低温物質科学研究センター50

L1 磁気共鳴顕微鏡の開発と基礎科学への応用
佐々木豊
京都大学 低温物質科学研究センター，大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻
E-mail：sasaki@scphys.kyoto-u.ac.jp
近年における磁気共鳴映像法（MRI）の発展は著しく，とりわけ医療用途での応用はもはや日常的な事象となっています．その基礎を築き上げた Lauterbur, Mansfield 両氏に 2003 年のノーベル医学賞が与えられたことは記憶に新しいことと思います．我々の研究グループではマイクロケルビン領域という超低温度にある物質の磁気的性質の空間分布を直接測定することのできる超低温磁気共鳴映像法（ULT-MRI）の開発を進めてきました．本講演では磁気共鳴映像法の原理を解説し，物性物理学としての視点から見た魅力の紹介に加えて，スピンの目を通して磁気的性質や物質の運動状態を見る顕微鏡としての応用，物性科学的視点からのさらなる発展が期待される生命科学への応用などの可能性についても言及する予定です．

L2 哺乳動物卵巣組織の凍結保存
杉本実紀
京都大学農学研究科
E-mail：sugimoto@kais.kyoto-u.ac.jp
生殖細胞の保存は，動物においては系統維持や優良な形質をもつ動物の増産に有用であり，人間では抗癌剤治療などによる不妊の回避に利用することができる．哺乳動物では，雌性生殖細胞である卵
母細胞は卵巣内において周囲の細胞による支持を受けて発育・成熟し排卵されるが，一回毎の排卵数
はごく少数で生殖適齢期にしか得られないという問題がある．これを解決するためには，卵巣内に多数存在する未発育卵母細胞を組織ごと保存し，必要時に成熟させる手段が必要である．また，卵巣はエストロゲン等のホルモンを産生する内分泌器官でもあるので，その機能障害は更年期障害や骨粗鬆症等の疾病につながるが，保存した卵巣の移植によりこれらを軽減できる可能性がある．細胞や組織を凍結保存後に生存させるためには氷晶による損傷などの傷害を防止しなければならないことから，
冷却・加温速度や保護物質の添加等，処理条件の調節が必要である．卵巣組織の保存はこれまでに実験動物，家畜，ヒトでの成功が報告されており，初期胚の保存法と類似の手法が使用されていることが多い．我々は簡便な冷却法であるガラス化冷却法により保存を行ったが，液体窒素中での冷却後に部分的ではあるが組織の生存と機能が認められた．大型の組織を保存するためには更に手法の改良が必要であるが，成熟卵子の保存と併用することで，雌性生殖細胞の保存における選択肢を増やし全体的な効率を高められると考えられる．

51

L3 生体磁場計測と医学
長峯 隆
京都大学医学研究科附属高次脳機能総合研究センター
E-mail：nagamine@bpp2.kuhp.kyoto-u.ac.jp
生体より発生している磁場には，定常磁場と変動磁場とある．前者は，主に外部より異物として混入した磁性物質によって発生するが，一時的に励起磁場を加えることによって，磁性物質，ひいては異物の総量を推定することが可能である．粉塵の多い環境下における長年の暴露量の推定などに有用であり，今後，労働環境等の定期検診などへの応用が期待されている．後者は，生体の構成物質のうち興奮性性質をもつ細胞に由来し，その電位分布が時間的変動を起こすことによって生じる．特殊な部位においては，同等の機能を持つ興奮性細胞が集団をなして空間的に整列し，細胞内を流れる電流が局所電流として働く．この局所電流には細胞外の帰還電流が付随しているが，生体構成物質がさま
ざまな電気伝導率を有しているために，体外で計測した帰還電流には分布の歪みがあり，これらより発生電流源を推定することは困難である．これに対し，局所電流より離れた位置において SQUID 等
により計測した磁場は，生体の透磁率がほぼ一定であるため歪みがなく，これを用いて発生電流源の位置，時間経過を正確に推定することが可能である．対象の動かない大脳皮質の活動推定が盛んに行
なわれ，現在では臨床的にも広く用いられるようになってきた．心臓，末梢神経，筋肉などへの臨床応用も，今後進んでいくと思われる．計測にかかる費用削減と，より正確な逆問題解析が今後の問題である．

L4 極低温電子顕微鏡の開発と膜タンパク質の構造解析
藤吉 好則
京都大学大学院理学研究科
E-mail：yoshi@em.biphys.kyoto-u.ac.jp
試料を低温に冷却することによって電子線損傷を最少に押さえることが出来る極低温電子顕微鏡を，
水崎隆雄低温物質科学研究センター長の教えを受けて開発することが出来た（Ultramicroscopy 38,
241-251 (1991)）．これを改良して，極低温電子顕微鏡を中心とした構造研究システムを開発してきた（Adv. Biophys. 35, 25-80 (1998)）．これは，神経細胞などの制御や情報伝達ネットワークの構築に関する分子的基礎原理を理解すること，そして将来的には記憶や意識，個性等を分子レベルで理解する事を夢に見た技術や手法の開発である．
極低温電子顕微鏡を用いた膜蛋白質の構造研究が近年それなりに進んだ．例えば，光合成アンテナタ
ンパク質（Nature 367, 614-621 (1994)），バクテリオロドプシン（Nature 389, 206-211 (1997)）等の解析，
１秒間に２０億分子もの水を高速で透過しながら，いかなるイオンもプロトンさえも透過しない水チ
ャネルの高い選択性を示す機構の解明（Nature,407, 599-605 (2000)）．アセチルコリン受容体の構造解
析によって，神経筋接合部で行われる情報伝達の機構，特にアセチルコリンによるイオンチャネルのゲーティング機構等が解明された（Nature,423, 949-955 (2003)）．単粒子解析法を用いた，電圧感受性
Na+チャネル（Nature,409, 1047 (2001)）および IP3 受容体（JMB,336, 155-164 (2004)）等の低い分解能での解析からも，アセチルコリン受容体と比較すると興味深い特徴が明らかになってきた．
これら，我々が関わった解析と，R. MacKinnon らが解析した K+チャネルの構造解析結果とを合わせて，チャネルの構造と機能を中心にお話したい．細胞や組織の構造を分子レベルで議論できる極低温電子顕微鏡を用いた立体構造観察法の可能性にも短く触れたい．

52

P1 ダークマターアクシオン探索実験
水崎隆雄ａ，舟橋春彦ｂ，松木征史ｃ，澤田安樹ａ，松原明ａ，五十棲泰人ｄ，野田章ｅ，
今井憲一ｂ，高橋義朗ｂ，福田昭ａａ

京都大学低温物質科学研究センター，ｂ京都大学大学院理学研究科，ｃ

立命館大学総合理工学研究機構ＳＲセンター，ｄ京都大学放射性同位元素総合センター，ｅ

京都大学化学研究所附属先端ビ−ムナノ科学センター

E-mail：hal@nh.scphys.kyoto-u.ac.jp
宇宙にはその全質量の３５％をも担うダークマターと呼ばれる正体不明の物質が存在することが分かっている．ダークマターの正体を明らかにすることは，基礎物理・宇宙物理の最重要課題である．
ダークマターの最有力候補のひとつとして時間反転対称性に関わる未発見の素粒子 アクシオン が挙げられる．これをリドベルグ原子を用いた高感度検出装置で探索し，ダークマターの正体を明らかにする．これまで化学研究所において研究を推進してきたアクシオン検出装置を低温物質科学研究センターの隣接地へ移設する．全学共同利用の低温物質科学研究センターを核にして，素粒子実験（理・物 2），粒子線検出器開発（RI センタ−），低温計測・マイクロ波実験技術（低温センタ−），ビーム・
ナノ科学（化研），レーザー制御・量子エレクトロニクス（理・物 1）などの専門家から成る全学を横断した新しい研究チームを形成してアクシオン探索を行うとともに低温環境下での表面物性科学や空洞量子電磁気学の実験的研究を展開する．これはリドベルグ原子を微弱電場測定やマイクロ波単一光子検出に応用するものである．

P2 Dark Matter Detector developed in Gronoble by using Ultra-Cold Superfluid He-3
Yu. Bunkov, E. Collin, J. Elbs, H. Godfrin, and C. Winkelmann
CRTBT, CNRS-Grenoble, France
The detection of non-baryonic dark matter represents a major challenge for modern physics. He-3 presents
privileged properties for detecting massive non-baryonic particles and as a new feature of its fermionic character
allows the detection of such particles also by the spin-spin interaction. Superfluid He-3 Dark Matter Dectors,
developed in Gronble, operating at 100 mK take advantage of leading techniques of ultra-low temperatures. This
presentation reports on new experiments with a small prototype cell in which the cosmic muons released energy
spectrum has been measured. We sucseed to measure also the spectrum of secondary electrons after Co-57 beta
decay with threshold and resolution better then 1 keV.

