hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
材料科学とミクロ計算力学によるナノ伸線加工技術の開発

本研究では、金属材料の塑性加工法の一つである伸線(引抜き)加工に関して、ミクロスケールからの新しい技術展開となる「ナノ伸線加工」の可能性を追求する。(1)原子レベルからの微視組織制御、(2)ダイスとの潤滑性能向上、(3)破壊メカニズムなどの伸線加工・伸線材における諸問題を材料科学・計算力学アプローチによってミクロスケール側から理論的に取り扱う。主なる方法論は分子動力学(MD)シミュレーションおよびその関連技術であり、原子一つ一つの運動を直接計算して現象を理解していくという特色がある。本年度は以下の成果を得た。まず、上記(1)の研究項目について、セメンタイト分解などのパーライト鋼で生じると考えられるミクロ機構を理解すべく、今回新たにフェライトとセメンタイトの層からなるナノインデンテーションの塑性変形モデルを導入した。内部界面でのミスフィット転位および圧子による転位ループの運動および相互作用を解析し、塑性変形機構を検討した(2018.5月,10月,2019.5月,11月(国内),2018.11月,2019.6月(国際)にて成果発表)。また、伸線加工における塑性変形における微視的視点での組織形成の解明とその制御に関して、純鉄の超大規模MDモデル化を成功させ、転位増殖・反応の機構のサイズ依存性を検討した(2018.5月,6月,9月,11月,2019.5月(国内)、2018.7月,2019.6月(国際)にて成果発表)。さらに、上記(3)の項目について、MD解析のマクロ版とも呼ばれるPeridynamics理論の導入を進め、MDとの融合によるマルチスケール解析への発展を試みた。ナノインデンテーション試験などでMD計算と連携した弾塑性モデルについて前年度に引き続き解析を行い、今後の伸線加工への適用の見通しを得た(2018.6月、11月(国内)、2019.6月(国際)にて成果発表)。まず、上記(1)の研究項目について、フェライトとセメンタイトの2相からなるパーライト鋼モデルを用いてとくに界面近傍での炭素拡散挙動をMDシミュレーションで明らかにした(H29.5発表予定)。次に、上記(2)の項目について、ダイス表面の剛性を変えたMD計算モデルおよびナノテクスチャリング(表面に規則的な幾何形状を加え、潤滑を良好にする技術)を用いたMD計算モデルについて、それぞれ解析し、ナノスケールにおける伸線ダイスと線材間の摩擦軽減の機構を検討した(H28.9学会発表、H29.5発表予定)。さらに、上記の(3)の項目について、実際に鋼線で問題となる水素脆化現象を対象にし、伸線加工時の曲げ変形に近い応力勾配を有する応力分布における水素原子の拡散挙動のMDモデルの構築および解析を遂行し、応力勾配量と拡散係数量の相関を新たに見出した(H28.5,7,9学会発表、H29.3に論文投稿)。一方、従来からある有限要素法や粒子法といった連続体力学理論に基づく数値解析法を援用的かつ包括的に使用して解析サイズのスケールアップを目指しており、今年度はMDのマクロバージョンとも呼ばれるPeridynamics理論の導入を試み、今後の運用の見通しを得た(H29.3学会発表)。研究計画時の目標であった、原子レベルでの伸線加工における現象解明が順調に進んでいる。とくに、パーライト鋼モデルのような実際に近い計算モデルの構築が成功し、今後解析精度を上げていく方向性および見通しが得られている。また、伸線ダイスと線材の界面における潤滑機構に関しても、トライボロジー分野で発展中のナノテクスチャリングという新概念を試みる段階に至っており、本研究テーマの枠内での新規性(発見)も得られてくる見込みである。まず、上記(1)の研究項目について、セメンタイト分解などのパーライト鋼で生じると考えられるミクロ機構を理解すべく、前年に引き続きフェライトとセメンタイトの2層からなるパーライト鋼モデルを用いたMD計算モデルを用いて、2体間ポテンシャルとより高精度な多体間ポテンシャルでの結果を得て検討した(H29.6学会発表,H29.10国際会議発表,H30.5,6に学会発表予定)。また、ナノ伸線でのキーとなる転位構造の発生機構の解明とその制御に関して、サイズアップしたMDモデルを用いて転位増殖・反応の機構を検討した(H30.5,6に学会発表予定、H30.7月に国際会議発表予定)。

また、上記(2)に関して、伸線ダイスへナノテクスチャリングを付加し加工摩擦減少の可能性とその現象解明を行った(H29.5,11に学会発表,H29.10国際会議発表)。さらに、上記(3)の項目について、MD解析のマクロバージョンとも呼ばれるPeridynamics理論の導入を進め、MDとの融合によるマルチスケール解析への発展を試みた。ナノインデンテーション試験などでMD計算と連携した弾塑性モデルの構築などを行い、今後の伸線加工への適用の見通しを得た(H29.9(2件)に学会発表、H29.10に国際会議発表)。研究計画時の目標であった、原子レベルでの伸線加工における問題点や今まで見出されていなかったナノスケールでの機構などの新知見が継続的に得られており、ナノ伸線加工の実現のための道筋(ロードマップ)が前年よりもさらに鮮明になってきている。また、パーライト鋼モデルのような産業上重要な実際に近い計算モデルに対して解析精度の向上および大規模な計算モデルの運用が可能になりつつあり、実験に見合った現象解明そのものが順調に進展している。また、現実の伸線で問題となっているダイスと線材間の界面での潤滑機構に関して、トライボロジー分野でのテクスチャリングの概念をナノサイズに適用したナノテクスチャリングという新技術として発表・提案する段階に至っており、その物理的機構の解明も順調に進んでいる。以上のように、本研究テーマがもつ新規性(発見)も多く認められつつあり当初の計画以上に成果が上がっていると考えられる。本研究では、金属材料の塑性加工法の一つである伸線(引抜き)加工に関して、ミクロスケールからの新しい技術展開となる「ナノ伸線加工」の可能性を追求する。(1)原子レベルからの微視組織制御、(2)ダイスとの潤滑性能向上、(3)破壊メカニズムなどの伸線加工・伸線材における諸問題を材料科学・計算力学アプローチによってミクロスケール側から理論的に取り扱う。主なる方法論は分子動力学(MD)シミュレーションおよびその関連技術であり、原子一つ一つの運動を直接計算して現象を理解していくという特色がある。本年度は以下の成果を得た。まず、上記(1)の研究項目について、セメンタイト分解などのパーライト鋼で生じると考えられるミクロ機構を理解すべく、今回新たにフェライトとセメンタイトの層からなるナノインデンテーションの塑性変形モデルを導入した。内部界面でのミスフィット転位および圧子による転位ループの運動および相互作用を解析し、塑性変形機構を検討した(2018.5月,10月,2019.5月,11月(国内),2018.11月,2019.6月(国際)にて成果発表)。また、伸線加工における塑性変形における微視的視点での組織形成の解明とその制御に関して、純鉄の超大規模MDモデル化を成功させ、転位増殖・反応の機構のサイズ依存性を検討した(2018.5月,6月,9月,11月,2019.5月(国内)、2018.7月,2019.6月(国際)にて成果発表)。さらに、上記(3)の項目について、MD解析のマクロ版とも呼ばれるPeridynamics理論の導入を進め、MDとの融合によるマルチスケール解析への発展を試みた。
味細胞のターンオーバーはアポトーシスによるものか?

