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高温面非定常冷却中のぬれ面形成とぬれ面先端境界位置挙動の解明

自発核生成温度を超える高温面噴流沸騰冷却では,高温面上での濡れ面先端位置,すなわちWetting Front(以後WFと記す)の挙動が冷却特性を支配する.本研究では,固液接触界面温度計測と同期した高速ビデオカメラ撮影に基づいて,WF位置の挙動に及ぼす噴流速度,噴流サブクール度,高温面初期温度の影響とWF位置を決定するための濡れ開始の境界条件を検討した.そして,WFの熱的境界条件と固体側軸対称非定常熱伝導との連成計算によるWFの挙動予測を実験結果と比較して境界条件の妥当性を検討した.最終年度は,半径方向に7箇所に測温点を設置したNi伝熱面を用いて,初期温度350°Cの下向き円板のサブクール噴流非定常冷却実験を行った.各測温位置にWFが到達した時の固液接触界面温度は250°C300°Cの範囲で,半径方向の距離の増大と伴に低温側に偏倚した.さらに,WF位置が噴流半径よりも十分大きい領域では,定常衝突噴流冷却中の限界熱流束の発生状況と同様の沸騰状況を示した.つまり,よどみ点から高温面に沿う液膜流は非沸騰の熱的助走区間の外側より拡がる激しい発泡を伴う核沸騰域を生じる.高々数mmの沸騰区間の外側で液膜は全て高温面から飛散しWFを形成する.また,円形噴流のPlateau-Rayleigh不安定が支配する液膜流の脈動が前進と後退を繰り返すWF挙動周波数に対応することが分かった.一方,冷却開始直後はよどみ点近傍で生じる自発核生成で不安定な固液接触が繰り返される.そこで,固液接触がよどみ点近傍に限定される冷却初期とそれ以降に分けて,WFを定める解析モデルを検討し,非平衡液体温度場の自発核生成計算および非一様熱流束場への限界熱流束の予測式の拡張によりWFの固体側非定常熱伝導計算を実施した.予測結果は,時刻のべき乗則に従うWF位置の挙動と定性的な一致は示されたが,今後さらにモデルの改良が必要である.材料製造プロセスをはじめ工業的に幅広く利用されている高温面の水噴流冷却は,近年除熱能力や冷却温度制御精度の一層の向上が要求されており,その実現には冷却過程を支配している高温面上での固液接触のダイナミクスの解明が課題となっている.従来の高温面冷却の研究では,沸騰曲線上での膜沸騰から遷移沸騰を経て核沸騰に至る非定常遷移沸騰過程の特性点となる固液接触が開始される極小熱流束点に注目していた.しかし,高温面の外部流沸騰は,噴流よどみ点近傍での安定なぬれ面の拡大に対応した空間的不均質性の強い非定常過程のため,従来のアプローチでは不十分であった.そこで,本研究は高温面上での噴流冷却が生じるぬれ面を規定するぬれ先端近傍の伝熱素過程に注目し,1)ぬれと乾き状態を繰り返す非定常遷移沸騰と固体側二次元非定常熱伝導との連成問題,2)ぬれ先端の固気液界線(WF:Wetting Front)位置の挙動について,非定常計測による現象理解とそのモデル化を目指し,高温面噴流冷却技術の向上寄与を目指す.本年度の成果は,次の二点に要約される.1)水の自発核生成温度を超えるNi高温面の噴流冷却実験装置を製作し,よどみ点直下およびWF近傍の固液接触界面温度の非定常計測と沸騰状況の高速度撮影を行い,WF近傍で生じるぬれと乾きに伴う温度変動周期を評価した.WF先端での50 ms程度の固液接触周期が急冷開始時には1ms程度の高頻度でぬれを生じ,急冷開始と固液接触周期との関連を明らかにした.2)周期的に固液接触と乾き状態が繰り返される状況下で接触時間中に液体に供給される積算加熱量に及ぼす固液接触周期と一周期に占めるぬれ時間割合の影響を一次元非定常熱伝導計算で評価した.比較的大きな固液の熱浸透率比を取るNiを含む金属材料と水に対して,積算熱流束に及ぼす周期の影響は,ぬれ時間割合に関わらず高々1%と小さいことが分かった.本研究の課題は,1)自発核生成温度を超える高温面上の噴流冷却中における固液接触界面温度の実験計測技術の確立,2)高温面上での固液接触に伴う液体の急速加熱による自発核生成と固体側の非定常熱伝導モデルの構築である.各課題に対する本年度の進捗状況は以下の通りである.1)については,初期温度400°C,噴流直径1 mm,最大噴流速度9.4 m/s,サブクール度30-70 Kの範囲で実施し,Ni板表面の3μm直下に設置した薄膜熱電対(応答時間70μs)を用いて,固液接触境界で生じているぬれと乾きに対応した温度履歴を捉えることを確認すると同時に懸念されていた測温点の耐久性についても研究の遂行に支障ないことが確認できた.高速ビデオによる固液接触界面の拡大の画像解析と温度履歴データを重ね合わせに基づき,接触界線近傍の温度履歴と固液接接触頻度との対応関係が得られた.2)については,1)で得られた固液界線近傍で生じる最短の固液接触周期1msに基づき1msオーダーの周期中に固液直接接触が生じるぬれ期間と蒸気生成による乾き期間の非定常熱伝導計算を行い,固液接触が繰り返される状況下での固体側から液体側への積算熱流束の評価を一次元非定常熱伝導解析で評価した.その結果,固液接触毎の積算