P3 元素の新しい立体周期表 エレメンタッチ
前野悦輝
京都大学国際融合創造センター，理学研究科 物理学・宇宙物理学専攻
E-mail：maeno@scphys.kyoto-u.ac.jp
現在広く使われている元素の周期表は 1905 年にスイスの化学者ヴェルナーによって考案されたものを基にしています．そのいくつかの欠点を解消する立体周期表を考案しましたのでご紹介します．
エレメンタッチと名づけたこの立体周期表の特徴は:
１．全ての元素記号が原子番号順に途切れることなく並んでいる．
53

２．ｆ電子系元素だけを別表にする必要がなくなった．
３．イオン化価数の同じ元素は縦一列に並んでいる．
４．原子の模型を表現している（3 重の筒は s･p 軌道，ｄ軌道，ｆ軌道を表す）．
この立体周期表をさらに平面上に展開したバージョンについても発表します．

P4 銀の層状酸化物の新超伝導体発見
米澤進吾 b，前野悦輝 a, bab

京都大学 大学院理学研究科 物理学第１専攻
京都大学 国際融合創造センター

E-mail：maeno@scphys.kyoto-u.ac.jp
層状酸化物でみられる超伝導では，導電性を主に担う遷移金属の d 電子の間の強いクーロン相互作用が重要となる場合が多く，従来型の電子-格子相互作用を媒介とするメカニズムに代わって，非従来型の異方的超伝導がしばしば起こる．銅酸化物ではスピン一重項 d 波の高温超伝導が出現し，ルテニ
ウム酸化物 Sr2RuO4 では超流動３He のようなスピン三重項ｐ波の超伝導が出現する．これらの他にニオブやコバルトの層状酸化物でも超伝導体が知られており，
その超伝導性は精力的に研究されている．
我々は最近，銀の層状酸化物 Ag5Pb2O6 が超伝導体であることを発見した[1]．転移温度は約 50 mKと低いが，臨界磁場も約 5 Oe と低く，さらに磁場中では一次相転移に伴う過冷却現象なども見られることから，酸化物としてはおそらく初めての第１種超伝導体である可能性が高い．銀は周期表で銅の真下に位置するため，銅酸化物の電子状態との比較も面白い．この研究発表会ではこの Ag5Pb2O6 の超伝導と常伝導の性質について発表･解説する．
[1] Shingo Yonezawa and Yoshiteru Maeno, Physical Review B 70, 184523 (2004).

P5 新奇超伝導体 NaxCoO2・y H2O の超伝導と磁性
井原慶彦 a，石田憲二 a，道岡千城 b，吉村一良 b，高田和典 c，
佐々木高義 c，桜井裕也 d，室町英治 da

京大理物理，b 京大理化学，c 物材機構・

物質研，d 物材機構・超伝導センター
E-mail:ihara@scphys.kyoto-u.ac.jp,
kishida@scphys.kyoto-u.ac.jp
三角格子コバルト酸化物 NaxCoO2・yH2O の超伝導は，2003
年に Takada et al.よって発見された．辺共有で連なった CoO6八面体から成る CoO2 層において Co は三角格子を形成しており，それぞれの CoO2 層は水と Na の層に隔離されている．この物質では幾何学的フラストレーションを内在する二次元三54

図：NaxCoO2・yH2O の相図

角格子上で超伝導が実現しており，二次元正方格子の銅酸化物高温超伝導体との比較からも興味を集めている．我々は Co サイトの微視的磁気状態と密接に関係する，Co-NQR(核四重極共鳴)の測定を行なっている．様々な異なる水の濃度の試料での Co-NQR の測定から，この物質の超伝導相は磁気相と接していること，また基底状態は Co の周りの電場勾配に関係する電気四重極共鳴周波数をパラメターに取ると系統的に理解できることがわかった．詳細はポスターで発表いたします．

P6 擬２次元重い電子系超伝導体 CeCoIn5 の薄膜作製
井崎学 a，松田祐司 a，寺嶋孝仁 ba

京都大学大学院理学研究科，b 京都大学化学研究所

E-mail：izaki@msk.kuicr.kyoto-u.ac.jp
Ce や U を含むいわゆる重い電子系化合物のなかには超伝導を示すものも多い．それらの超伝導体
は f 電子間の強い相互作用のため従来の超伝導体とは異なる超伝導発現機構を持つと考えられてきた．
ここで議論する CeCoIn５もこのような物質群の１つであり，比熱，NMR，熱伝導などの研究から超伝導ギャップがノードを持ついわゆる異方的超伝導体の一つであると考えられている．CeCoIn5 の特徴
は２次元的な電子構造を持ち反強磁性量子臨界点近傍に位置することでありその超伝導対称性の解明
は非従来型超伝導体の超伝導発現機構を研究する上で極めて重要となる．またこの物質の超伝導状態
では FFLO 状態等のこれまでにはない新しい超伝導状態が出現している可能性があり興味深い．超伝導状態を調べる強力な実験手段はトンネル接合等の実験であるがこのためには試料の薄膜化が必要不可欠である．しかしながらこれまで重い電子系の薄膜化はほとんど成功していない．我々は現在スッパタリング法により３元素を同時に蒸着させる方法で CeCoIn５薄膜作成を試みており，これまでに得られた結果について発表する．

P7 ４万気圧級の高圧下核磁気共鳴測定
藤原直樹，
京都大学大学院人間・環境学研究科
E-mail：naokif@mbox.kudpc.kyoto-u.ac.jp
圧力は，金属絶縁体転移や圧力誘起超伝導等，様々な現象が現れうる強相関電子系において重要な役割を果たしている．高圧下でおこる物理現象をミクロな立場から解明するために，我々は高圧下核磁気共鳴の技術開発と計測に取り組んでいる．今回は，4 万気圧級（東京タワーを逆さまにして 10cm2の平面で受けた圧力に相当）高圧下核磁気共鳴測定の紹介と，圧力誘起超伝導体である梯子格子銅酸化物についての測定例を紹介する．

55

P8 スピン 1/2 量子かごめ磁性体 Cu‑titmb の NMR
吉岡賢二，鍛冶亮佑，小山田明，前川覚
京大 人間・環境学研究科
E-mail：Ryousuke.Kaji@s01y0700.mbox.media.kyoto‑u.ac.jp
幾何学的フラストレート磁性体であるかごめ格子反強磁性体は，かごめ格子点上に位置するスピン間の反強磁性相互作用が競合するため磁気秩序化が抑制され，通常の磁性体には見られない特異な磁気物性が出現する．さらにそのスピンが 1/2 の場合には量子効果が加わるため，RVB 状態やスピン液体等の新奇なスピン状態が出現すると予想されている．
我々は量子かごめ格子磁性体の候補物質として，スピン 1/2 の Cu2+イオンがかごめ格子を形成している金属錯体物質[Cu3(titmb)2(CH3CO2)6]･H2O (略称 Cu‑titmb) の単結晶試料を合成し，SQUID による磁化測定と核磁気共鳴（NMR）により研究を行っている．
He‑4He 希釈冷凍機を用いた 180mK までの実験から，長距離磁気秩序化は見られなかった．スピン・3格子緩和率 T1-1 は，室温から 20K までと 600mK 以下では一定であるが，4K~600mK では急激に減少
し，T1-1 は exp(-Δ/kBT)で表される．エネルギーギャップΔの磁場依存性を求め，この依存性にステップ状の構造が存在することを見い出した．理論的には S =1/2 かごめ格子反強磁性体は，基底状態が S=0，
励起状態が S=1 で，両状態間にはエネルギーギャップが存在すると予想されているが，基底状態はシングレットにはなっていないことを実験データは示している．Cu-titmb は最近接間が反強磁性ではな
く強磁性で，次近接相互作用が反強磁性のフラストレートかごめ磁性体であると考えられる．