哺乳動物の味細胞は、7-10日でターンオーバーするという他の感覚細胞では見られない特徴を緒蟻する。我々は、1つの仮説として、これがアポトーシスの原理によるのではないかと思い立ち、それを検証するべく実験を行ってきた。前年度までは、蛍光染色法を用いたin situ end labelling (TUNEL法)用いた実験を行い、雄性ウィスターラットの舌咽神経切断後、1日目の有郭乳頭内の味細胞にのみ若干のDNAの残片化様像を認めた。これは、当初の仮定が正しい可能性を示唆するものであった。しかしながら、本実験法では、染色に用いる蛍光抗体の退色がことのほか早いという欠点があり、この結果のみをもって正確なアポトーシス機転の証明とするには、十分でないと考えた。そこで、本年度は、蛍光抗体染色にかわり、より退色生が少ないと考えられているDAB染色を利用したTUNEL法を用いて同様の実験を行った。舌咽神経切断後1日後、3日後、7日後、10日後、14日後の雄生ウィスターラット有郭乳頭内味細胞中のDNA切断量を新手法を用いて比較したところ、蛍光染色法を用いた場合と同様に神経切断1日後の切片にのみ若干のDNA断片化を確認し、染色方式の違いに基づく差異を認めなかった。これらの事実は、味細胞のターンオーバーに関るアポトーシス機転が神経切断後1日という極めて早期におこるものの、すべての味細胞で同時にDNAの断片化が起こるのではない可能性を示唆している。哺乳動物の味細胞は7-10日でターンオーバーするという他の感覚系細胞では見られ特徴を有する。現在、これがどういうしくみに基づくかは憶測の域を出ない。我々は、1つの仮説としてこれがアポトーシスの原理によるのではないかと思い立ち、それを検証する実験を計画した。本年度は、組織化学的方法を用いて、正常動物、および、味細胞支配神経切断動物の味細胞を対象に、アポトーシスが検出できるか否かを検討した。実験には、雄性ウィスターラットを用いた。味細胞にシナプスする神経線維を切断すると、味細胞が死滅することを応用し、舌後部1/3を支配する舌咽神経切断、1日後、3日後、7日後、10日後、14日後の有郭乳頭内の味細胞中のDNAの切断量を『in situ end labilling (TUNEL法)』を用いた組織化学的方法により、正常動物のものと比較検討した。その結果、切断1日後以外の組織切片におけるアポトーシスの検出は、極めて困難であった。しかしながら、この事実は、とりもなおさず、神経を切断された味細胞がアポトーシスにより死滅することを明らかにしたものであり、神経切断1日後の試料にのみDNAの断片化が顕著に見られるという事実も、アポトーシスによるDNAの断片化は極めて早期に起こるという従来の報告に一致するものであった。以上の結果から、味細胞のターンオーバーが、アポトーシスの原理によるものであるとする当初の仮説が実証されたものと考えている。
消化管平滑筋の多様性を生み出す細胞間相互作用および分子機構の解析

消化管運動の異常によって起こる疾患の中には、胃食道逆流症やヒルシュスプルング病のような明確な運動の異常を示すものから、感情的ストレスの影響のように巨視的な異常を伴わないものまで、さまざまなものが含まれる。消化管運動は消化管の壁をとりまく平滑筋の収縮と弛緩によって引き起こされる。その収縮と弛緩は自律神経系やカハールの介在細胞によって制御される。平滑筋およびその運動を制御するシステムの発生に関する新たな知見は、消化管運動に起因する諸疾患の理解や、それらの治療法の開発の基盤となりうる。消化管の壁を構成する平滑筋は、細胞の並ぶ向きの異なるいくつかの層をなし、その分布は食道、胃、腸の間で互いに異なる。平成30年度は、細胞間の情報伝達を担う分子をコードするEph/ephrin遺伝子群のニワトリ胚消化管における発現パターンを、in situハイブリダイゼーション法を用いて網羅的に解析した。その中で特に興味深い発現パターンを示したEphA3に関して、in situハイブリダイゼーションと平滑筋マーカーに対する抗体による二重染色を行った。その結果、食道と胃では主に粘膜固有層および粘膜筋板で、小腸と大腸では主に輪走筋で発現することが明らかになった。また、自律神経系の一部の細胞で、EphA3タンパク質と相互作用すると考えられているephrinA2およびephrinA6の遺伝子発現が認められた。これらの結果は、胚期の消化管平滑筋が、発現する遺伝子の異なるいくつかのタイプから構成されているという考えを支持している。また、平滑筋の多様化およびそれに対応した自律神経系の成立過程にephrin-Ephシグナル伝達を介した細胞間相互作用が関与している可能性が考えられる。本研究課題では、以下3つの仮説の検証を行う。[仮説1]胚期消化管平滑筋は、分子レベルにおいて多様である。[仮説2]発生初期の周囲環境が、平滑筋に「個性」を与える。[仮説3]平滑筋は、運動制御システムの構築に必要な位置情報を提供する。平成30年度は、EphA3およびephrinAファミリーメンバーの発現パターン解析をニワトリ胚を用いて行い、[仮説1]を支持する結果を得た。現在、論文投稿の準備を進めている。他のEph/ephrinファミリーメンバーの発現についてもデータが得られており、ほ乳類胚を用いた解析とともに、今後、論文発表に向けたより詳しい解析を行う予定である。遺伝子導入法の条件検討も行い、より安定した結果が得られるようになった。平成31年度は、これまでに得た解析結果をもとに、以下を実施する予定である。1.遺伝子発現パターンのデータを取りまとめ、論文発表を行う。マウス胚を用いた解析も行う。2. [仮説2]の検証を行う。培養実験やウズラ-ニワトリキメラ胚の作成および解析を行い、周囲組織のもつ位置情報が平滑筋の発生にどのような影響を与えるかを明らかにする。3. [仮説3]の検証に向けた準備を進める。強制発現用プラスミドを作成し、遺伝子導入実験を始める。