熱流束は,過去の接触温度履歴の影響を殆ど受けない(その影響は1%以下)ことが分かった.個の結果により,積算熱流束は固液接触のぬれ期間と固液接触開始の表面温度のみに依存することが分かった.高温面の非定常噴流冷却は,安定な固液接触が生じているぬれ面と乾き面との境界を定める固気液接触界線WF:Wetting Frontの位置とその移動速度に支配される.このため,WFの挙動を規定する熱的条件の解明が課題となっている.従来,WF位置は沸騰曲線上で部分的な固液接触の開始に対応する極小熱流束点に関連付ける考え方が支配的であった.つまり,非定常冷却中の高温面の局所温度でWF位置が規定される.しかし,不規則なぬれと乾きを繰り返すWF付近の伝熱は,固体側熱伝導と連成した強い非定常性を有するため,時間平均化された沸騰曲線に基づくアプローチでは本質的な現象理解は難しい.本研究は,衝突噴流冷却中に高温面上を移動するぬれ面先端のWF境界近傍の伝熱素過程に注目し,1)非定常計測を用いた実験によりぬれ面先端のWF位置の挙動と局所の熱伝達の理解,2)ぬれと乾き状態を繰り返す非定常遷移沸騰と固体側二次元非定常熱伝導との連成モデルの構築によって,高温面噴流冷却技術の向上を目指す.本年度の実績は,次の三点に要約される.1)前年度製作の高温面の噴流冷却実験装置を用いて,噴流よどみ点直下とWF近傍での固液接触界面温度計測と同時に行った沸騰状況の高速度撮影を行い,WF近傍で生じるぬれと乾きに伴う表面温度・表面熱流束変動の特性を明らかにした.また,高温面上を流れる液膜流に含まれる流動変動成分とぬれ面先端での固液接触変動との関連明らかにした.2)高温面上を移動するWFの半径位置の時間変化を画像解析で評価し,半径位置が時刻のべき関数で表現できることが分かった.さらに,時刻の指数が噴流サブクール度と噴流速度の条件の組み合わせによって変化することが分かった.3)酸化膜が存在する高温面上での固液接触界面温度および熱流束変化に及ぼす酸化膜厚さとその熱物性値の影響を非定常熱伝導方程式の厳密解を導出して評価した.本研究で取り組む二つの課題,すなわち1)非定常計測を用いた実験によりぬれ面先端のWF位置の挙動と局所の熱伝達の理解,2)ぬれと乾き状態を繰り返す非定常遷移沸騰と固体側二次元非定常熱伝導との連成モデルの構築についての進捗状況を分けて述べる.1)高速応答表面温度センサーを備えた高温面の水噴流冷却実験装置を用いて,非定常冷却中にWF近傍で生じている固液接触状況に対応した表面温度・熱流束変化の評価と同時に高温面上での噴流の流動状況との対応を調べた.WF位置の表面温度は250°C276°Cに対応し,WFの到着と伴に一時的な固液接触が開始される.一方,WF通過後に生じるクエンチ(急冷)の開始は,噴流のPlateau-Rayleigh不安定で誘起される液膜流の変動周波数(約1 kHz)にほぼ対応した固液接触開始と一致していた.一方,画像解析からWF半径位置は,時刻のべき関数で整理されること,指数はサブクール度と噴流速度に応じて1から1/4の値を取ることが分かった.このように,噴流冷却実験に関する研究は概ね計画通りに進展している.2)WFの伝熱モデルについては,現在固体側の軸対称二次元非定常熱伝導を流体側の対流伝熱の移動境界値問題としてモデル化を行っているところである.WF位置を決定する熱的条件として,WF近傍での固液接触に伴う自発核生成による蒸気爆発条件とよどみ点からWFまでの沸騰距離に対する限界熱流束条件のいずれかが成立するものとしてWFの挙動の予測を目指している.前者は自発核生成温度以上の高温面の冷却初期段階,後者は自発核生成温度以下の高温面上でWFに隣接して核沸騰域を随伴する冷却化後期段階での条件にそれぞれ対応するものである.
持続的成長可能な世界経済での貿易利益の存在についての研究

11年度に作成した論稿"伝統的な世界経済モデルにおける自由貿易からの利益の存在について:非完備な選好のケース"では抽象経済的接近法に基づいて非完備な選好のケースを取扱ったので、そこで最初に超過需要関数に基づく完備な選好のケースを取扱った論稿"On Gains fromTrade in General Equilibrium Model of World Trade:Excess Demand Approach"(WP No.67、Dept.of Econ.Shiga Univ. June 2000)を作成しました。次に、経済成長を許すような動学的世界経済における自由貿易からの利益の存在は、基本的には経済成長を許すような動学的経済における競争均衡の存在証明をヒントにして証明する事が出来ので、その為にはまず経済成長を許すような動学的経済における競争均衡の存在を示さなくてはならない。そして、実行可能集合が成長可能な経済を上手く実行可能集合が有界な経済に転換出来る事を示せば、結局実行可能集合が有界な経済における競争均衡の存在を示す事に帰着する事となるので、そこで論稿"On the Existence of Competitive Equilibrium in Production Economies with General Consumption Sets over Discrete-time Infinite Horizon"を作成し、有界な実行可能集合をもった動学的経済の競争均衡の存在を示しました。そしてその際に実行可能集合が成長可能な経済における競争均衡の存在を取扱っている論文としてBoyd-McKenzie"The existence of competitive equilibrium overinfinite horizon withproductionand general consumption sets"I.E.R.1993があるので、私の論文では出来るだけこのBoyd-McKenzie論文で用いられたモデルと比較出来るような形でモデルを構成し、特に、Boyd-McKenzie論文ではエッジワース均衡的接近法に基づいて、先ずこのエッジワース均衡が有界な経済において競争均衡である事を示し、その後でこの競争均衡が有界という制約がない元の経済においても競争均衡であることを示す事によって、このエッジワース均衡が競争均衡である事を証明していますが、その考え方をヒントにして、私の論文では最初に有界な経済において競争均衡である事を示し、その後でこの競争均衡が有界という制約がない元の経済においても競争均衡であることを示す事によって、有界な実行可能集合をもった動学的経済の競争均衡の存在を示しました。そして実行可能集合が成長可能な経済を実行可能集合が有界な経済に転換する際に、この転換が上手く上への一対一でしかもモデルと整合的な位相について連続である事の証明がほぼ出来ましたので、現在は、この転換に基づく実行可能集合が成長可能な経済に有界な実行可能集合の動学的経済の競争均衡の存在の結果を当てはめて有界な実行可能集合をもった動学的経済の競争均衡の存在を示し、元の実行可能集合が成長可能な経済に戻した時に対応する均衡が、実行可能集合が成長可能な経済の競争均衡となるかどうか、そしてこの証明方法を利用して実行可能集合が成長可能な動学的世界経済における自由貿易からの利益の存在を証明ができるかどうか、という事についての研究を進めています。貿易利益の存在の基本問題は、貿易利益の議論では消費者の自給自足下の消費点と自由貿易下の消費点を比較するので、通常用いられる三つの消費点の比較に関わる選好の推移性は不必要であるという事と、貿易利益の存在は各消費者にとって自由貿易下の消費点の方が自給自足下の消費点より望ましい様な自由貿易均衡の存在問題となるので、結局競争均衡の存在問題の一種となっている事です。現研究課題は持続的成長が可能な世界経済での貿易利益の存在を示す事なので、持続的成長が可能な無限期間の世界経済において、各消費者がその時の消費点の方が自給自足時の消費点より望ましくなっている様な自由貿易下の競争均衡の存在を、選好の推移性を仮定せずに示す事である。その為には、先ず選好の推移性を仮定せずに持続的成長が可能な無限期間の経済での競争均衡の存在を示す必要がある。無限期間の経済は無限次元財空間を持つ経済と見なされるが、その様な経済での競争均衡の存在は、その証明において有限次元財空間の経済のケースと1つ大きく異なっている。有限次元経済のケースは通常すべての価格に対して上手く定義されて非空となる市場超過需要を利用するのであるが、無限次元経済のケースでは市場超過需要がすべての価格に対して上手く定義されて非空となるとは限らないのである。そこで無限次元経済の競争均衡の存在を示す為に、有限次元経済による無限次元経済の近似という方法を利用するか、有限次元経済でも用いられ市場超過需要に基かない、競争均衡とパレート最適性やコアーとの関係に基く方法を利用するからである。しかし後者の方法では確かに持続的成長が可能な経済の競争均衡の存在を示されているが、選好の推移性に基いて証明が行われているので今扱っている状況には適応できない。また前者の方法では、持続的成長が不可能な経済での競争均衡の存在が選好の推移性の仮定なしに示されている。そこで、持続的成長が可能な経済を上手く持続的成長が不可能な経済で近似し、持続的成長可能な経済の競争均衡の存在を示す事が選好の推移性を仮定する事なく可能かどうかを現在検討している所である。11年度に作成した論稿"伝統的な世界経済モデルにおける自由貿易からの利益の存在について:非完備な選好のケース"では抽象経済的接近法に基づいて非完備な選好のケースを取扱ったので、そこで最初に超過需要関数に基づく完備な選好のケースを取扱った論稿"On Gains from