P9 Ti4O7 における金属絶縁体転移と光学スペクトル
上野若菜，渡辺雅之，林 哲介
京都大学大学院 人間・環境学研究科
w.ueno@phys.h.kyoto-u.ac.jp
Ti4O7 はマグネリ相と呼ばれる化合物の一種であり，磁化率や電気抵抗が Tt~150K で不連続に大きな変化を示すことが知られている．Ti4O7 は Tt 以上では非局在化したチタンの３d 電子が電気伝導に寄与して金属的な振る舞いを示し，Tt 以下ではバイポーラロンを形成するために半導体に転移すると報告されている．本研究では相転移近傍での電子状態の変化を実験的に解明する事を目的として，
Ti4O7 の電気的・光学的性質を調べた．相転移点より高温と低温で反射スペクトルを測定すると，高温相のスペクトルは赤外領域では反射率が高く，可視領域では急激に減少し 1.9eV で極小値をとる．
また 4.1eV にピークがある．低温相では赤外領域の反射率が減少し，高温相で見られる極小が消失す
る．スペクトルの温度依存性を調べると，Tt において不連続に反射強度が変化する．高温相のスペク
トルは金属相である事を反映して極小値以下の低エネルギー領域で Drude 型の振る舞いを呈して反射率が高い．一方の低温相のスペクトルは半導体的でありプラズマ端が消失している．このように Ti4O7の金属絶縁体転移において光学応答に関しても変化が生じる事を確認した．そこで高温相の反射スペ
クトルを Drude Model と 4.1eV に振動子を持つ Lorentz Model の和として解析を行った．計算曲線は結果を良く再現できた．この解析から得たプラズマ周波数 4eV から評価した伝導電子の密度は，結晶構造から推定したものとほぼ一致する．

56

P10 テラヘルツ周波数領域におけるアミノ酸結晶の分子間振動モード
山下功美子，広理英基，永井正也，田中耕一郎
京都大学大学院理学研究科 物理学・宇宙物理学専攻

90

E-mail：mnagai@scphys.kyoto-u.ac.jp-1

Absorption [cm ]A rginine
タンパク質などの生体高分子の高次構造においては，ファンデルワールス力や水素結合などの弱い分子間相互作用が働300K60いている．これらは数 THz 程度の振動エネルギーをもち，マクロな分子構造の変化を引き起こす駆動力となる．しかし多くの高分子の THz 領域の吸収はブロードなスペクトル形
150K
30
状をしており，詳細な議論を行うためにはホールバーニングなど可視領域で広く行われている非線形分光を用いて個別の13K
モードを選択的に検出することが必要である．そこで第一段0階として分子量の小さなアミノ酸微結晶のテラヘルツ領域の
0.0
0.4
0.8
1.2
複素屈折率を測定し，非線形光学応答を評価する上で重要な
Frequency [THz]分子間振動の非調和性について議論した．
図はアルギニン微結晶の吸収スペクトルである．1THz 付近に分子間振動に起因する吸収が見られる．温度を下げるとこの吸収線は線幅を狭めながら高周波数側にシフトする．これは Lennard-Jones な
どの分子間ポテンシャルの非調和項を考慮することで，半定量的に説明することができる．

P11 シトシンと TCNQ 誘導体を用いた電荷移動錯体の物性
西村一国・榎本雄一郎・清水康仁・本田元気・坂田雅文・齋藤軍治
京都大学大学院理学研究科化学専攻
E-mail：nishimura@kuchem.kyoto-u.ac.jp
NH2

NH2

NC

CN

シトシン(Cyt)は核酸塩基のひとつであり，ブロンステ
HN
N
ッド塩基(pKb= 4.55 in water)および電子供与体として働RONく．主な TCNQ 系錯体の一覧を表１に示す．
N
O
H
H
光吸収帯の位置から，TCNQ 錯体では陰イオン価数がCytosine
NC
CN
HCyt+
−１価であり，MeTCNQ および Me2TCNQ 錯体では陰イ(Cyt)
R-TCNQ
オンが部分電荷移動状態であると判断できる．プロトンx+化したシトシン分子(HxCyt) のプロトン化量 x が，０か
ら１の間で変化すると仮定すれ
表１ 主な Cytosine-TCNQ 系錯体の一覧
ば，陰イオン部分の価数を説明
外見
σRT / Scm 1,
組成
R-TCNQ
Abs. banda
できる．シトシン-TCNQ(2:1)の
3
1/ 10 cm(Ea / eV)
結晶構造が得られ，TCNQ 分子
は a 軸方向へ均一に積層してい
黒色針状晶
TCNQ
2:1
7.1
3×10-2 (0.14) b
る．また，分子間水素結合によ
-4
c
黒色粉末
TCNQ
1:1
7.0
1×10 (0.12)
り，図１の枠内で示す H+Cyt と黒色粉末
MeTCNQ
1:1
3.4
2×100 (0.017) c
Cyt のペアが，b 軸方向へリボン
-3
c
暗青色粉末
Me2TCNQ
2:1
3.4
8×10 (0.025)
状シートを形成している．
a) KBr 中、最低波数吸収帯, b) //a 方向, c) 加圧形成試料57

P12 Ｄ−π−Ａ型分子内電荷移動化合物の性質
大塚晃弘 a，西村一国 b，椎木峰行 b，榎本雄一郎 b，本田元気 b，齋藤軍治 ba京都大学 低温物質科学研究センターb

京都大学 大学院理学研究科化学専攻，理学部化学教室

E-mail：otsuka@kuchem.kyoto-u.ac.jp
電子を与え易いドナー部位（Ｄ）と，電子を受け取り易いアクセプター部位（Ａ）を，１個の分YY子中に持ち，両者が分子内でπ電子共役結合によRNCNり結ばれた構造の化合物の性質を紹介する．
例えば右図で R = C16H33，Y = H の分子は基底状NCCN態がイオン的で，多層膜や単層膜の集合状態で整Y
Y流作用を示すことが知られている１．類似の化学構造と電子状態を持つ分子からなる集合体が必ず
Ｄ−π−Ａ型分子の例
しも整流作用を発現する訳ではないが，Ｄの骨格やＡの置換基を変えた種々の関連Ｄ−π−Ａ型分子を合成し，分子内電荷移動量の見積り，電子吸収スペクトル，分子構造，結晶構造，融点などについて報告する．
１
Robert M. Metzger, Chem. Rev., 103, 3803 – 3834 (2003).

P13 Ultra-Fast Highly Efficient Photo-Induced Phase Transition in (EDO-TTF)2PF6
邵 向鋒(SHAO, Xiangfeng)a, 矢持 秀起(YAMOCHI, Hideki)a, 太田 明(OTA, Akira)b, 斎藤 軍治(SAITO, Gunzi)baResearch Center for Low Temperature and Materials Sciences, Kyoto UniversitybDivision of Chemistry, Graduate School of Science, Kyoto University

E-mail：shao_xf@kuchem.kyoto-u.ac.jp
Photo-induced phase transition (PIPT) phenomena, in which a pulse of laser
light stimulates the phase transition, are the important subject to understand the
dynamics of the electronic structure and other structural and physical properties ofmaterials. In the course of our investigations on conducting charge-transfer
complexes, the title complex was found to show a metal-insulator (MI) transition
associated with the distinct molecular deformation, while only the translation of
the molecules can be observed in usual MI transitions. This complex also showed the photo-induced
insulator-to-metal transition by irradiating with a pulsed laser light of 120 fs width, for which only 1.5 ps and one
photon were needed to convert the 500 - 1,500 conducting component molecules in the insulating phase to themetallic state. Since this PIPT was associated with the reflectance change of the single crystals, the applicationof this material to the THz order optical fiber communication devices is expected.

58

P14 ホイスラー合金 Co2MnSn 薄膜の作製と物性解明
張維 a,b，壬生攻 a,c，慈幸範洋 d，奥野拓也 a,d，吉村一良 ba

京都大学低温物質科学研究センター, b 京都大学大学院理学研究科,c

名古屋工業大学, d 京都大学化学研究所

E-mail：wzhang@kuchem.kyoto-u.ac.jp
Co2MnSn ホイスラー合金は伝導電子のスピン分極率がフェルミ面において 100%を示すハーフメタル強磁性体であると理論予測されている．我々は Co2MnSn を用
いて強磁性トンネル接合の作製に試みている．本講演
では，超高真空蒸着法で，MgO(001)基板上に Cr 下地層を蒸着した後，Co, Mn, Sn を単原子〜半原子層オー
ダーで順に繰り返し積層することによって Co2MnSnの単結晶薄膜作製し，磁性および電気伝導性を調べた
結果を報告する．試料の局所磁性は 119Sn メスバウアー
分光法を用いて評価し，巨視的磁性は SQUID 磁束計を

Fig.1 Magnetization curve of Co2MnSn film

用いた磁化測定によって調べた．Fig.1 に基板温度

measured at room temperature.