遺伝子導入法の条件検討も行い、より安定した結果が得られるようになった。平成31年度は、これまでに得た解析結果をもとに、以下を実施する予定である。1.遺伝子発現パターンのデータを取りまとめ、論文発表を行う。マウス胚を用いた解析も行う。2. [仮説2]の検証を行う。培養実験やウズラ-ニワトリキメラ胚の作成および解析を行い、周囲組織のもつ位置情報が平滑筋の発生にどのような影響を与えるかを明らかにする。3. [仮説3]の検証に向けた準備を進める。強制発現用プラスミドを作成し、遺伝子導入実験を始める。当初、妊娠マウスおよび抗体を用いた発現解析を平成30年度に行う予定であったが、ニワトリ胚の解析結果をもとに解析の対象をより重要な分子に絞り込むため、平成31年度に行うこととなった。また、平成31年度後半から、多くの時間を要する実験発生学的手法による解析が中心となる。実験をより効率よく行うため研究補助員を1名雇用する計画であり、それに対して助成金の一部を充てる予定である。
薄膜希土類水素化物における新機能材料の探索と圧力効果の研究

イットリウム水素化物が水素濃度により金属・絶縁体転移を示すことが報告され、この転移のメカニズムが強相関物質の持つ電子間相互作用と同じである可能性が指摘されている。本研究では、単金属薄膜の水素化物を作製し、電気抵抗および光物性測定を行った。特に電気抵抗については圧力下での温度依存性の測定を、光物性測定は室温での圧力効果の研究を行った。水素化する前のYおよびCe試料は、六方晶構造であった。水素化によりYおよびCeともに、立方晶構造のYH_<3-δ>およびCeH_<3-δ>水素化物が作製出来た。RH_<2+δ>の試料は、水素化温度およびガス圧をコントロールすることにより得ることが出来た。電気抵抗は、水素化に伴いYの水素化物で報告されたと同様に抵抗値が3桁以上増加するのが観測された。CeH_<3-δ>の高圧下(P=20kbar)での電気抵抗測定を行った結果、CeH_<3-δ>は圧力を加えても顕著な変化は見られなかった。圧力効果を視覚的に見るために、透過率の波長依存性の測定を常圧および圧力下での測定を行った。Ce薄膜はほとんど光を透過しないが、水素化すると全体的に光が透過するし長波長および短波長側でより透過率が増えた。圧力下では、全体的に透過率が下がり特に短波長側で透過率が減少しおり、顕著な圧力効果が見られた。透過率の圧力変化は、圧力を加えることにより、希土類元素特有の色を圧力でコントロールできる可能性を示唆しておりデバイスへの応用が期待される。一方YおよびYH_3の透過率の顕著な圧力効果は見られなかった。本研空を行い以下のことが明らかになった。1.希土類薄膜を作製し、YおよびCeについてその水素化物を作成することに成功した。2.YおよびCeの水素化物は透明になった。その際、希土類の違いによる色の違いがいが見られた。3.Y水素化物は半導体になったが、Ce水素化物は近藤効果に起因すると思われる抵抗の振る舞いが観測された。4.CeH_<3-δ>の透過率の圧力効果効果が見られ、圧力下で透過率が減少することがわかった。
災害リスクを含む様々な費用と便益の統合的評価に基づく道路網アセットマネジメント

安全性・利便性・快適性を統一的・総合的に評価した道路ネットワークのアセットマネジメントシステムを構築することを目標として,災害リスクを含めた社会的費用,利用者便益,外部(不)経済効果などをライフサイクルコスト(LCC)として体系化するとともに,実際のデータに基づく定量的評価手法を開発し,道路網アセットマネジメントに関する方法論について検討を行った。安全性・利便性・快適性を統一的・総合的に評価した道路ネットワークのアセットマネジメントシステムを構築することを目標として,災害リスクを含めて利用者費用・便益,外部(不)経済効果を体系化するとともに,実際のデータに基づいた定量的評価を試み,アセットマネジメントに関する検討を行った.1.道路網アセットマネジメントのための費用・便益の体系化道路網アセットマネジメントのための災害リスクを含む様々な費用・便益を帰着分析に基づいて,計測漏れや二重計算に注意しながら,体系的に整理した.本研究で取り上げる費用・便益の項目の主なものは,(1)狭義の維持管理費用,(2)維持管理(補修工事等)がもたらす社会的費用,(3)維持管理による劣化回避がもたらす社会的便益,(4)施設改良がもたらす社会的便益であり,これをベースとして整理した.2.災害リスクを含む様々な費用と便益の定量的評価方法の検討災害リスクを含む様々な費用と便益を定量的に評価するために,岐阜県の橋梁,舗装,斜面に関する実際の点検データを収集整理するとともに,県民へのアンケート調査方法を検討した.具体的には,(1)橋梁,舗装,斜面に関するデータを収集し,定量的評価を行えるように整理した.また,交通量など,道路交通環境に関するデータも収集整理した.(2)一対秘策法によるアンケート調査において,属性とレベルを設定し,プロファイルをデザインした後,プレテストを実施した.3.道路網アセットマネジメントのための評価指標の検討的確な道路網アセットマネジメントが実施可能な安全性・利便性・快適性に対する統一的・総合的な評価指標を検討した.安全性・利便性・快適性のバランス,あるいは重要度の設定に,道路利用者および県民のニーズが加味されることは,不確実な将来に対して現時点で社会的な合意を取るという側面からも有用であると思われるため,コンジョイント分析を用いて検討した.安全性・利便性・快適性を統一的・総合的に評価した道路ネットワークのアセットマネジメントシステムを構築することを目標として,災害リスクを含めた社会的費用,利用者便益,外部(不)経済効果などをライフサイクルコスト(LCC)として体系化するとともに,実際のデータに基づく定量的評価手法を開発し,道路網アセットマネジメントに関する方法論について検討を行った.1.災害リスクを含む社会的費用を考慮したLCCの定量的評価手法の開発岐阜県の橋梁,舗装,斜面に関する実際の点検データ,および県民に対して実施したアンケート調査によって得られたデータに基づき,災害リスク,補修費用,利便性・安全性・快適性に関するユーザーコスト,環境負荷に関するコストをLCCの構成要素とし,定量的評価手法を開発した.2.道路網アセットマネジメント手法の検討道路網アセットマネジメント手法として,1.で開発したLCCの定量的評価手法に基づき,各期の予算制約を満足するという下,道路ネットワーク全体でLCCが最小となる橋梁の補修タイミング,および舗装の維持管理レベルについて検討した.3.道路網アセットマネジメントシステムの構築岐阜市周辺の道路網を対象に,プロトタイプとしての道路網アセットマネジメントシステムを構築した.なお,本システムでは,岐阜県と岐阜市が管理する42個の道路橋梁,および約56km(観測地点数は506地点)の道路舗装のうち6路線を管理対象としている.
エキゾチック超伝導体の物性解明