Trade in General Equilibrium Model of World Trade:Excess Demand Approach"(WP No.67、Dept.of Econ.Shiga Univ. June 2000)を作成しました。次に、経済成長を許すような動学的世界経済における自由貿易からの利益の存在は、基本的には経済成長を許すような動学的経済における競争均衡の存在証明をヒントにして証明する事が出来ので、その為にはまず経済成長を許すような動学的経済における競争均衡の存在を示さなくてはならない。そして、実行可能集合が成長可能な経済を上手く実行可能集合が有界な経済に転換出来る事を示せば、結局実行可能集合が有界な経済における競争均衡の存在を示す事に帰着する事となるので、そこで論稿"On the Existence of Competitive Equilibrium in Production Economies with General Consumption Sets over Discrete-time Infinite Horizon"を作成し、有界な実行可能集合をもった動学的経済の競争均衡の存在を示しました。そしてその際に実行可能集合が成長可能な経済における競争均衡の存在を取扱っている論文としてBoyd-McKenzie"The existence of competitive equilibrium overinfinite horizon withproductionand general consumption sets"I.E.R.1993があるので、私の論文では出来るだけこのBoyd-McKenzie論文で用いられたモデルと比較出来るような形でモデルを構成し、特に、Boyd-McKenzie論文ではエッジワース均衡的接近法に基づいて、先ずこのエッジワース均衡が有界な経済において競争均衡である事を示し、その後でこの競争均衡が有界という制約がない元の経済においても競争均衡であることを示す事によって、このエッジワース均衡が競争均衡である事を証明していますが、その考え方をヒントにして、私の論文では最初に有界な経済において競争均衡である事を示し、その後でこの競争均衡が有界という制約がない元の経済においても競争均衡であることを示す事によって、有界な実行可能集合をもった動学的経済の競争均衡の存在を示しました。
日本語入力方式の長期実作業データに基づく比較評価

1.実験データの採取次の2項目について、初心者によるキーボード習得状況を計測、記録した。計測は森川(製品科学研究所)の計測ツールによった。(1)SKY、OASYS、JISかな文字の3種。被験者は未経験アルバイト学生各1各。練習時間は通算各100時間。実作業の自然な姿をとらえる趣旨から、文章は自分が打ちたいものでよいこととした。(2)Dvorakローマ字打ち、SKY、OASYSの3種。被験者は研究代表者本人。ただし前2者は10時間程度。OASYSは40時間程度。2.結果の概要実験データは目下解析中であるが、現時点でわかっていることを定性的に記せば次のとおり。(1)OASYSJiSかな文字の両者はSKYと比べると習得の進行が遅い。その大きな原因は指の運動に初心者にとっては馴染みがたい部分があることのように見える。(2)SKYは習得がきわめて速く、また打鍵数が少ないため、比較的速く実用速度に達する。(3)Dvorakローマ字打ちも習得は速いが打鍵数がQWERTYローマ字打ちと変らないため、メリットが出しにくい。3今後の課題被験者数を増すべく、準備中である。SKYがきわめて好成績であったので、SKY対SKY以外の比較を中心として将来の実験を進める考えである。
沖縄島中南部における動植物方言の調査研究

研究目的:日本のなかでも個性的でユニークな存在である沖縄の動植物方言を、絶滅するまえに、緊急に調査し記録する。研究方法:動植物に詳しいインフォーマントを単独または複数人員に写真を見せて方言の調査を行う。写真はパワーポイントを利用して提示し、単独の場合はタブレット、複数人員の場合は液晶プロジェクタで投影したもので行なう。研究成果:植物方言は、利用と関連し、種に対応した多くの方言が認められた。今後の調査効率と進展を図るために、初島・天野(1994)の植物目録の各種にID番号を付した。読谷村長浜においては植物約150件、動物約90件の方言を得ることができた。注目される成果として、ミーガークーガという方言が那覇市ではナシカズラの実、読谷村長浜ではタマシダの根、南城市屋比久ではギョボクの実であった。いずれも戦前の沖縄の旧盆の時に供えていたものである。同一方言がそれぞれ異なる別の植物に充てられていることが注目された。また、よく知られているシークヮーサーの語源についても、シー(酸味)をクヮーサー(与えるもの)の意味があり、昔の沖縄では芭蕉布をシークヮーサーで洗っており、シークヮーサーの酸味で萎びた芭蕉布を蘇らせたという。シークヮーサーと芭蕉布との関連がわかった。これらはいずれも、平成27年度中には報告する予定である。
完全非水素系・水素系成長の比較による酸化ガリウム結晶成長へ水素が与える影響の解明