200℃で作製された薄膜試料の磁化曲線を示す．薄膜の磁化の大きさはバルク試料のものとほぼ同じであり，良好な試料ができていることがわかった．

P15 界面効果・サイズ効果を利用したナノスケール磁性体の磁気構造制御と物性研究
への応用
壬生 攻
京都大学低温物質科学研究センター（現：名古屋工業大学大学院工学研究科）
E-mail：k_mibu@nitech.ac.jp
我々のグループでは，薄膜作製技術や微細加工技術を駆使して種々の金属磁性薄膜をナノスケールで加工し，その磁気的性質を制御していくことに取り組んでいる．磁性薄膜・多層膜・ナノ構造体の磁性がサイズ・形状や界面境界条件によってどのように制御できるかを探り，新しい物質の創成や新しい物性の発見に向けて研究を進めている．本講演では，スピン密度波，磁気渦，磁壁などの磁気構
造制御と物性研究への応用に関する最近の進展について報告する．

59

P16 酸素欠損を有する SrTiO3 の発光特性
寺嶋孝仁 a，神田良子 a，菅大介 a，島川祐一 a，高野幹夫 a，金光義彦 a,b，石墨淳 ba

京都大学化学研究所，b 奈良先端科学技術大学院大学物質創成科学研究科

E-mail：terashim@scl.kyoto-u.ac.jp
SrTiO3 はバンドギャップが 3.2eV の間接遷移型の絶縁体であり，室温では紫外線などによる励起を行っても発光しないが，低温では自己束縛励起子による緑色発光を示す．SrTiO3 の Sr2+を La3+で置換したり，Ar+イオンビームを照射して酸素欠損を作ったりすることで電子ドーピングすると室温でも青色領域で発光することを見いだした．さらに，100K 以下の低温に冷却すると青色領域の発光は 390nmをピークとする紫外域へ移動し，ピーク幅も非常にシャープなものになる．この発光は SrTiO3 の吸収端に一致しバンド端発光を生じていることを示している．ただし，同時に自己束縛励起子による緑色発光も生じている．これらの結果は酸素イオンの p バンドにできたホールと遷移金属イオンの d バン
ド電子の結合に由来するもので，遷移金属酸化物に固有な「p ホール」の物理の好例になるものである．今後，新規な発光デバイスの開発につながるものと期待される．

P17 トラップ水素原子の低温挙動
中島光一 a，山内 淳 bab

京都大学人間・環境学研究科
京都大学理学研究科

E-mail：kouichi@yamauchi.mbox.media.kyoto-u.ac.jp
最も単純な原子である水素原子は非常に活性で小さいため，結晶構造中に捕獲することが困難である．しかし，演者らはβ型リン酸三カルシウム(β-Ca3(PO4)2, β-TCP)にＸ線を照射することにより水素原子をβ-TCP 結晶構造中に捕獲することに成功した 1)．そこで本研究では，不対電子の検出に高感度な電子スピン共鳴(ESR)を用いて，捕獲された水素原子の電子状態(室温〜低温)について検討を行った．
出発原料である非晶質リン酸カルシウム(Ca3(PO4)2:n H2O，ACP)の合成はリン酸水素二アンモニウム
溶液と硝酸カルシウム溶液を用いた急速混合法により行った．β-TCP の合成は ACP を白金るつぼ中で，温度 1100℃，時間 2 h で焼成し，焼成後は室温まで徐冷を行い，β-TCP 粉末を得た．
CW-ESR より水素原子に起因する ESR スペクトルが得られ，この線形は室温から 30K 付近までの測定ではほとんど変化が見られなかったが 30K 以下ではブロードになった．ブロードになった理由として緩和時間が短くなったことが考えられる．
【参考文献】
1) K.Nakashima. J.Yamauchi, J. Am. Chem. Soc., 127, 1606 (2005).

60

講演・発表会の風景

P19 Filamin A 架橋 F-actin・ネットワーク構造の力学・浸透圧特性
伊藤忠直 a，山崎昌一 bab

京都大学低温物質科学研究センター
静岡大学理学部

E-mail:ito@em.biophys.kyoto-u.ac.jp
細胞質周辺の細胞皮質を構成する filamin-A により架橋された F-actin・ネットワークは，細胞膜を介するシグナル伝達の「中継基地」であるとともに，細胞に加わる力学的，浸透圧ストレスに対して，
細胞内環境の恒常性を維持するための構築物でもある．
F-actin・ネットワークは，比較ストレスでは可逆的なゲルーゾル転移を生じる（図 a）．また浸透圧
ストレス下に置かれると，内部の

G'

δ

(a)

80

2000

60

(2nd)

1500

(III)

(II)

(I)
1000

G"

500

このような特有の力学的・浸透圧

01− ∆S t

(b)

b

a

40

A

B

C
D

20

水のケミカルポテンシャルを調節
し，ストレスを中和する（図 b）．

δ (degree)

はゲルとして振舞い，閾値以上の2500

G' and G" (dyn/cm2)

的小さい力学的ストレスに対して

10

100

Strain amplitude (%)

0

1000

∆µ w

o

c

∆µ f

F-actin・ネットワークの浸透圧応答的応答の基礎となるのは，超分子構造体としての F-actin の力学的・熱力学的性質と架橋タンパク質，filamin-A の可逆的な folding-unfolding転移である．
61

P20 膜 4 回貫通型タンパク質 CD81 の構造生物学的研究
北所健悟 a，Bordo D b, Ponassi M b, Galli G c, Petracca R c, Falugi F c, Grandi G c, Bolognesi M ba

京都大学低温物質科学研究センター，b ジェノバ大学 ABC センター，ｃカイロンワクチンリサーチセンター
E-mail：kengo@nice.kumac.kyoto-u.ac.jp
C 型肝炎ウイルスに結合して，その感染に関与するとされる CD81 は，種々の免疫応答に関与する膜タンパク質である．この分子は 236 個のアミノ酸からなる４回膜貫通型蛋白質であり，２つの細胞外領域（LEL；Large Extracellular Loop，および SEL；Small Extracellular Loop）と３つの細胞内ドメインおよび４つの膜貫通疎水性領域から形成されている．HCV ウイルスの主たる結合領域である，CD８１の LEL ドメインの三次元構造定を目的として，この LEL ドメインについて結晶化を行った．その結果，3 つの異なる結晶系を有する単結晶が得られた．そのうち 2 つの結晶については，Ｘ線構造解析の手法を用いて三次元構造を決定した．
その結果，LEL ドメインは 5 つのヘリックスからなり，HCV が結合すると考えられるサイトは，フレキシブルなコ
ンフォメーションを形成していた．

P21 脳磁図記録による側頭葉機能の検索
松林潤 a，江夏怜 b，臼井桂子 a，三國信啓 b，池田昭夫 c，長峯隆 a，橋本信夫 b，福山秀直 a
京都大学大学院医学研究科附属高次脳機能総合研究センターa，京都大学大学院医学研究科脳神経外科
学 b，京都大学大学院医学研究科臨床神経学 c
E-mail：hikagami@kuhp.kyoto-u.ac.jp
大脳皮質において神経細胞の電気的活動は局所で集団的かつ同期的に発生している．この集団的な電気的活動を頭蓋外より記録したものが脳波であるが，一方その電位変化に伴って発生している磁場変動を計測したものが脳磁図である．このような磁場変動は 1~1000 fT 程度であり通常の磁束計では検出不能であるが，液体ヘリウムで冷却した超伝導量子干渉装置 superconducting interference device(SQUID)を用いて磁気シールド室内にて計測を行うことによって検出できる．本研究グループは多チャンネルセンサーを用いて頭部ほぼ全体からの同時記録を行い，種々の脳機能を非侵襲的に解明することを目指しているが，今回は特に側頭葉の 3 つの領域の脳機能研究について報告する．臼井らは被験者にひらがな，漢字などを含む視覚刺激を呈示して脳磁図計測を行い，側頭葉底面における漢字とひらがなの処理を示した．また，松林らは睡眠中の被験者に音刺激を呈示して脳波と脳磁図の同時記録を行い，側頭葉外側部の聴覚皮質での弁別処理が睡眠段階 2 でも保たれていることを示した．
また，江夏らは，内側側頭葉てんかんが疑われる患者の自発脳磁図記録を行い，内側側頭葉に推定されるてんかん性放電の発生部位を示した．集団性，同期性の条件が整えば，深度，方向の異なる部位の活動でも，記録研究を行なうことができる．

62

P22 Risk anticipation and medial prefrontal cortex
Hiroki Fukui,1 Toshiya Murai,1 Takuji Hayashi,1 Takashi Hanakawa,2 and Hidenao Fukuyama 2
1

Department of Neuropsychiatry and 2Human Brain Research Center, Kyoto University Graduate Schoolof Medicine
Risk anticipation is an important cognitive/emotional component of decision making. The Iowa Gambling
Task (Bechara et al., 1994), which is the most widely used “risk-anticipation task” in clinical studies, has been
demonstrated to be sensitive to lesions involving the ventromedial prefrontal cortex or amygdala. However, thecritical neural circuitry involved in this complex task has not yet been fully clarified even in healthy subjects.
Using a 3T scanner, we performed an event-related functional magnetic resonance imaging study in 14 healthy
subjects performing the task. The statistical parametric mapping showed that the risk anticipation component(risky decisions minus safe decisions) exclusively activated the medial frontal gyrus. Furthermore, we found asignificant inter-individual correlation between the task performance and the magnitude of brain activity duringrisky decisions. These results indicate that the Iowa Gambling Task does recruit the neural circuitry that is criticalin decision making under uncertainty, particularly when subjects perceive the risk of their decision.