超伝導体の微視的な性質解明に威力を発揮するミュオンスピン回転や中性子散乱に関して、新しい方法を実現する装置や従来の性能を大幅に改善する装置を開発した。これらに加えて、核磁気共鳴や輸送現象の測定により、超伝導の新しいメカニズムや電荷やスピンの秩序と関連した新規な超伝導状態を見出した。更に、さまざまな物質を合成する中で、数多くの新しい超伝導体を発見した。平成16年度の主要な研究成果は以下の通りである。[1]輸送現象の測定を通じて、f電子系超伝導体の特性を明らかにした。反強磁性と超伝導が共存するUPd_2Al_3および空間反転対称性が破れた超伝導体CePt_3Siの超伝導ギャップ構造を熱伝導により調べた。また、準2次元重い電子超伝導体CeCoIn_5の低温強磁場超伝導相において、理論的に可能性が指摘されていたFFLO相の存在を超音波と核磁気共鳴により明らかにした。更に、量子臨界点近傍にあるCeCoIn_5の常伝導状態における非フェルミ流体的振る舞いを、ホール効果、磁気抵抗、ネルンスト係数の測定により観測した。[2]高温超伝導体おける磁気相関を中性子散乱実験により研究した。ストライプ秩序を示す酸化物超伝導体LBCO(x=1/8)の高エネルギー磁気励起において、YBCOと類似の「砂時計型」分散関係を見いだした。また電子ドープ型超伝導体の超伝導相において、静的磁気相関の異常な磁場効果を見いだした。更に、リラクサー誘電体PMNにおける散漫散乱と格子ダイナミックスの関係を中性子散乱で調べ、Polar nano-regionからの揺らぎ成分を特定し、リラクサー特性との相関を明らかにした。[3]核磁気共鳴実験により、最近発見されたパイロクロア構造を持つオスミウム酸化物超伝導体のギャップ構造やスピンの揺らぎの特性を調べ、3次元系としては始めて擬ギャップ現象を観測した。[4]ミスフィット層状硫化物に対して、水分子を層間に導入して新たな超伝導体を発見した。また高温超伝導体の同位体効果をしらべ、ストライプ型電荷秩序の形成温度が巨大同位体効果を示すこと、これに伴って超伝導転移温度の同位体効果が増強される事を見出した。[5]パルス状ミュオンビームを用いて高磁場で高時間分解能を得るための手段として、高周波パルスによるミュオンスピン共鳴の有効性をテスト実験により確認し、20kWの大電力高周波増幅器の設計・製作を行なった。研究成果:(1)高温超伝導銅酸化物において、ホール型銅酸化物に導入されたNi不純物が磁気相関を増強することを中性子散乱実験から明らかにした。さらに誘起された3次元磁気秩序のホール濃度依存性からホール型と電子型の隠れた磁気相図の対称性を見いだした。一方、電子型超伝導体の磁気励起スペクトルを広いエネルギー範囲で測定することに初めて成功した。またチェッカーボード型の電荷秩序について、超伝導との共存・背景に存在する一次元的な電荷グラス状態を見出した。(2)パイロクロア型オスミウム酸化物超伝導体において、カリウム・サイトの核磁気緩和率が過減衰の格子振動によって引き起こされていることを見出した。これは金属的化合物では初めての現象で、ラットリングと呼ばれる格子振動の特異性が明らかになった。(3)Caをインターカレートしたグラファイト(CaC_6)において、8GPaの圧力下で転移温度Tcが15.1Kまで上昇すること、さらに高い圧力では構造が不安定となり、3K程度の低い転移温度の相に一次転移することを発見した。(4)圧力により非フェルミ流体からフェルミ流体へ連続的に電子状態が変化する2次元重い電子系CeRIn_5(R=Co,Rh,Ir)における電気抵抗、ホール係数、磁気抵抗、ネルンスト効果などの輸送係数の測定から、非フェルミ流体の領域では高温超伝導体同一の温度と磁場依存性を示すことを見出し、量子臨界点に近い非フェルミ流体の輸送現象の普遍的振る舞いを明らかにした。実験装置の開発:(1)前年度に購入した大出力高周波増幅器からの高周波電力を試料に印加するための専用試料プローブの開発を行なった。これらを用いて2分の_<II>パルススピン制御による高横磁場μSR実験を行ない、最高200MHzで超伝導状態におけるMgB_2中の横磁場回転スペクトルの観測に成功し、パルス状ミュオンビームで得られたものとしては世界最高の時間分解能を達成した。(1)三軸型中性子分光器のアップグレードを行い、大幅なS/N比の改善に成功した。また、スーパーミラー集光な呼び実験を行ない、中性子ビームの高輝度化と新しい中性子分光法の手がかりが得られた。中性子散乱を用いた銅酸化物高温超伝導体における磁気励起・磁気相関の測定を更に推進した。まずLa系銅酸化物では、の過剰ドープ領域で、広いエネルギー領域に渡って中性子散乱強度の著しい低下が起こることを見いだした。また超伝導相とスピングラス相の境界近傍では、超伝導相とスピングラス相の両者において、非整合磁気相関がNi置換によって大きく変化することを見いだした。