単斜晶系β-ガリア構造を有するβ型酸化ガリウム(β-Ga2O3)は、低コスト・高耐圧・低損失パワーデバイス材料として有望である。申請者らは近年、キャリアガスとして高純度窒素ガスを用い、高純度金属ガリウムと塩素ガスの反応で一塩化ガリウム(GaCl)分子を選択的に生成し、別途輸送した酸素(O2)ガスと反応させ、高速・高純度β-Ga2O3結晶の完全非水素系ハライド気相成長を実現している。しかし、本分野では気相成長において成長および成長層の電気物性に大きな影響を及ぼすと考えられる水素の存在については世界的に検証されていない。本研究では、VI族源かつ水素源として水(H2O)を用いることで意図的に水素導入する水素系ハライドGa2O3成長を実現し、完全非水素系成長との比較により水素による成長及び物性への影響、メカニズム解明を行い、デバイス応用につなげることを目的とした。熱力学解析結果を基に新規成長装置を構築し、完全非水素系、及び水素導入Ga2O3成長を実施した。その結果、両酸素源を用いた場合において、熱力学律速下1000 °Cでホモエピタキシャル成長可能であることを実証した。成長速度は、O2を使用した時、約8.5 μmとなり、H2Oを用いた場合の約2倍の成長速度であった。また、酸素源にH2Oを用いると表面平坦性が向上したが、O2を用いた場合確認されなかった、Ga2O3膜中へのSi不純物の取り込みが確認された。これは、石英ガラス製の反応炉壁が水素で還元され、Siが放出されることによる。さらに、ショットキーバリアダイオードを試作した結果、O2を用いた場合、超高純度膜が得られるのに対し、H2Oでは、Si不純物由来の残留電子キャリアの存在が確認された。したがって、超高純度膜成長、及び意図的な不純物ドーピングによる電気的制御のためには、完全非水素系Ga2O3成長が適していることが明らかとなった。単斜晶系β-ガリア構造を有するβ型酸化ガリウム(β-Ga2O3:バンドギャップ値4.54.9 eV)は、低コスト・高耐圧・低損失パワーデバイス材料として有望である。申請者らは近年、キャリアガスとして高純度窒素(N2)ガスを用い、高純度金属ガリウム(Ga)と塩素(Cl2)ガスの反応で一塩化ガリウム(GaCl)分子を選択的に生成し、別途輸送した酸素(O2)ガスと反応させ、高速・高純度β-Ga2O3結晶の完全非水素系ハライド気相成長(HVPE)を実現している。水素が格子間に取り込まれると、孤立水素自身が電子を放出し、電気電導性の起源になり得るとされている。一方、水素により表面マイグレーションが促進され、結晶性、表面平坦性の向上が期待される。本研究では、VI族源かつ水素源として水を用いることで意図的に水素導入する水素系ハライドGa2O3成長を実現する。成長層の構造、電気物性等の評価を行い、完全非水素系成長との比較により水素による成長及び物性への影響、メカニズム解明を行い、デバイス応用につなげる。平成28年度は、水素系Ga2O3成長を実施するに先立ち、完全非水素系・水素系におけるβ-Ga2O3基板及び他のIII族酸化物結晶の熱的安定性について、高温常圧加熱炉装置を用いた実験及び熱力学解析により検討し、水素系では非水素系と比較して大幅に低温よりエッチングが進行すること等を明らかにした。さらに、金属GaとCl2ガスとの反応によるGaClガスの選択生成、およびGaClガスとH2Oガスとの反応による水素導入Ga2O3成長について、原料の選択的生成、成長反応条件の探索等の詳細な熱力学解析を実施し、水素系においても成長可能であることを理論的に明らかにした。平成28年度は、水素系β-Ga2O3成長を実施するに先立ち、完全非水素系(窒素ガス中)、水素系(水素ガス中)におけるβ-Ga2O3基板の熱的安定性、水素と基板表面間の反応について、高温常圧加熱炉装置を用いた実験及び熱力学解析により詳細に検討した。さらに、他のIII族酸化物結晶の熱的安定性へも展開し、統一的な知見を得た。具体的には、窒素と比較して水素中では低温よりエッチングが進行すること(β-Ga2O3は窒素中1150°C以上で熱分解するのに対し、水素中では550°Cの低温より水素と反応する)、熱的安定性及び水素との化学的安定性はα-Al2O3 > β-Ga2O3 > c-In2O3の順であること等を明らかにし、研究目的達成に向け、重要な知見を得ることができた。研究成果については論文発表を行った。次に、高純度金属GaとCl2ガスとの反応によるGaClガスの選択生成、およびGaClガスとH2Oガスとの反応による意図的な水素導入Ga2O3成長について、原料の選択的生成、成長反応条件の探索等の詳細な熱力学解析を実施した。熱力学解析の結果、Ga2O3生成の駆動力が最も大きい成長系は、申請者らがこれまでに達成しているGaClガス、O2ガスを用いる完全非水素系成長であることがわかった。

一方、III族原料にGaClガス、VI族原料にH2Oガスを用いる水素系Ga2O3生成反応は、上記の完全非水素系成長には劣るものの、原料供給分圧を上げることで高速成長可能であることが明らかとなった。この結果に基づき、水素導入Ga2O3 HVPE成長反応装置の設計を行った。また、Ga2O3成長で得られた知見を他のIII族酸化物である酸化インジウム結晶の成長に発展させた。一塩化インジウムガス、O2ガスを用いた完全非水素系成長を実現し、Ga2O3成長と比較・検討した。研究成果について国際学会発表及び論文発表を行った。単斜晶系β-ガリア構造を有するβ型酸化ガリウム(β-Ga2O3:バンドギャップ値4.54.9 eV)は、低コスト・高耐圧・低損失パワーデバイス材料として有望である。申請者らは近年、キャリアガスとして高純度窒素(N2)ガスを用い、高純度金属ガリウム(Ga)と塩素(Cl2)ガスの反応で一塩化ガリウム(GaCl)分子を選択的に生成し、別途輸送した酸素(O2)ガスと反応させ、高速・高純度β-Ga2O3結晶の完全非水素系ハライド気相成長(HVPE)を実現している。しかし、本分野では気相成長において成長および成長層の電気物性に大きな影響を及ぼすと考えられる水素の存在については世界的に検証されていない。水素が格子間に取り込まれると、孤立水素自身が電子を放出し、電気電導性の起源になり得るとされている。一方、水素により表面マイグレーションが促進され、結晶性、表面平坦性の向上が期待される。本研究では、VI族源かつ水素源として水を用いることで意図的に水素導入する水素系ハライドGa2O3成長を実現する。成長層の構造、電気物性等の評価を行い、完全非水素系成長との比較により水素による成長及び物性への影響、メカニズム解明を行い、デバイス応用につなげる。これまでの実績として、金属GaとCl2ガスとの反応によるGaClガスの選択生成、およびGaClガスとH2Oガスとの反応による水素導入Ga2O3成長について、原料の選択的生成、成長反応条件の探索等の詳細な熱力学解析を実施し、水素系においても成長可能であることを理論的に明らかにした。また、Ga2O3成長で得られた知見を他のIII族酸化物である酸化インジウム結晶(In2O3)の成長に発展させることができた。一塩化インジウムガス、O2ガスを用いた完全非水素系成長を実現し、完全非水素系Ga2O3成長と比較・検討した。水素系β-Ga2O3成長を実施するに先立ち、完全非水素系、水素系におけるβ-Ga2O3基板の熱的安定性、水素と基板表面間の反応について、高温常圧加熱炉装置を用いた実験及び熱力学解析により詳細に検討した。さらに、他のIII族酸化物結晶の熱的安定性へも展開し、統一的な知見を得た。具体的には、β-Ga2O3は窒素中1150°C以上で熱分解するのに対し、水素中では550°Cの低温より水素と反応すること、熱的安定性及び水素との化学的安定性はα-Al2O3 > β-Ga2O3 > c-In2O3の順であること等を明らかにし、研究目的達成に向け、重要な知見を得ることができた。さらに、高純度金属GaとCl2ガスとの反応によるGaClガスの選択生成、およびGaClガスとH2Oガスとの反応による意図的な水素導入Ga2O3成長について、原料の選択的生成、成長反応条件の探索等の詳細な熱力学解析を実施した。熱力学解析の結果、Ga2O3生成の駆動力が最も大きい成長系は、申請者らがこれまでに達成しているGaClガス、O2ガスを用いる完全非水素系成長であることがわかった。
日銀引受国債発行と国債流通市場－戦前期日本の国債政策の総体的考察