P23 藻類由来多糖類のキレートおよびゲル形成を利用した磁性機能材料の創製
扇喜洋介 a，應矢量之 a，西尾嘉之 aa

京都大学農学研究科

E-mail: ynishio@kais.kyoto-u.ac.jp
電解質多糖類の金属イオンとの相互作用能およびゲル形成能を利用して，ポリマーマトリックス中に磁性金属酸化物がナノスケールで微分散した新規ハイブリッド材料の作製と磁化特性解析を行っている．例えば，アルギン酸ナトリウム(AlgNa)水溶液を出発に，(1)鉄塩溶液への浸漬によるゲル化と鉄イオンのインターカレーション，(2)アルカリ処理による部分的イオン交換と水酸化鉄生成，(3)過酸化
水素処理による酸化鉄の in-situ 合成を基本プロセスとして，磁性微粒子が化学充填された Alg のゲルおよびフィルムが得られる．多糖ゲルの脆さを解消すべくホウ酸塩を併用することにより，粘弾性可変の Alg/ポリビニルアルコール IPN(相互侵入ネットワーク)をマトリックスとした磁性体も作製できる（e.g., Y. Nishio et al., Polymer, 45, 7129 (2004)）．ポリマー組成，アルカリ処理方法，および温度に依存して，常磁性，超常磁性，強磁性を発現する．その他，多糖マトリックスとして硫酸基を有するカ
ラギーナン，IPN 系としてアルギン酸/ポリ２-ヒドロキシエチルメタクリレート(Alg/PHEMA)等の場合についても，各調製法と構造・磁化特性を検討評価している．磁性複合体のマトリックスは何れも生体・環境適合型ポリマーであり，新しい薬物運搬体(DDS)，各種医用材料，情報記録媒体（機能紙等），
配向繊維・磁気駆動マテリアル，電磁波シールド用不織布，環境浄化用フィルターなどとしての応用展開が期待される．

63

P24 エネルギー貯蔵用高温超伝導コイルシステムの最適設計と高機能化に関する研究
東川甲平，中村武恒，星野勉
京都大学工学研究科
E-mail：kohei@asl.kuee.kyoto-u.ac.jp
太陽光発電等の分散型電源導入拡大に伴う電力品質への悪影響，ならびに落雷等による瞬時電圧低下の補償が可能な機器として超伝導磁気エネルギー貯蔵装置（ＳＭＥＳ）が期待されている．その中でも我々は，液体ヘリウムによる冷却が不必要で冷凍機による伝導冷却が可能な高温超伝導（ＨＴＳ）
ＳＭＥＳについて高機能化に関する研究を行っており，次の項目について提案している．
•
ＨＴＳコイルの最適設計手法•
固体窒素／液体ネオン混合冷媒•
二ホウ化マグネシウム線材を用いた
設計条件
磁気式永久電流スイッチ
T = 65.0 K
運転温度
蓄積エネルギー W = 1.00 kJ
第１項目であるＨＴＳコイルの最適設計法
l = 6.00 km
線材使用量には，物理モデルに基づくＨＴＳ線材の定最適解量評価式を導入した３次元有限要素法と遺P = 429 mW
損失
I = 24.7 A
通電電流
伝アルゴリズムを適用しており，トロイダ
要素コイルのn = 32 個数
p = 184 mm
位置
ル型コイルについての最適設計例を図１に
t = 8.20 mm
厚みz
r = 115 mm
内径y示す．同設計例は，ある一定の運転温度・
r = 140 mm
外径x
蓄積エネルギー・線材使用量において損失
図１ ＨＴＳトロイダルコイルの最適設計例
を最小化したものである．詳細については
他の２項目と併せて当日に報告する．
op

op

total

i

o

P25 磁性イオン含有酸化物ガラスの低温における磁気特性
赤松寛文 a，田中勝久 a，村井俊介 a，藤田晃司 aa

京都大学大学院工学研究科

E-mail：akamatsu @sung7.kuic.kyoto-u.ac.jp
磁性イオンを含んだ酸化物ガラスは低温においてスピングラス的な磁気転移を示すことが報告されているが，その機構について系統的な研究はほとんどなされていない．本研究では溶融法により作製した磁性イオン含有酸化物ガラスの磁気的性質について調べた．磁化率の温度依存性は温度の低下とともに常磁性的な挙動から逸脱することがわかった．零磁場冷却過程の磁化率は 2 K から 9 K の範囲
でカスプを示した．
カスプ温度は磁性イオンの含有量の増加とともに上昇した．
カスプ温度以下では，零磁場冷却過程と磁場冷却過程において磁化率に違いが見られた．これより，これらのガラスではカ
スプ温度以下でスピンが凍結していると考えられる．漸近キュリー温度が負の値を示したことから，スピン間の相互作用が反強磁性的であることがわかった．また，周波数の増加に伴う交流磁化率のカ
スプ温度の上昇がフォーゲル‑フルチャの経験式に従うことが明らかになった．
これはいわゆるカノニ
カルスピングラスで見られる特徴に類似している．

64

P26 PLD 法により作製したイルメナイト・ヘマタイト固溶体の電気的・磁気的性質
北條元 a，藤田晃司 a，田中勝久 a，平尾一之 aa

工学研究科材料化学専攻

E-mail：hojo@collon1.kuic.kyoto-u.ac.jp
イルメナイト(FeTiO3)・ヘマタイト(Fe2O3)固溶体は秩序相(Ti+Fe 層と Fe 層が c 軸方向に交互に積層)と無秩序相(Fe と Ti がランダムに分布)の両方の状態を取ることが知られている．秩序相の固溶体はフェリ磁性を示すワイドバンドギャップ半導体であり，室温で動作するスピントロニクスデバイスへの応用が期待される．本研究では，パルスレーザー堆積(PLD)法を用いて，組成が FeTiO3:Fe2O3=7:3 の固溶体薄膜を作製し，その電気的・磁気的性質を調べた．
を変化させることで，固溶体秩序相および無秩序相の薄膜を作製することができた．それぞれの薄膜の磁化の温度依存性を右図に示す．秩序相薄膜の磁化は 350K 以下
で直線的に増加し，フェリ磁性的挙動を示した．
一方で，Magnetization (emu/cm 3)

成膜時の酸素分圧，基板温度および成膜後の熱処理条件

400

無秩序相薄膜は明白な温度依存は示さず，この温度範囲で反強磁性体であると考えられる．また，比抵抗およびホール効果測定の結果から，秩序相薄膜は p 型の半導体であることが確認された．

H = 8500 Oe( ): ordered phase( ): disordered phase

300
200
100
0

0

100

200

Temperature (K)300

Temperature dependence of magnetization for thethin films with ordered phase (○) and disorderedphase (●).