Caをインターカレートしたグラファイト(CaC6)において、8GPaの圧力下で超伝導転移温度Tcが15.1Kまで上昇し、さらに高い圧力では構造が不安定となり、3K程度の低い転移温度の相に一次転移することを発見した。また、磁場誘起超伝導を示す有機分子性固体k-(BETS)_2FeBr_4におけるNMR測定を行い、交換磁場と外場がキャンセルするときに超伝導が出現する機構を検証した。一方パイロクロア構造を持つオスミウム酸化物において、NMR測定によりアルカリイオンの局所的な非調和振動(ラットリング)の特性と超伝導との相関を明らかにした。超伝導ギャップが強い異方性を有する様々な超伝導体において、磁場中の熱伝導率測定により、ギャップの野ノード構造を調べた。さらに超伝導秩序変数がテクスチャー構造をとる新しい超伝導状態に関する研究を行った。更に新規な超伝導体として、空間反転対称性の破れた超伝導体Rh_2,Ga_9,Ir_2Ga_9を発見した。転移温度は両者とも約2Kであった。一方ミュオンを用いた実験悲観しては、前年度末にKEKでの陽子加速器運転が終了されたことに伴い、高周波μSR開発実験を一時中断し、海外ミュオン施設を用いて銅酸化物を中心にμSRによる超伝導体の研究を行った。(1)昨年度に続き、反転対称性を有さない結晶構造からなる新規超伝導体を多数発見した。一部の物質は強いスピン-軌道相互作用が期待されるPT,Irなどの5d遷移元素を含んでおり、エキソチックな対状態も期待できる。(2)軽元素ネットワーク型超伝導体Ln2C3(Ln=La,Y)について、μSRによる磁場侵入長の測定から明確な二重ギャップの証拠を得ることができた。また、ホウ化物超伝導体YB6の磁束格子状態をμSRで明らかにした。(3)高温超伝導体TI:2201の強磁場中輸送現象の詳細な測定を行い、一強磁場中で非フェルミ流体からフェルミ流体へのクロスオーバーを観測した。まだ中性子散乱を用いて、銅酸化物超伝導体の過剰ドープ領域で磁気励起を広いエネルギー領域にわたり測定し、磁気信号が最適ドープ試料と比較して異常に減少することを見い出した。更にNi不純物によるホール捕獲効果を、超伝導相境界近傍で中性子散乱を用いて研究し、超伝導相からスピングラス相、そして3次元反強磁性相へと、Ni濃度の増加と共にホール捕獲が進行することを明らかにした。(4)鉄枇素系超伝導体の母物質BaFe2As2に対してAsサイトの核磁気共鳴を測定し、ストライプ型の反強磁性構造を検証sに、正方晶-斜方晶構造変化に伴う電荷分布の大きな変化を観測した。また常磁性相におけるストライプ型のスピン相関の発達を検証した。(5)2次元三角格子量子液体状態もつ有機物k-(BEDT-TTF)2Cu2(CN)3の熱伝導率を低温まで測定し、スピノンのフェルミ面は、少なくとも極低温では存在しない事を示した。(1)鉄ヒ素系超伝導体の母物質であるBaFe_2As_2単結晶試料に対してヒ素サイトのNMRを行ない、1次の構造・反強磁性同時相転移を検証し、常磁性状態における異方的反強磁性スピン揺らぎを見出した。またマイクロ波による表面インピーダンス測定を鉄ヒ素系超伝導体に対し行い、この系がノードのないフルギャップの超伝導体であることを明らかにした。
ピルビン酸脱水素酵素変異遺伝子の発現系確立とその臨床応用に関する研究

小児の難病の一つである先天性高乳酸血症の病因として頻皮の高いピルビン酸脱水素酵素(PDH)α-サブユニット(E1α)欠損症は,その機能面からピルビン酸結合能の低下,補酵素であるTPP結合能の低下および脱リン酸化能の低下に分類することができる。ピルビン酸脱水素酵素は6つの酵素蛋白質から構成される巨大な酵素複合体であり,その機能異常を検討するための発現系作製には,E1α以外の5つの酵素蛋白質が正常な宿主細胞が必要である。しかし,現在までこのような宿主細胞を用いた発現系は作製されておらず,遺伝子変異が病因であることを確認し,その機能異常を検討することはできない。また,この発現系の作製により,本症の遺伝子病型診断法の確立とともに治療法の開発が期待される。そこで,本研究ではまず正常E1αcDNAをPCRで増幅後,クローニングし,CAGプロモーターとともに哺乳動物細胞内発現ベクターに挿入して正常E1α発現ベクターを作製した。ついで,E1α欠損症患者から得られた培養リンパ芽球様細胞にこのベクターを導入後,酵素蛋白量および酵素活性を測定したところ,ともに正常対照と同程度まで増加しており,E1α遺伝子発現システムを確立することができた。次に,変異E1α遺伝子を含む変異E1α発現ベクターを作製した。これにより本発現系を用いて,患者で見出された変異E1α遺伝子を発現させ,遺伝子変異が病因であることを確認するとともに遺伝子変異と機能異常との関連性を明らかにすることが可能となった。また,E1αの変異遺伝子によるPDH機能の詳細な解析を行うために大腸菌を用いたPDHの大量発現系を構築した。さらに,PDH複合体活性が正常な先天性高乳酸血症女児患者において,酵素活性を測定した培養細胞においてX染色体の不活性化の偏りを証明し、SSCP法およびダイレクトシークエンシング法を用いた遺伝子診断法で新たな遺伝子変異を見いだし,本患児の先天性高乳酸血症がE1α異常に基づくものであることを明らかにした。小児の難病の一つである先天性高乳酸血症の病因として最も多いピルビン酸脱水素酵素(PDH)α-サブユニット(E1α)欠損症は,E1αの機能面からピルビン酸結合能の低下,補酵素であるビタミンB1結合能の低下および脱リン酸化能低下に分類することができる。E1α欠損症患者にみいだされる変異遺伝子に由来する変異酵素蛋白質の機能異常を検討するためは,変異遺伝子から変異酵素蛋白質を合成する発現系が必要である。ピルビン酸脱水素酵素は6つの酵素蛋白質から構成される巨大な酵素複合体であり,この酵素複合体の機能異常を検討するための発現系作製のためには,E1α以外の5つの酵素蛋白質が正常な宿主細胞が必要である。しかし,現在までこのような宿主細胞を用いた発現系は作製されておらず,これらの遺伝子変異が病因であることを確認し,どのような機能異常をきたすかを検討することはできない。また,このような発現系を作製し,遺伝子変異と機能異常との関連性を明らかにすることによりE1α欠損症の遺伝子病型診断法を確立とともに本症の治療法の開発が期待される。そこで,本研究ではまず正常E1αcDNAをPCRで増幅後,クローニングし,CAGプロモーターとともに哺乳動物細胞内発現ベクターに挿入して正常E1α蛋白発現用ベクターを作製した。ついで,E1α欠損症患者から得られた得られた末梢リンパ球をEB

ウィルスで形質転換し培養リンパ芽球様細胞株を樹立した。この培養リンパ芽球様細胞に正常E1α蛋白発現用ベクターを導入・選択後,酵素蛋白量および酵素活性を測定したところともに正常対照と同程度まで増加しており,E1α遺伝子発現システムを確立することができた。これにより本発現系を用いて,患者でみいだされた変異E1α遺伝子を発現させ,遺伝子変異が病因であることを確認するとともに遺伝子変異と機能異常との関連性を明らかにすることが可能となった。小児の難病の一つである先天性高乳酸血症の病因として頻度の高いピルビン酸脱水素酵素(PDH)α-サブユニット)E1α)欠損症は,その機能面からピルビン酸結合能の低下,補酵素であるTTP結合能の低下および脱リン酸化能の低下に分類することができる。ピルビン酸脱水素酵素は6つの酵素蛋白質から構成される巨大な酵素複合体であり,その機能異常を検討するための発現系作製には,E1α以外の5つの酵素蛋白質が正常な宿主細胞が必要である。しかし,現在までこのような宿主細胞を用いた発現系は作製されておらず,遺伝子変異が病因であることを確認し,その機能異常を検討することはできない。また,この発現系の作製により,本症の遺伝子病型診断法の確立とともに治療法の開発が期待される。そこで,本研究ではまず正常E1αcDANをPCRで増幅後,クローニングし,CAGプロモーターとともに哺乳動物細胞内発現ベクターに挿入して正常E1α発現ベクターを作製した。次いで,E1α欠損症患者から得られた培養リンパ芽球様細胞にこのベクターを導入後,酵素蛋白量および酵素活性を測定したところ,ともに正常対照と同程度まで増加しており,E1α遺伝子発現システムを確立することができた。次に,変異E1α遺伝子を含む変異E1α発現ベクターを作製した。これにより本発現系を用いて,患者で見出された変異E1α遺伝子を発現させ,遺伝子変異が病因であることを確認するとともに遺伝子変異と機能異常との関連性を明らかにすることが可能となった。また,E1αの変異遺伝子によるPDH機能の詳細な解析を行うために大腸菌を用いたPDHの大量発現系を構築した。さらに,PDH複合体活性が正常な先天性高乳酸血症女児患者において,酵素活性を測定した培養細胞においてX染色体の不活性化の偏りを証明し,SSCP法およびダイレクトシークエンシング法を用いた遺伝子診断法で新たな遺伝子変異を見いだし,本患児の先天性高乳酸血症がE1α異常に基づくものであることを明らかにした。
「外国語活動」で活用できる小学生用英語教材の開発