本年度においては、「研究実施計画」の第一課題として掲げた「国債流通市場における国債売買の構造とその変化をシ団銀行の国債保有と転売(売却)行動を中心に明らかにする」ことに重点を置いて研究を進め、1930年代前半から1945年(高橋財政期から第二次大戦終了まで)における日銀引受国債の主要な購入主体である銀行部門、特にその中核を成す国債引受シンジケート銀行(シ団銀行)の国債取引について検討した。研究の成果については、2018年度日本金融学会春季大会においてパネルセッション「日銀引受国債と銀行の国債取引」を組織し、永廣が「戦前の国債流通市場に関する研究史レビュー」、佐藤が「日銀による引受国債の売却」というテーマで研究成果を報告した。「戦前の国債流通市場に関する研究史レビュー」では、(1)取引所での大量取引により公正な価格形成を行い標準価格である「公定相場」を公示する機能を果たすと認識されていた取引所市場の制度改革、(2)取引所市場での国債価格もしくは利回りデータの推移、(3)国債取引の大部分が行われていたとみられる店頭市場も含めた国債売買等、戦前期の国債流通市場に関する先行研究の整理を行った。「日銀による引受国債の売却」では、(1)日銀が引受けた国債の売却先を特定し、その銘柄・金額を調査、(2)その売却先の中から主要な購入銀行を選定、(3)(2)の銀行の中で営業報告書に保有国債の銘柄別記載があるものについて、日銀からの購入銘柄・金額と照合等の作業により、銀行部門(シ団銀行)の転売(売却)の有無について確認し、銀行部門が日銀売却国債を満期まで保有し続けたとする通説的理解に対し、銀行部門の転売(売却)が行われていたことを明らかにした。本年度においては、「研究実施計画」で掲げたように、日本銀行アーカイブ、国立国会図書館、東京大学経済学図書館などの都心の機関が所蔵する国債引受・売買、金融統制会関係の資料について悉皆的に収集を行い、各地の公文書館等に資料が所蔵されている場合には出張して収集を行う予定であったが、資料の所蔵状況を確認するための時間が予想以上にかかり、資料の所蔵および閲覧可能の有無を確認できたのが年度末となってしまい、資料の複写が予定よりも進まなかった。そのため、一次資料の調査および収集が不徹底なものとなってしまい、研究打合会の定期的な開催による研究代表者、研究分担者各々の研究の進捗状況の確認・調整も十分に進まなかった。その結果、年度内に研究成果を紀要やWorking Paperにまとめて公刊することができなかった。また、「研究実施計画」の第二課題として掲げた「預金部資金や国債整理基金等の政府資金と国債流通市場との関係を明らかにする」ことについても、十分に検討することができなかった。「研究実施計画」で掲げた予定よりも遅れてはいるが、資料の所蔵および閲覧可能の有無の確認ができていることから、本年度においては、まずは早い段階で資料の複写を迅速に行い、その上で一次資料の調査および収集を徹底的に行うことにしたい。それを踏まえて、新たに発見された資料や研究史的に未利用の資料の存在が確認できていることから、研究代表者・研究分担者の緊密な連携による収集資料の分析と精査を進め、あわせて各々の研究の進捗状況の確認・調整を進めていきたい。また、「研究実施計画」で掲げた第二課題の「預金部資金や国債整理基金等の政府資金と国債流通市場との関係を明らかにする」ことに加え、第三課題である「大蔵省、日銀、シ団銀行の連携関係とその変化について再検証する」ことにも取り組み、その成果を年度内に紀要やWorking Paperにまとめて公刊したい。

本年度においては、「研究実施計画」で掲げたように、日本銀行アーカイブ、国立国会図書館、東京大学経済学図書館などの都心の機関が所蔵する国債引受・売買、金融統制会関係の資料について悉皆的に収集を行い、各地の公文書館等に資料が所蔵されている場合には出張して収集を行う予定であったが、資料の所蔵状況を確認するための時間が予想以上にかかり、資料の所蔵および閲覧可能の有無を確認できたのが年度末となってしまい、資料の複写が予定よりも進まなかった。そのため、一次資料の調査および収集が不徹底なものとなってしまい、研究打合会の定期的な開催による研究代表者、研究分担者各々の研究の進捗状況の確認・調整も十分に進まなかった。その結果、年度内に研究成果を紀要やWorking Paperにまとめて公刊することができなかった。また、「研究実施計画」の第二課題として掲げた「預金部資金や国債整理基金等の政府資金と国債流通市場との関係を明らかにする」ことについても、十分に検討することができなかった。「研究実施計画」で掲げた予定よりも遅れてはいるが、資料の所蔵および閲覧可能の有無の確認ができていることから、本年度においては、まずは早い段階で資料の複写を迅速に行い、その上で一次資料の調査および収集を徹底的に行うことにしたい。それを踏まえて、新たに発見された資料や研究史的に未利用の資料の存在が確認できていることから、研究代表者・研究分担者の緊密な連携による収集資料の分析と精査を進め、あわせて各々の研究の進捗状況の確認・調整を進めていきたい。また、「研究実施計画」で掲げた第二課題の「預金部資金や国債整理基金等の政府資金と国債流通市場との関係を明らかにする」ことに加え、第三課題である「大蔵省、日銀、シ団銀行の連携関係とその変化について再検証する」ことにも取り組み、その成果を年度内に紀要やWorking Paperにまとめて公刊したい。「現在までの進捗状況」に記載したように、本年度においては、都心の機関が所蔵する資料について悉皆的に収集を行い、各地の公文書館等に資料が所蔵されている場合には出張して収集を行う予定であったが、資料の所蔵状況を確認するための時間が予想以上にかかり、資料の所蔵および閲覧可能の有無を確認できたのが年度末となってしまった。その結果、研究代表者・研究分担者の「国内旅費」、特に研究代表者の「国内旅費」の未使用額が大きかったことが、次年度使用額が生じた主な原因である。なお、資料の所蔵および閲覧可能の有無の確認ができていることから、本年度においては、特に研究代表者の都心の資料所蔵機関での資料調査の頻度が高くなると考えられることから、出張旅費を計上している「旅費」を増額する予定である。また、各資料所蔵機関の資料については複写によって収集を行うが、本年度は資料の複写量が増えると予想されることから、複写費用を計上している「その他」を増額する予定である。
広帯域地震計による津波地震テクトニクスの研究