P27 含長鎖補助配位子による原子価互変異性錯体の相転移挙動制御
桐谷乃輔 a，張浩徹 a,b，鎌田亜紀子 a，北川進 aab

京都大学大学院工学研究科
科学技術振興機構さきがけ

E-mail：kiriya@sbchem.kyoto-u.ac.jp[序] コバルトジオキソレン錯体はエネルギー的に近接した金属 d 軌道および配位子のπ＊軌道を持つ
た め 原子 価互 変 異性 (VT) 平 衡 , [CoIII(SQ)(Cat)(L)] (low spin)[CoII(SQ)2(L)] (high spin) (SQ =semiquinone, Cat = catecholate)を示す．
VT 平衡移動過程では金属周りの結合長が 0.2 Å 程度変化するが，従来結晶相は変化しない．本研究では，原子価互変異性平衡を示すことが知られている[Co(3,5-DTBQ)2(bpy)] 錯 体 (Cn) (n = 0, 1, 5, 9, 13) (3,5-DTBQ = 3,5-di-tert-butyl-quinone, bpy =2,2-bipyridine)に鎖長の異なる 5 種の bpy 誘導体を含む錯体を合成し，原子価互変異性平衡における長鎖導入効果について検討したので報告する．
[結果と考察] C9 及び C13 において，それぞれ 392 K 及び
384 K における吸熱過程を伴った結晶−結晶構造相転移が確認された．
（図１）さらに，この温度付近において磁化率の急激な上昇が観測された．
（図１）このような VT 平衡に伴う結晶相変化は高い配向自由度を持った長鎖を有する錯体に特異的に観測され，長鎖導入による機能性分子性錯体の創成に向け重要な知見が得られたと考えている．

図１ C13 の磁化率測定及びＤＳＣ結果

65

P28 高分解能走査型ホールプローブ顕微鏡を用いた
YBCO 膜中の単一磁束量子の観察
権藤政信 a，長村光造 a，酒井明 b，松本要 aa

京都大学工学研究科，b 京都大学国際融合センター

E-mail：gondoumasanobu@t02.mbox.media.kyoto-u.ac.jp
高温超伝導体であるYBCOは，下部臨界磁場(Hc1)以上において磁束量子が侵入した混合状態にある．
本研究では，高分解能走査型ホールプローブ顕微鏡を用いてYBCO膜表面の磁束密度分布を測定することによって磁束量子を直接観察し，磁束量子の形状や構造に関する知見を得た．
磁束量子の形状に関しては，YBCO膜表面から離れた位置での磁束密度分布を測定し，理論により計算した磁束密度分布をフィッティングすることにより，磁場侵入長の温度変化を評価できることが分かった．また，磁束量子の構造について
は，YBCO膜にピンニングセンターが存在しない場合は，磁束量子は正方格子を組むのではないかということが示唆された．

YBCO 膜表面において観察できた磁束量子(13×13µm2)

P29 回転下におけるエアロジェル中の超流動ヘリウム３
松原明 a,b，泉名健 c，国松貴之 b，山下穣 b，佐々木豊 a,b，水崎隆雄 b，久保田実 cabb

京都大学低温物質科学研究センター
京都大学大学院理学研究科
東京大学物性研究所

E-mail：akira@scphys.kyoto-u.ac.jp
我々は回転下における超流動ヘリウム 3 の実験を行っている．超流動ヘリウム 3 は電子における超伝導と同じく２つのフェルミ粒子がペアを組むことで超流動状態を実現している．そのため超流動状
態に複数の相が存在している．回転をさせると循環が量子化された量子渦ができるが，相によってできる渦の構造が異なっており，回転下の実験で多くの種類の量子渦が観測されている．この渦の観測から逆に相の状態がわかる場合もある．
エアロジェルは空間率が 90%を越えるガラス質の物質であり，
超流動ヘリウム 3 に対して不純物のように振舞うとされている．我々はこのエアロジェル中の超流動ヘリウム 3 でどのような量子渦ができるのか，またそれがどのように振舞うのかなどから，エアロジ
ェル中における超流動ヘリウム 3 の状態に関する新たな知見を得たいと考えている．

66

P30 極限環境を駆使した MRI 顕微鏡の開発
上野智弘 a，陳夢元 b，松山剛 b，松原明 a,b，佐々木豊 a,b，福田耕治 c，水崎隆雄 babc

京都大学低温物質科学研究センター
京都大学大学院理学研究科
京都大学医学部保健学科

E-mail：tueno@scphys.kyoto-u.ac.jp
極低温環境や高磁場・強磁場勾配環境などの極限環境を駆使し，光学顕微鏡に匹敵する解像度を持
つ磁気共鳴映像法（MRI）顕微鏡を開発しています．MRI は，非破壊・非侵襲性を持つとともに，多彩な磁気情報（スピン緩和，拡散，流れ，化学シフト等）を３次元的に可視化する技術です．そのため，医療用技術として大きな発展を遂げています．我々の研究室において，1mK 以下の超低温での使用可能な超低温 MRI の開発に成功しています．しかし，現在の MRI の解像度は 10μm 程度に留まっており，細胞レベルでの機能発現等の研究に用いるには不十分です．この MRI の解像度をサブミクロンまで向上させ，超低温における量子液体・固体の表面物理や形の物理の研究，さらには，生体細胞への応用を行うことがこの開発の目的です．解像度を向上させるためには，より小さな領域からの信号を検出することが必要となります．極低温環境に試料を置くことで，温度に反比例した信号強度と小さな拡散を得ることができます．また，信号強度は簡単には磁場の２乗に比例するので，高磁場環
境により大きな信号が得られます．こうして得られた強い信号を大きな磁場勾配により細かい領域に分割することで，高解像度に到達できます．

P31 二次元偏極原子状水素用のミリ波ヘテロダイン ESR 分光器の開発
能藤久幸 a，松原明 b，福田昭 b，水崎隆雄 aa

理学研究科，b 低温物質科学研究センター
偏極原子状水素（以下 H↓と略す）とは，超低温・高磁場下で電子スピンを偏極させて安定化した水素原子のことである．
本研究における二次元 H↓とは，
超流動 4He 液面上に吸着された H↓を指す．
H↓は低温で大きな量子効果を現す永久気体であり，その二次元系では Kosterlitz-Thouless 転移と呼ばれる二次元超流動転移を起こす事が期待されている．我々のグループの目標は，二次元 H↓の ESR 信
号を直接観測し，二次元超流動密度や ESR 信号の線幅の変化を通じて，この転移を直接検証することである．今回我々は，120GHz 近傍のミリ波受信機として低温部でジョセフソン素子を用いた SIS ミ
キサー（Superconductor-Insulator-Superconductor mixer）を使用し，その後段（1.4GHz の中間周波数）に，ヘリウム温度に冷却した高電子移動度トランジスタ（HEMT）増幅器を繋いだ高感度のヘテロダ
イン分光器を製作した．我々の開発した分光器は，108 cm-2 の面密度をもつ二次元 H↓のシグナルを直接観測することことが出来る．我々の対象とする二次元 H↓は 1012 cm-2 で K T 転移温度が数 mK であるので，この ESR 検出器は定量的な解析に十分な感度を持つ事を確認した．

67

P32 ヘリウム液面電子で見る２次元希薄ボース気体の超流動
新井敏一，福田昭，澤田安樹
京都大学低温物質科学研究センター
E-mail：toshikaz@scphys.kyoto-u.ac.jp
ボース気体を冷却するとボース・アインシュタイン凝縮(BEC)をおこして超流動状態に相転移する．
これは３次元での話であって，２次元ではそうはいかない．一様な場の中にあるボース気体は２次元では長波長の量子揺らぎが位相の秩序を壊してしまうため，有限温度では BEC をおこさない．ところが渦が対を作ることで新しい秩序が生まれ，２次元でも超流動状態になると理論で予言されている(Kosterlitz-Thouless 理論)．私たちはこれを確かめるための実験を準備している．希薄ボース気体の２次元超流動を観測した人はまだいない．私たちは液面電子という超高感度センサーを手に入れた．そこで実験はボース粒子である水素原子をヘリウム液面上に浮かべて２次元気体を作り，液面電子と共存させて冷却する（図）．液面電子のふるまいから２次元水素気体の超流動状態を調べる．

ヘリウム液面上に形成した電子（黄色）と水素原子（赤）の２次元共存系。

P33 ２層系量子ホール効果における新しい量子相福田昭 a，澤田安樹 a，新井敏一 a，寺澤大樹 b，下田雄一 b，森野正行 b，岩田一樹 b，古住信介 b，江澤潤一 ba