本研究の目的は、現在小学校で実施されている「外国語活動」で活用できる小学生用英語教材を開発することであった。そのため、すでに開発済みである18 Lessonsに改良を加え、学習効果を高めるとともにインターネットを通じて利用可能なものにした。次に、改良した教材を使用して近隣の小学校で5・6年生を対象に一斉授業と個別学習を実施し、記憶の残存状態およびリスニング力と情意面の変化についてその学習効果を検証した。さらに、これらの調査を基に、既存のものとは異なるトピックの18 Lessonsを追加開発し、音声収録を行ってCDに保存する段階まで研究を進展させた。平成26年度において、研究代表者(長谷川)は、基幹部分を開発した小学生用英語教材『太郎と花子のLet's Learn Eglish!』(長谷川・安藤,2013)の18あるLessonについて、予定通り以下の改良を加えた改訂版(2014)を完成した。1パッセージを聞いた直後、質問に対する正答の位置が、4つの選択肢のなかで、試行ごとに自動的に変わるようにした。2各Lessonの最後に、リスニングの「力試し」として、「Lessonテスト」を組み込んだ。3本教材に対する学習参加者の取り組み方と成績との関係がわかるように、「学習履歴」がデータとして残せるようなシステムにした。4学習の開始時と終了時および中間で、学力面と情意面の変化を観察するため、「英語力診断テスト」と「アンケート」を組み込んだ。5本教材の利便性を考え、インターネットを通じて指定されたURLにアクセスし、ダウンロードして、IDとパスワードを入力すれば使用できるようにした。6学習者が、パッセージや質問と答えの選択肢で使用される英語を理解しやすくするために、選択したチャンクごとに語句の説明が、吹き出しでポップアップするようにした。このようにして完成した改訂版(2014)は、近隣の小学校で5年生を対象とした「外国語活動」の時間に、児童による個別学習という指導形態で5時間(5回)の試用調査を行った。また、6年生に対しては、教員による一斉指導という形態で2時間(2回)の試用調査を行った。この試用調査を行う以前に行った関連調査の結果は、国内の学会で研究発表をした。また、基礎研究にあたる部分は、海外で開催された国際学会及び国内の学会で発表をした。研究分担者(安藤)も論考をまとめるにあたり助言と協力をした。以上、予定した教材の改良、試用調査、基礎研究の公表ができたことは、本研究の進展へ向けての基盤固めとして意義深いと考えられる。平成27年度は、開発した基幹部分に改良を加えた小学生用デジタル英語教材『太郎と花子のLet's Learn English!』(長谷川・安藤,2014)の試用調査の結果をまとめて、全国レベルの学会で口頭発表を行うとともに論文化をした。また、これまでに行った一連の関連研究とも併せて、海外で開催された国際学会でポスター発表をした。さらに、これまでの調査が行われた小学校でのデジタル英語教材を使用した授業の継続調査を行うと同時に、新たな小学校での補足調査も実施した。研究内容は、まず、この教材を使用して英語初学者の小学校5年生がパソコンによる個別学習を行った場合、1英語のリスニング力は向上するか、そして2情意面にどのような変化が起きるかを検証することであった。次に、6年生を対象に教員がパソコンを使用して、この教材を大型モニターに映し出しながら英語の一斉指導を行った場合、3学習事項が記憶に残るかを検証することであった。さらに、この研究が行われた小学校および新しく研究協力校となった小学校の新5・6年生に対しても、この教材によるリスニング力の向上と学習事項の記憶への残存状態について、教員による教室での一斉指導でその効果を検証した。この研究結果から、今回開発・改良された小学生用デジタル英語教材は、児童による個別学習でリスニング力の向上が期待できるとともに、情意面では英語が楽しく勉強になり、学習事項が記憶に残りやすいとの評価を得ることができた。また、教員による一斉指導でも、記憶が学習の10分後に対して、1週間後、2週間後、3週間後と日数を経るごとに強化されていく「レミニセンス」という現象も確認できた。このような事から、今回、開発・改良したデジタル英語教材は学習効果が高く、英語に不慣れな小学校教員でも手軽に使用できるため、今後、小学校英語の教科化に向けても活用の期待が持てると考えられる。平成27年度の研究課題として、当初予定されていたように、これまでの研究成果をまとめて全国レベルの学会で口頭発表をするとともに論文化ができた。また、口頭発表については、これまでの関連研究と併せて国際学会でポスター発表をすることもできた。さらに、前年度にデジタル英語教材の試用調査を行った小学校での継続調査に加えて、新たな小学校での補足調査もできている。しかしながら、論文化にあたっては、査読はあるとはいえまだ学内の紀要レベルなので、有力な学会誌に掲載できるようにする必要がある。本研究は、これまで独自に開発を進めてきた小学校5・6年生用デジタル英語教材を、平成26年度にはインターネット版へと増補改訂し、平成27年度には試用調査の実施、平成28年度にはLesson数の追加開発という手順を経て行われたものである。平成28年度は、まず、デジタル英語教材18 Lessonsを新たに追加開発するため、既存の18 Lessonsとは異なるトピックのパッセージ18個及びそれぞれに質問1つと答えの選択肢4つを英語で作成した。そして、これらの英語に対応する日本語を加えた対訳原稿を作成し、英語のネイティブスピーカーと日本人の声優によって音声収録を行った。