1.三陸沖で発生した地震の高精度震源決定.通常の震源決定では,主として陸の構造を考慮しているため,海底下で発生した地震の震源決定精度はかなり悪い.本研究では陸と海底下の構造の違いを考慮して震源を再決定した.その結果,海溝軸から陸に向かってプレートが潜り込んでいく様子が震源分布から明瞭に見て取れるようになった.2.三陸沖で発生した地震のメカニズム解の推定.上記の構造を用いると,メカニズム解も高い信頼度で求めることができる.得られたメカニズム解は海溝付近で非常に低角で,陸に近づくに従って広角になっていき,震源の分布と非常に調和的であることがわかった.3.三陸沖の速度構造.1で得られた走時残差の分布から,三陸沖の速度構造の推定を試みた.その結果,岩手県北部と青森県南部のすぐ沖では地震波速度がかなり大きいことがわかった.残念ながら,今回の解析では多項式の次数が低すぎて分解能が上がらず,低周波地震との相関は今のところ明瞭ではない.今後データを増やし,次数を上げて,高分解能で構造を推定する予定である.4.広帯域地震計による低周波地震の検出.広帯域地震計を用いて,低周波地震の検出を試みたが,本年度前半は三陸沖の活動が低調であったため,新たな発見はなかった.しかしながら,12月28日に三陸はるか沖地震が発生し,その余震を現在解析中である.これまでわからなかった,三陸沖北部の低周波地震の分布が明らかになることが期待される.1.三陸沖で発生した地震の高精度震源決定.通常の震源決定では,主として陸の構造を考慮しているため,海底下で発生した地震の震源決定精度はかなり悪い.本研究では陸と海底下の構造の違いを考慮して震源を再決定した.その結果,海溝軸から陸に向かってプレートが潜り込んでいく様子が震源分布から明瞭に見て取れるようになった.2.三陸沖で発生した地震のメカニズム解の推定.上記の構造を用いると,メカニズム解も高い信頼度で求めることができる.得られたメカニズム解は海溝付近で非常に低角で,陸に近づくに従って広角になっていき,震源の分布と非常に調和的であることがわかった.3.三陸沖の速度構造.1で得られた走時残差の分布から,三陸沖の速度構造の推定を試みた.その結果,岩手県北部と青森県南部のすぐ沖では地震波速度がかなり大きいことがわかった.残念ながら,今回の解析では多項式の次数が低すぎて分解能が上がらず,低周波地震との相関は今のところ明瞭ではない.今後データを増やし,次数を上げて,高分解能で構造を推定する予定である.4.広帯域地震計による低周波地震の検出.広帯域地震計を用いて,低周波地震の検出を試みたが,本年度前半は三陸沖の活動が低調であったため,新たな発見はなかった.しかしながら,12月28日に三陸はるか沖地震が発生し,その余震を現在解析中である.これまでわからなかった,三陸沖北部の低周波地震の分布が明らかになることが期待される.
光学活性ホモオキサカリックス[3]アレン誘導体の合成と機能

ホモオカサカリックス[3]アレーンのフェノール性水酸基を無保護のままアッパーリム上の官能基を変換する方法は報告されていない。しかし、アッパーリムの官能基変換法は、機能性ホモオカサカリックス[3]アレーン誘導体の効率的合成を行うために必要不可欠である。アッパーリム官能基変換を施すに当たって鍵となる化合物はアッパーリム無置換のホモオカサカリックス[3]アレーンである。しかし、このアッパーリム無置換体は過去に報告されたいる方法では合成困難であった。そこで、フェノール性水酸基のパラ位を臭素化して反応点を塞いだホモオカサカリックス[3]アレーンを合成し、3つのジベンジルエーテル結合存在下、ホモオカサカリックス[3]アレーン骨格を損なうことなく臭素のみを選択的に除去する方法を開発た。さらに、フェノール性水酸基のパラ位が無置換の化合物を出発原料として、マンニッヒ反応を鍵反応とする種々の官能基をアッパーリムに導入する方法を開発した。また、発色団としてニトロ基を有するホモオカサカリックス[3]アレーンの合成を目的としてフリーデルクラフト反応を用いる直接ニトロ化も試みたが収率は15%程度であった。前述の通りニトロ化の収率は極めて悪いものであり、合成に多段階を要するアッパーリム無置換体から変換する効率が悪く大量合成には不向きであった。しかしニトロ基は発色団として機能するだけでなく、還元後種々の官能基を導入した機能性分子合成の鍵となる中間体であると考えられる。そこで、ニトロ基をもつホモオカサカリックス[3]アレーンの効率的な合成法を開発した。さらにニトロホモオカサカリックス[3]アレーンから誘導されるニトロフェノール型ホストを合成して、n-ヘキシルアミンとの溶液中における会合をNMR解析した。その結果、ホスト・アミン複合体中のホストはお椀型をしていること、複合体中のアミンはお椀型をしたホストの中に入っていることを明らかとした。
骨髄問質細胞における新しい血液細胞分化制御遺伝子の同定と機能解析