低温物質科学研究センター，b 東北大学理学研究科

E-mail：fukuda@scphys.kyoto-u.ac.jp
量子ホール効果とは，低温強磁場下において，半導体接合界面等における 2 次元電子系のホール抵
抗が量子化される現象である．2 次元電子系 2 枚を近接配置した 2 層系量子ホール効果は，一層系の量子ホール効果に比べて層の自由度（擬スピンと呼ぶ）が増し，より多彩な量子現象を示すことが期待される．最近，電子が磁場中でどれだけのランダウ準位を占有しているかを示す，ランダウ占有率
ν=1 またはν=2 量子ホール状態において，新しい量子相を発見した．ν=1 量子ホール状態に次第に横磁場を加えていくと，
擬スピンの位相が量子ホール系の中の位置に対して変化していく整合相から，位置とは関係なく一定の値をとる非整合相への相転移が起こる．本研究では，この整合相と非整合相との間に，擬スピンの位相が位置に対して 2πずつスリップするソリトン格子相を，磁気輸送現象測定により発見した．この現象に関連して，ν=1 量子ホール状態近傍において，異方的な電気伝導現象が見られた．また，ν=2 量子ホール状態においては，最近，理論的には詳しく調べられていた傾角反
強磁性相の存在を示唆する実験データが得られたので，それについても解説する．最後に，現在，京都大学理学部 1 号館において新しい量子ホール効果測定装置を整備中であるが，その進捗状況についても報告を行いたい．
68

P34 ２層系の量子ホール効果
澤田安樹，福田昭，新井敏一
低温物質科学研究センター
E-mail：sawada@scphys.kyoto-u.ac.jp
２次元はゲージ変換によって粒子の交換対称性を換えることのできる特殊な次元である．
その結果，磁束量子と粒子を合わせて複合フェルミオン，複合ボソンという粒子を考えることができる．半導体
界面に形成された２次元電子系は，低温・強磁場で量子ホール効果と呼ばれるマクロな物理量である
抵抗が量子化する特異な現象が観測される．量子ホール効果は整数の量子数をもつ整数量子ホール効
果と分数の量子数をもつ分数量子ホール効果に分けられるが，整数量子ホール効果はランダウ準位量
子化，分数量子ホール状態は複合フェルミオンのランダウ準位量子化として理解できる．また量子ホール効果を複合ボソンの凝縮状態としても捉えることができる．量子ホール状態は粒子数に揺らぎのない非圧縮性状態なので，不確定性関係からマクロな位相の揺らぎが発散しているため，ボース凝縮
状態特有のジョセフソン効果のような現象は起きない．しかしトンネル可能な距離に２層電子層を配置することにより，層間の粒子数差の揺らぎを作ることが可能となり，不確定性関係からマクロな位相差の揺らぎを有限に抑えることができマクロ・コヒーレントな状態になる１）．今後２層系量子ホール状態でジョセフソン効果が起こることを実験的に示して，量子ホール状態が複合ボソンの凝縮状態であることを明らかにする．
１）A. Sawada et al. Phys. Rev. Lett. 80, 4534-4537 (1998).

69低温物質科学研究センター
セ ミ ナ ー 報 告低温物質科学研究センタ−セミナ−報告
日時：2005 年 3 月 17 日午後 16：00〜
場所：理学研究科５号館 物理学教室 439号室
講師：仲野英司
所属：低温物質科学研究センター
題目：Density Waves in Quasi-One-Dimensional Boson- 2-Component Fermion Mixture
要旨：The density-wave structures are studied in quasi-one-dimensional atomic gas mixture of one-component
bosons and two-component fermions using the mean-field approximation [1]. Owing to the Peierls instability
in the quasi-one-dimensional fermion system [2], the ground state of the system shows the fermion density wave
and the periodic Bose-Einstein condensation induced by the boson-fermion interatomic interaction.
For the two-component fermions, two density waves appear in each component, and the phase difference
between them distinguishes two types of ground states, the in-phase and the out-phase density-waves.
A self-consistent method in the mean-field approximation is presented to treat the density-wave states inboson-fermion mixture with two-component fermions. From the analysis of the effective potential and theinteraction energies, the density-waves are shown to appear in the ground state, which are in-phase or out-phasedepending on a simple magnitude relation between the effective boson-fermion interaction. It is also shown thatthe periodic Bose-Einstein condensate coexists with the in-phase density-wave of fermions, but, in the case of theout-phase one, only the uniform condensate appears.
[1] E. Nakano, and H. Yabu, cond-mat/0411686 (2004).
[2] T. Miyakawa, H. Yabu, and T. Suzuki, Phys. Rev. A 70, 013612 (2004); Physica B 329-333, 28 (2003).

70

運営委員会より

寒 剤 供 給 状 況
吉田キャンパス71

宇治キャンパス

72

寒剤供給関係業務 担当者
キャンパス

吉
宇

施

設

設

置

場

所

当

者

(電

話)

北部構内・極低温寒剤供給施設

澤田 安樹(4068), 大塚 晃弘(4036,4055)
新井 敏一(4055,4056), 西崎 修司(4055,4058)

本部構内・工学部液体窒素貯蔵所

宮嶋 直樹(5474), 松本 要(5440)

化学研究所・極低温物性化学実験室

楠田 敏之(17‑4357), 寺嶋田治

担孝仁(17‑3121)

吉田キャンパス ヘリウムガス回収中継所責任者 （平成 17 年４月現在）№

部

局

中 継 所 名設 置 場 所

責 任 者

所
電

属
話

１

大学院理学研究科

物 理 学

物理学教室地階
南西隅廊下

松原 明

低物セ(物理学・宇宙物理学) ３７５５２放射性同位元素総合センター

ＲＩセンター

ＲＩセンター
分館地階

五十棲 泰人 ＲＩセンター
７５０２

３

大学院農学研究科

農 学 部

農学部総合館地階
Ｎ０２９室

入江 一浩

食品生物科学６２８２

４

大学院理学研究科

理学部１号館 １号館地階廊下東端
０１２室前

新井 敏一

低物センター
４０５５,４０５６

５

大学院理学研究科

生物物理学系 １号館地階生物物理 七田 芳則
学系 045 室東ﾄﾞﾗｲｴﾘｱ

生物科学
４２１３

６

大学院理学研究科

理学部６号館７

大学院理学研究科 構 造 生 理 学

６号館南校舎地階Ｂ０８室松原 明

低物セ(物理学・宇宙物理学) ３７５５

電気第一分館地階
Ａ−００２室

藤吉 好則

生物科学
４２１５

８

大学院工学研究科 機 械 理 工 学 ２号館地階０１７室
ドライエリア

稼働休止中

低温物質科学研究センター ４０５５９

大学院工学研究科 材 料 工 学 工学部総合校舎地階
００８号室

松本 要

材料工学
５４４０

10

大学院工学研究科 物 理 工 学

物理系校舎
地階０１５室

蓮尾 昌裕

機械理工学
５２２０

11

工

部

工学部ＲＩ
研究実験棟

１階ヘリウム回収室

稼働休止中

低温物質科学研究センター ４０５５

12

大学院人間・
環境学研究科吉田南３号館

地階南端階段下渡邊 雅之

大学院人間・環境学
６７９７

13

総合人間学部

総合人間学部棟

地階１Ｂ０２室

道下 敏則

大学院人間・環境学
６７９５

14

大学院人間・
環境学研究科

人間・環境学研 究 科 棟

地階東端階段下小山田 明

大学院人間・環境学
２９４３

15

ﾍﾞﾝﾁｬｰ･ﾋﾞｼﾞﾈｽ･
ﾗﾎﾞﾗﾄﾘｰＶＢＬ

ﾍﾞﾝﾁｬｰ･ﾋﾞｼﾞﾈｽ･
ﾗﾎﾞﾗﾄﾘｰ

山田 啓文

電子工学
１５−２３０５学

73

低温物質科学研究センター 協議員名簿
平成１７年 ４月 １日
所 属
水 崎 隆 雄澤 田 安 樹矢 持 秀 起寺 嶋 孝 仁齋 藤 軍 治
三 木 邦 夫
藤 吉 好 則芹 川 忠 夫
半 田 哲 郎長 村 光 造
大 東