音声収録の結果はCDに保存し、システムを組み上げる際に容易に利用できるようにした。次に、本研究を遂行するにあたって必要となる、児童向けの英語教材で使用されるべき語彙について、ディズニー英語絵本と英国の昔話を対象とした語彙調査を実施し、適切な語彙選定に向けて検討した。その結果は、関連学会で口頭発表をし、査読付きの研究論文として公表した。また、増補改訂したデジタル英語教材は、近隣の小学校で試用調査した結果をまとめ、幾つかに分けて複数の学会で口頭発表し、論文として投稿した。それらのひとつは学会誌で採択され、平成29年度に公表予定である。同時に平成28年度には、所属大学の研究紀要にも、査読付き論文として2編が掲載済である。さらに、平成28年度は、懸案であった本教材の試用調査として、児童数が多く、学年あたりの学級数が複数ある小学校で、参加者数を増やし、処置群と対照群を設けた調査を実施した。増補改訂したデジタル英語教材を使用し、一斉授業と個別学習の両方を行い、リスニングテストとアンケートにより、事前・事後・遅延の時点で、学習効果を調査した。その結果は、関連学会で平成29年度に発表し、論文として投稿する予定である。本研究の目的は、現在小学校で実施されている「外国語活動」で活用できる小学生用英語教材を開発することであった。そのため、すでに開発済みである18 Lessonsに改良を加え、学習効果を高めるとともにインターネットを通じて利用可能なものにした。次に、改良した教材を使用して近隣の小学校で5・6年生を対象に一斉授業と個別学習を実施し、記憶の残存状態およびリスニング力と情意面の変化についてその学習効果を検証した。さらに、これらの調査を基に、既存のものとは異なるトピックの18 Lessonsを追加開発し、音声収録を行ってCDに保存する段階まで研究を進展させた。平成26年度の研究実施計画の第1にあげた、小学生用英語教材の改良について、ほぼ計画通りに実施できた。そして、近隣の小学校において、英語の個別学習として、児童にIDとパスワードを発行し、改良を加えた英語教材で試用調査を行うことができた。また、本教材を使った教員による一斉指導も行い、指導形態を変えても本教材が有用であることを確認できた。関連調査の結果も、国内の学会や海外で開催された国際学会で研究発表をし、成果を広く知ってもらうことができた。しかしながら、まだ規模の小さな試用調査であり、今後さらに規模を拡大した検証調査をする必要がある。その研究協力校となる小学校を探すことが大変であり、今後の課題となった。今後の研究の推進方策は、まず、当初掲げた平成28年度の予定どおり、これまでの研究成果を参考にして、教材のコンテンツを豊富にするために、新たに18 Lessonを開発して追加することである。そのため、必要となるパッセージおよび質問と答えの選択肢などを作成し、録音の立会などもする予定である。一方、開発・改良したデジタル英語教材の試用調査の対象となる児童の適正な人数が確保できる小学校を探して研究協力依頼をしなければならない。
RNA干渉法を用いたアグリカナーゼ-3ノックダウンによる関節炎治療開発

本研究の目的は、RNA干渉法にてアグリカナーゼ-3の機能をノックダウンするなどの方法を用いて、アグリカン分解へ与える影響を検討することである。アグリカナーゼ-3は関節炎の早期の時点で発現が誘導されることが明らかとなっているが、アグリカナーゼ-3のみの阻害でアグリカン分解を抑制することが可能であれば、アグリカナーゼ-3特異的に機能を阻害する抗体が関節炎の治療に応用することが可能となる。また、最近の予備実験にて機械的刺激による関節破壊にアグリカナーゼ-3が関与している可能性が示唆されたために、あわせてストレスによる関節破壊の過程におけるアグリカナーゼ-3の発現を検討する。機械的刺激(メカニカルストレス)を細胞に負荷する実験系を構築した。0.33Hzの周期で16%または、1Hzの周期で20%細胞を伸展させる刺激を30分負荷として実施した。アグリカナーゼの発現を検討し、ADAMTS-4、5、9を含むアグリカナーゼがそれぞれ,異なる発現誘導パターンを示すことが明らかになった。(ADAMTS1;6時間で1.9倍、ADAMTS4;12時間で2.9倍、ADAMTS5;30分で1.5倍、ADAMTS9;12時間で2.7倍)またメカニカルストレス受容体に関する探索も行い、ヒトアグリカナーゼ-3のプロモーター領域(約2000塩基対)を得ることに成功した。様々な長さのプロモーター領域をPCR法で作成し、コンストラクトを作成した。これにより遺伝子発現制御に関する検討をルシフェラーゼアッセイによって実施した。OUMS-27細胞を用いたが、サイトカインによるプロモーター活性に明らかな変化を認めることができず、他細胞での検討が必要だと考えられた。本研究は11月末から特別研究員が雇用開始となり、研究を開始した。平成17年度はまず、細胞培養系の立ち上げおよび条件検討を兼ねた基礎的実験を行うことを目標とした。岡山大学にて樹立された培養細胞株である、ヒト軟骨肉腫細胞(OUMS-27)を用いてインターロイキン1βおよび腫瘍壊死因子による刺激を行い、アグリカンの分解を促進する培養系を樹立した。RNA抽出を行い、定量的リアルタイムPCR法にてアグリカナーゼの発現を確認した。また、基質であるアグリカンの発現を確認した。また、アグリカナーゼ発現を誘導する細胞内情報伝達系に着目し、NF-κβがその誘導に重要であることを明らかにした。さらに、機械的刺激(メカニカルストレス)を細胞に負荷する実験系を樹立した。0.33Hzの周期で16%または、1Hzの周期で20%細胞を伸展させる刺激を30分負荷し、負荷終了後、1,3,6,12時間後にRNAを抽出し、アグリカナーゼの発現を検討する予備実験を実施した。今年度は、前年度に樹立した、機械的刺激(メカニカルストレス)を細胞に負荷する実験系をさらに発展させる実験系を構築した。すなわち、従来0.33Hzの周期で16%または、1Hzの周期で20%細胞を伸展させる刺激を30分負荷として実施していた。しかし、よりヒトの膝関節軟骨にかかる荷重、すなわちメカニカルストレスを再現するには、伸展刺激ではなく圧縮刺激のほうが適していると考え、ラット新生児膝軟骨細胞を0.33Hzまたは、1Hzの周期で7%細胞を押し縮める刺激を30分加え、負荷とすることとした。負荷終了後、1,3,6,12時間後にRNAを抽出し、アグリカナーゼの発現を検討する実験を計画したが、RNA回収時に細胞を観察すると殆どの細胞が死滅していた。そこで、圧縮刺激の条件設定を色々と行ったが、いずれの実験系でも良好な結果は得られなかった。またメカニカルストレス受容体に関する探索も行い、ヒトアグリカナーゼ-3のプロモーター領域(約2000塩基対)を得ることに成功した。これにより遺伝子発現制御に関する検討を来年度実施可能である。