本研究は、ビタミンA誘導体であるオールトランス型レチノイン酸(ATRA)により骨髄間質細胞において誘導される遺伝子を単離し、機能解析をすることより、ATRAの新しい作用機構と詳細な造血システムの探究を目的とした。平成12、13年度と種々のヒト骨髄間質細胞株におけるATRA(all-trans retinoic acid)による刺激で差異を認める遺伝子をdifferential screening法により解析してきた。現在も新規遺伝子を単離し解析中であるが、同時に、既存の造血関連サイトカインの中でATRAにより発現調節される遺伝子をも同定している。我々はその中でもトロンボポイエチン(TPO)に着目した。ATRAは薬剤として臨床的に急性前骨髄球性白血病に投与されているが、その治療法中に、血小板増多症例を認めるとともに、血清TPO濃度が高いことを我々は報告した。今回、我々は、ATRAはヒト骨髄間質細胞株KM101におけるTPOの発現をmRNAレベル、蛋白質レベルで上昇させ、そのpromoter領域にATRA応答領域が存在することを見い出し、(reporter assay, binding assayによる。)、ATRAによるTPO発現調節が血小板増加をもたらす可能性を証明した。また、これらの研究例のように今後とも骨髄間質細胞において誘導される遺伝子を単離し、その造血へのかかわりを探究していく所存である。平成12年度の研究成果として、我々はビタミンAの誘導体であり,血球細胞を分化誘導する作用を認めるATRAに注目し,それによって発現が増強される遺伝子の同定を試みた。既知のサイトカインであるM-CSF,GM-CSFの発現調節がATRAによることを既に証明しているために,他の既存のサイトカインについて着目した。また,臨床レベルでは,ATRA投与中の患者においてthrombppoietin(TPO)の発現と血小板上昇の相関を認めたために,TPOに特に着目した。ATRA10^<-6>M存在下、非存在下でヒト骨髄間質細胞株KM101をαMEM培養液で24時間共培養した後にRT-PCR法を用いcDNAを作製した。それらを用いて、Taqman-PCR法によりTPO遺伝子につきmRNAレベルで定量した。ATRA存在下でのTPOの発現は非存在下に比較して約1.5倍の差を認めた。TPOは主として肝臓、腎臓で産生され、血中TPO濃度の調節機構として受動的なスポンジモデルが考えられてきた。一方、肝細胞株HepG2では同様のATRA刺激ではTPOの発現に差異を認めなかった。これらにより、ATRAで誘導されるTPOが血球分化に働く可能性があり、現在TPOのpromoterのdeletion mutantを用いて、ATRAが直接TPOの産生に関与する可能性を探っている。また、分化に対する未知の遺伝子を同定するために,骨髄間質細胞KM101にRARα,β,γ遺伝子を導入し、安定形質を作成した。Westem Blotでそれら遺伝子を確認した。そこで現在新しい遺伝子の単離と構造決定をするために、現在cDNAライブラリーを作成中である。cDNAライブラリーを作製し,wild typeのKM101とレセプター導入後の細胞間で差違のでる遺伝子を確認していく。それらにより,骨髄間質細胞にATRAにより誘導される新規遺伝子を同定する。
α、アドレナリン受容体サブタイプの心筋細胞膜イオンチャネル活動への影響

α1受容体は近年の遺伝しクローニングより少なくとも3種のサブタイプの存在が同定され、α1受容体の種々の機能は複数のサブタイプに特異的に担われている可能性が示唆され、その機能は現在新しい観点から考え直されようとしている。このような背景のもと、本研究では、各α1受容体サブタイプ特異的抗体を用い、心筋細胞膜イオンチャネル活動への影響を薬理、電気生理学的に解析し、心筋電気活動に於ける各α1受容体サブタイプの役割について検討した。現在α1アドレナリン受容体刺激による心筋膜イオンチャネル活動に及ぼす影響には、一過性外向きK電流(Ito)の抑制、内向きCa電流(ICa)の増強、各種外向きKチャネル電流(IK,Ach等)の増強が考えられているが、著しい種差が存在し、更に報告者間で実験手法が異なり、統一した見解を欠いている。本年度は、電気生理学手法を用い、各受容体サブタイプの心筋電気活動における役割を明らかにする目的で、特にラット心室筋における一過性外向きK電流(Ito)の抑制について薬理学的検討を行った。まず、ラット単離心室筋細胞に発現する各α1受容体サブタイプ微量受容体遺伝子mRNAを特異的プライマーを用い逆転写酵素-PCR法にて検出し、各α1a,1b及び1dの3種の存在を認めた。一方、各サブタイプ受容体遺伝子を発現した細胞を用いて、各サブタイプ受容体特異的リガンドを決定した。すなわち、α1A受容体に特異的拮抗薬でありKMD、5-メチルウラピヂル、α1B受容体を不可逆的に不活化するクロルエチルクロニジン等の薬理特性を決定した。これら薬物を用いて、ラット心室筋における一過性外向きK電流(Ito)の抑制についてパッチクランプ法にて電気生理学的解析を行った。ラット心室筋一過性外向きK電流(Ito)はα1受容体刺激(メトキサミン、ノルアドレナリン)により強力に抑制され、この反応はサブタイプ非特異的拮抗薬プラゾシンにより完全に抑制された。次に、クロルエチルクロニジンは約60%抑制し、更にKDM、5-メチルウラピヂルの低濃度の添加により完全に抑制を受けた。以上より、α1受容体を介するラット心室筋一過性外向きK電流(Ito)の抑制はα1A及びα1B受容体の両者(遺伝子レベルではα1a,1b)により担われていることが明らかとなった。
バンド間相互作用がもたらすエキシトン凝縮と新たな超伝導の理論