肇

前 川

覚

小 野 輝 男
福本穂 事務長

絡

先

理学研究科

ＴＥＬ 3785１号委員

E‑mail mizusaki@scphys.kyoto‑u.ac.jp

ＬＴＭセンタ−ＴＥＬ 4068２号委員

E‑mail sawada@scphys.kyoto‑u.ac.jp

ＬＴＭセンタ−ＴＥＬ 4036２号委員

E‑mail yamochi@kuchem.kyoto‑u.ac.jp

ＬＴＭセンタ−ＴＥＬ 17‑3121

２号委員

E‑mail terashim@scl.kyoto‑u.ac.jp

理学研究科

ＴＥＬ 4035３号委員

E‑mail saito@kuchem.kyoto‑u.ac.jp

理学研究科

ＴＥＬ 4029３号委員

E‑mail miki@kuchem.kyoto‑u.ac.jp

理学研究科

ＴＥＬ 4215

３号委員

E‑mail yoshi@em.biophys.kyoto‑u.ac.jp

医学研究科

ＴＥＬ 4360

３号委員

E‑mail serikawa@anim.med.kyoto‑u.ac.jp

薬学研究科

ＴＥＬ4555３号委員

E‑mail handatsr@pharm.kyoto‑u.ac.jp

工学研究科

ＴＥＬ 5434３号委員

E‑mail osamura@hightc.kyoto‑u.ac.jp

農学研究科

ＴＥＬ 6281３号委員

E‑mail ohigashi@kais.kyoto‑u.ac.jp

人・環研究科ＴＥＬ 6787３号委員

E‑mail d54355@sakura.kudpc.kyoto‑u.ac.jp

化学研究所

ＴＥＬ 17‑3103

３号委員

E‑mail ono@scl.kyoto‑u.ac.jp

幹 事

備考
任期は平成 16 年 4 月 1 日から２年間

74

連

ＴＥＬ 3602
E‑mail jimuch@mail.adm.kyoto‑u.ac.jp

低温物質科学研究センター 運営委員会委員名簿
平成１7 年 6 月 1 日現在
Name

E‑mail所 属

TEL

水 崎 隆 雄mizusaki@scphys.kyoto‑u.ac.jp

センター長

澤 田 安 樹sawada@scphys.kyoto‑u.ac.jp

ＬＴＭ

4068（暫定）矢 持 秀 起yamochi@kuchem.kyoto‑u.ac.jp

ＬＴＭ

4036

寺 嶋 孝 仁terashim@scl.kyoto‑u.ac.jp

ＬＴＭ

17‑31218

伊 藤 忠 直ito@em.biophys.kyoto‑u.ac.jp

ＬＴＭ

4217

佐々木

豊

sasaki@scphys.kyoto‑u.ac.jp

ＬＴＭ

3755

松 原

明

akira@scphys.kyoto‑u.ac.jp

ＬＴＭ

3755

大 塚 晃 弘otsuka@kuchem.kyoto‑u.ac.jp

ＬＴＭ

4036

齋 藤 軍 治saito@kuchem.kyoto‑u.ac.jp

理学

4035

藤 吉 好 則yoshi@em.biophys.kyoto‑u.ac.jp

理学

4215

吉 村 一 良kyhv@kuchem.kyoto‑u.ac.jp

理学

3989

竹 腰 清乃理takeyan@kuchem.kyoto‑u.ac.jp

理学

4015

長 峯

隆

nagamine@bpp2.kuhp.kyoto‑u.ac.jp

医学19‑3602

鈴 木

実

suzuki@huee.kyoto‑u.ac.jp

工学

15‑2263

中 村 武 恒tk̲naka@kuee.kyoto‑u.ac.jp

工学

15‑2223

松 本

要

工学

3785

5440

kaname.matsumoto@materials.mbox.media.kyoto‑u.ac.jp
山 田 雅 保masayasu@kais.kyoto‑u.ac.jp

農学

6059

藤 原 直 樹naokif@mbox.kudpc.kyoto‑u.ac.jp,

人・環

6786

前 野 悦 輝maeno@scphys.kyoto‑u.ac.jp

IIC/理学小 野 輝 男ono@scl.kyoto‑u.ac.jp

化研17‑3108

幹事（事務長）jimuch05@mail.adm.kyoto‑u.ac.jp

理学

3602

3783/9150

宇治地区運営委員会
Name

E‑mail

所 属

TEL

小 野 輝 男ono@scl.kyoto‑u.ac.jp

17‑3108

島 川 祐 一shimak@scl.kyoto‑u.ac.jp

17‑3110

髙 野 幹 夫

takano@scl.kyoto‑u.ac.jp

寺 嶋 孝 仁terashim@scl.kyoto‑u.ac.jp

17‑3121

楠 田 敏 之kusuda@scl.kyoto‑u.ac.jp

17‑4357

化学研究所

17‑312075

「京都大学低温物質科学研究センター誌（LTM センター誌）」への投稿のお誘い並びに原稿の作成要領
Call for Manuscripts for"Low Temperature and Materials Sciences (Kyoto University)"
水崎隆雄 1,2, 編集委員会 2
1
京都大学大学院理学研究科，2 京都大学低温物質科学研究センター
T. Mizusaki 1,2 and Editorial Committee 2
1
Graduate School of Science, Kyoto University,
2
Research Center for Materials Sciences, Kyoto University
1. はじめに「京都大学低温物質科学研究センター誌（通称：LTM センター誌，英文名：Low Temperature andMaterials Sciences (Kyoto University)）では，低温物質科学研究センターが提供する寒剤・共通機器の利用者の皆様や関係者の皆様より「研究ノート」，「技術ノート」，「サロン」への投稿を歓迎いたします．
投稿されました原稿は，編集委員会で審議のうえ掲載の可否を決定いたします．投稿にあたっては，印刷原稿に電子ファイルを添えて，下記†宛に郵送または持参いただきますようお願いいたします．
初校刷りは電子ファイルより作成しますので，
以下第 2 章を御参考のうえ可能なかぎり MS-Word を用
いてカメラレディー的に作成してください．なお，編集委員会からの原稿依頼も行いますので，依頼させていただいた際にはよろしくお願い申し上げます．
2. 原稿の作成要領
A4 用紙の上下左右に 25 mm ずつマージンをとって，和文表題，英文表題，和文著者・所属，英文著者・所属，本文，参考文献の順に記述してください．本文は 1 行あたり全角 45 文字，1 ページあたり 40 行を基準にしてください．漢字・かな・カナには MS 明朝，英字・数字には Times New Roman，
本文中の見出しには MS ゴシック（またはこれらに準じる書体）を使用してください．表題は 14 point，
著者・所属は 12 point，本文は 10.5 point，図・表のキャプションは 10 point の文字を用いてください．
表題の前に空行を 3 行入れてください．本文中，物理記号を表す記号は斜体（イタリック），単位記号
は立体（ローマン）で表記し，物理量と単位の間や数字と記号の間にはスペースを 1 個入れてください．また，章の間にもスペースを 1 行設けてください．参考文献の引用スタイルは各分野の慣習に従っていただいて結構です．句読点は「．
，」に統一してください．図は本文中に貼り付けてください．
一旦印画紙に落としますので，高解像度のものを使用してください．原則，白黒印刷ですが，カラー図が必要な場合はお教えください．ソフトウェアの互換性の問題で，原図が忠実には再現できない場
合もありますがご了承ください．印刷原稿の右下に鉛筆でページ番号を振ってください．その他の細部については，本稿ならびに下記 Ref. [1,2] のスタイルを参考にしてください．
参 考 文 献[1] 水崎隆雄, 京都大学低温物質科学研究センター誌 1, xxx (2003).
[2] K. Mibu, Low Temperature and Materials Sciences (Kyoto University) 1, xxx (2003).
† 京都大学低温物質科学研究センター編集委員会, 〒606-8502 京都市左京区北白川追分町,．
TEL&FAX: 075-753-4057, E-mail: kengo@nice.kumac.kyoto-u.ac.jp （北所健悟）
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編 集 後 記

本誌では，各号の責任編集者を編集委員が交代で担当する事になっており，本号は私が担当させて頂きました．約 1 年前に本誌の編集委員をお引き受けした時には，編集委員の仕事がこれほど大変なものであるとは思いもしませんでした．私は以前，本誌に記事を執筆させて頂いた事がありますが，編集の方も執筆に負けず劣らず大変なものである事を最近実感しております．せっかく皆様のご協力を得て出版にこぎつけたわけですから，多くの方々に本誌を楽しんで頂きたいと願っております．より魅力的なセンター誌を目指して今後も編集に励みますので，皆様のご支援・ご協力をよろしくお願い致します．
M. M

京都大学 低温物質科学研究センター誌
Low Temperature and Materials Sciences(Kyoto University)
第６号 2005 年 6 月

Volume 6, June 2005

編集委員会：前野 悦輝（編集委員長）, 水崎 隆雄,
寺嶋 孝仁，松本 要，北所 健悟，
前里 光彦，藤原 直樹
事 務 局：〒606-8502 京都市左京区北白川追分町
事 務 局：京都大学 低温物質科学研究センター
事 務 局：TEL&FAX: 075-753-4057
事 務 局：E-mail: kengo@nice.kumac.kyoto-u.ac.jp（北所健悟）
印

刷：糺書房

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