アグリカナーゼ-3は関節炎の早期の時点で発現が誘導されることが明らかとなっているが、アグリカナーゼ-3のみの阻害でアグリカン分解を抑制することが可能であれば、アグリカナーゼ-3特異的に機能を阻害する抗体が関節炎の治療に応用することが可能となる。また、最近の予備実験にて機械的刺激による関節破壊にアグリカナーゼ-3が関与している可能性が示唆されたために、あわせてストレスによる関節破壊の過程におけるアグリカナーゼ-3の発現を検討する。機械的刺激(メカニカルストレス)を細胞に負荷する実験系を構築した。0.33Hzの周期で16%または、1Hzの周期で20%細胞を伸展させる刺激を30分負荷として実施した。アグリカナーゼの発現を検討し、ADAMTS-4、5、9を含むアグリカナーゼがそれぞれ,異なる発現誘導パターンを示すことが明らかになった。(ADAMTS1;6時間で1.9倍、ADAMTS4;12時間で2.9倍、ADAMTS5;30分で1.5倍、ADAMTS9;12時間で2.7倍)またメカニカルストレス受容体に関する探索も行い、ヒトアグリカナーゼ-3のプロモーター領域(約2000塩基対)を得ることに成功した。様々な長さのプロモーター領域をPCR法で作成し、コンストラクトを作成した。これにより遺伝子発現制御に関する検討をルシフェラーゼアッセイによって実施した。OUMS-27細胞を用いたが、サイトカインによるプロモーター活性に明らかな変化を認めることができず、他細胞での検討が必要だと考えられた。
ITSのための通信プロトコルに関する研究

本研究は、通信と同時に測距を可能し、白色ガウス雑音下での誤り率特性及び情報伝着速度を改善できる"コードシフトキーイング(CSK)方式を用いる車々間通信方式"に着目する。本研究では、(i)車々間通信のためのスループット性能向上法、(ii)送信信号電力制御を行わないことによる遠近問題などの影響及びデータ誤りのあるパケットの補間法などを含めた対策について検討した。・CSKの符号として、直交符号系列ではなく非直交符号系列を利用する方式を考案した。その結果、スループット性能を従来の直交符号系列型CSKを用いる方式に比べて、約10%向上できることが可能になった。更に、トラフィック制御方式を導入することで、高トラフィツク時でも一定のスループットを達成できることが明らかになった。・損失パケット基地局から受け取るのではなく、周りの移動端末から受け取る方法を考案した。特に、各移動端末が既得のパケットを自律的に配信するプッシュ型補間プロトコルと各移動端末が未取得のパケットを周囲の端末に要求して提供してもらうプル型補間プロトコルを考案した。その結果、各移動端末からのパケット送信間隔を固定した場合、無線環境を移動端末間でバケットが正確に到達する確率(リンク確率)によって2つの補間プロトコルを使い分ける必要があることが明かになった。また、リンク確率に応じて各移動端末がパケット送信間隔を調整することは補間完了時間の短縮に効果があり、低リンク確率時に顕著であることが明らかになった。今後は、車両のネットワークからの消滅や本システムを搭載していない車両などの影響を考慮した最適コンテンション型プロトコルの検討及び本システムが安全性に与える影響の検討などがあげられる。本研究は、通信と同時に測距を可能し、白色ガウス雑音下での誤り率特性及び情報伝送速度を改善できる"コードシフトキーイング(CSK)を用いる車々間通信方式"に着目する。本研究の目的は、CSKを用いる車々間通信方式において、データ伝送誤りによって生じる再送要求パケットの増大と再送要求信号の検出ミスによる輻輳の影響及び消失したパケットの補間方法について検討し、その結果からITS特有の自律分散型のネットワークプロトコルについて検討するものである。本研究は、「基本性能検討段階」と「ITS適用検討段階」の2段階で構成されている。本年度は「基本性能検討段階」であり、(1)スループット性能、(2)遅延性能、(3)フェージング環境下での性能、(4)性能向上法について検討を行った。その結果、以下のことが明らかになった。・再送要求信号の検出ミスの影響を理論解析により明らかにした。スループット性能は10%程度低下することが分かった。また、再送回数は約4倍になり、遅延性能も大きく劣化することが明らかになった。・周波数選択性フェージングの影響を理論解析により明らかにした。特に、フェージング対策として、レイク受信方式を用いた場合、スループット性能及び遅延性能の劣化度は大きいが、直接拡散方式を用いたシステムよりも良好な性能となることが明らかになった。・チャネルロードセンシングプロトコル(CLSP)の効果を明らかにした。CSK方式を用いたシステムはオファードロードが高くなるに伴い、性能が急激に劣化することが分かった。多元接続ユーザ数を制限するCLSPは効果が高く、最大スループット性能を約1.5倍以上向上できることが明らかになった。今後の課題として、ロスパケットの補間法(再送要求法)の検討、車々間通信環境における最適なネットワークプロトコルの検討などがあげられる。
電場増強ナノ構造体のフェムト秒近赤外分光と量子ドットとの相互作用に関する研究

近年,貴金属ナノ微粒子のエネルギー緩和の際に,コヒーレント音響フォノンが観測されることがEl-SayedらやHartlandらによって報告されているが,近赤外領域における研究は皆無に等しい。本研究では,フェムト秒近赤外分光法を用いて,プラズモンの熱緩和やコヒーレント音響フォノンの構造依存性や緩和のメカニズムを明らかにする事を目的として研究を行った。さらに,プラズモンと半導体量子ドットの相互作用を明らかにするために,その基礎となる半導体量子ドットの光物性の解析も行った。試料には,電子ビームリソグラフィーで作製した金ナノ構造体(北大・三澤教授),テンプレート法で作製した銀ナノ構造体,および種々のアスペクト比を持った金ナノロッドを用いた。広帯域フェムト秒過渡吸収分光法およびAFM-高感度顕微分光法も用いて,過渡吸収スペクトルと2光子発光ダイナミクスを解析した。その結果,金ナノロッドのフェムト秒近赤外過渡吸収分光法からは,アスペクト比に依存したコヒーレント音響フォノンが観測されることを見いだし,過渡吸収スペクトルもダイナミクスに対応し周期的に振動している事を見いだした。Gans理論を用いたスペクトル解析から,ナノロッドが±2%程度extensional modeによって伸び縮みしていること,及びナノロッドのヤング率のサイズ・大きさ依存性をはじめて明らかにした。さらに,近赤外域に吸収を持つ金ナノプレート(150nm角)のダイナミクスも解析し,コヒーレント音響フォノンと周期的なスペクトルシフト(80ps)を見いだした。プラズモン同士が9nmのギャップでカップリングした系においても,孤立系と同程度の振動周期を持っコヒーレント音響フォノンが観測され,プラズモンカップリングが音響フォノンには殆ど影響を与えないことを実験的に明らかにした。更に, CdTe量子ドットの分光特性に関しても解析を行った。