本研究では、バンド間相互作用と電子格子相互作用によってもたらされるエキシトン凝縮に関して理想的なモデルと現実の物質に即したモデルに対する解析を行い、発現機構や詳細な性質を明らかにした。また、独自の電子・ホール変換を導入することで変分モンテカルロ法における計算コストを大幅に減らし、大規模な計算を可能にした。また、ダイマー内電荷自由度と長距離クーロン相互作用を導入したモデルを解析し、分子性導体κ-(BEDT-TTF)2Xにおける相競合と超伝導の発現機構を明らかにした。超伝導に関しては銅酸化物高温超伝導体に倣った従来の理論を越え、幾何学的フラストレーション系ならではの新奇な超伝導対称性を見出した。平成26年度は、変分モンテカルロ法を用いてバンド間相互作用がもたらすエキシトン凝縮を記述する計算の枠組みを確立することを目標に研究を行った。まずは理想的な二軌道二次元正方格子ハバード模型を用い、バンド内相互作用U、バンド間相互作用U'、バンドギャップμをパラメータとして基底状態の性質を調べた。その結果、U-U'平面上の基底状態相図において金属、バンド絶縁体、エキシトニック絶縁体の領域が存在することを示した。これは先行研究の結果ともよく一致しており、計算手法の妥当性を支持している。さらにU'を変化させることで、エキシトン凝縮のメインテーマの一つである「BCS-BECクロスオーバー」を正しく記述することに成功した。また、一方の軌道にのみ電子・ホール変換をすることで計算コストを大幅に削減し、30×30サイト×2軌道という大規模な計算を可能にした。これは上述したBCS-BECクロスオーバーを記述する際に大きなアドバンテージとなった。このような電子・ホール変換は他の系へも容易に応用することが出来る汎用性の高い手法であると考えられる。さらに変分モンテカルロ法の長所を活かし、先行研究ではあまり考慮されていなかった長距離クーロン相互作用を取り入れた計算も行った。その結果、長距離クーロン相互作用がわずかに入るだけでエキシトン凝縮が大きく安定化されることが分かった。現実の物質では長距離クーロン相互作用が少なからず存在するため、この結果は現実の物質を議論する際に非常に重要になると考えられる。平成27年度は、層状ダイカルコゲナイド物質1T-TiSe2における電荷密度波(CDW)とエキシトン凝縮のメカニズムを明らかにすることを目標に研究を行った。まずは第一原理バンド計算に基づいて1T-TiSe2をモデル化した二次元三角格子上の2バンドハバード模型を構築した。格子歪みの効果を取り入れるため、クーロン相互作用に加えて電子・フォノン(格子)相互作用を導入し、より現実の物質に即したモデルを作ることが出来た。このモデルに変分モンテカルロ法を適用し、基底状態の性質を詳細に調べた。その結果、クーロン相互作用と電子・フォノン相互作用が協力的に働くことでCDWが安定化されることが分かった。また、格子歪みを伴わず、クーロン相互作用のみを起源とする「純粋な」エキシトン凝縮は、少なくとも1T-TiSe2においては非常に起こりにくいことを示した。これは、元のフェルミ面が非常に小さく、ネスティング機構がほとんど効かないことを反映している。また、CDWを構成する電子・ホール対のギャップ関数の性質を調べた結果、強結合的なBose-Einstein凝縮(BEC)型の対を形成していることが分かった。同様の計算をフェルミ面のネスティングが非常に強い二次元正方格子上の2バンドハバード模型に適用した場合は、クーロン相互作用を変化させることで弱結合的なBCS型から強結合的なBEC型へのクロスオーバーが見られた。以上の結果より、フェルミ面のネスティングの度合いとクーロン相互作用の強度が対の性質に大きく影響することを示した。当初の予定通り、バンド間相互作用に加えて電子・フォノン(格子)相互作用を取り入れた計算手法を確立し、より現実の物質に即した計算が行えるようになった。これによって層状ダイカルコゲナイド物質1T-TiSe2に対する詳細な解析を行うことが出来た。変分モンテカルロ法を用いて電子・フォノン相互作用を取り扱う試みは世界的に見てもまだほとんど行われておらず、本研究はその先駆けとなっていると言える。平成28年度は、κ型構造を有する分子性結晶群で見られる超伝導・磁性・電荷秩序のメカニズムを明らかにすることを目標に研究を行った。この物質群は電子密度がn=3/4であり、典型的な強相関電子系物質の電子密度n=1/2とは異なるため、特に電荷の揺らぎに起因する興味深い物性が期待されるが、詳細は明らかになっていない。そこで本研究では、従来のダイマー近似で無視されてきた二量体(ダイマー)内での電荷自由度と、長距離クーロン相互作用を取り入れた拡張ハバード模型を用い、κ-(BEDT-TTF)2Xを記述するモデルを構築した。計算手法には変分モンテカルロ法を用い、基底状態の性質を詳細に調べた。常圧超伝導物質X=Cu[N(CN)_{2}]Brに対応するパラメータを用いた結果、電子相関の度合いによって常磁性金属、反強磁性ダイマーモット絶縁体、反強磁性偏極電荷秩序、三倍周期電荷秩序、超伝導と様々な相が拮抗して現れることが分かった。超伝導秩序変数の対称性はextended-s+dx2-y2的であり、ダイマー近似を超えた弱結合的なアプローチと合致する。超伝導相関は電荷秩序状態に向かって増強される傾向を示し、電荷揺らぎとの関連を示唆する結果を得た。

これは、典型的な強相関系超伝導である銅酸化物高温超伝導体とは異なる発現機構であり、従来の理解を超えた新たなメカニズムを明らかにしたと言える。実際、最新の実験結果は超伝導の対称性がextended-s+dx2-y2であることを示唆しており、本研究の結果とよく一致している。これまで研究してきたバンド間相互作用とエキシトン凝縮の知識を元に、新たに分子性結晶を対象とした研究を計画したが、従来のものとは異なる超伝導機構を見出すことが出来たのは予想以上の成果であった。また、今まで指摘されてこなかった三倍周期電荷秩序を見出し、その付近での電荷揺らぎが超伝導を増強するというのも新たな提案であり、今後の強相関電子系超伝導の理解に大きく貢献できると期待される。平成29年度は、分子性導体κ-(BEDT-TTF)_{2}Xにおける電子・ホールドープ非対称性に関する理論的研究を行った。この物質群ではバンド幅制御モット転移とその周辺での超伝導が長く議論されてきたが、近年、電気二重層トランジスタの技術を用いたフィリング制御モット転移も実験的に可能となり、注目を集めている。そこで本研究では前年度に引き続き、κ-(BEDT-TTF)_{2}Xをモデル化した拡張ハバード模型を用い、フィリングとクーロン相互作用を変化させた際の基底状態の性質を詳細に調べた。その結果、基底状態相図には顕著な電子・ホールドープ非対称性が見られ、ダイマー反強磁性・誘電性電荷秩序・パターンの異なる二種類の3倍周期電荷秩序・超伝導の各相が確認された。ホールドープ側ではダイマー反強磁性相が広く安定化する一方、電子ドープ側では速やかに抑制され、変わって超伝導相が現われる。超伝導対称性は拡張s+d_{x^2-y^2}波であり、三角格子構造に内在する幾何学的フラストレーションを反映した特異なものとなっている。一方、ホールドープ側では準安定状態として銅酸化物高温超伝導と同タイプのd_{xy}波が好まれることが分かった。このような電子・ホールドープ非対称性と超伝導対称性の移り変わりは、フェルミ面とスピン構造因子のドーピング依存性から説明することができる。本研究は、これまでの銅酸化物高温超伝導体とのアナロジーに基づいた理論を越えて、分子性導体研究の新たなステージを切り拓いたと言える。本研究では、バンド間相互作用と電子格子相互作用によってもたらされるエキシトン凝縮に関して理想的なモデルと現実の物質に即したモデルに対する解析を行い、発現機構や詳細な性質を明らかにした。また、独自の電子・ホール変換を導入することで変分モンテカルロ法における計算コストを大幅に減らし、大規模な計算を可能にした。また、ダイマー内電荷自由度と長距離クーロン相互作用を導入したモデルを解析し、分子性導体κ-(BEDT-TTF)2Xにおける相競合と超伝導の発現機構を明らかにした。超伝導に関しては銅酸化物高温超伝導体に倣った従来の理論を越え、幾何学的フラストレーション系ならではの新奇な超伝導対称性を見出した。当初の予定通り、変分モンテカルロ法を用いてエキシトン凝縮を記述する枠組みを確立することが出来た。