hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
対称性で多様化したトポロジカル相の基礎理論の構築と実現法の提案

本研究課題は、対称性により多様化したトポロジカル相(symmetry enriched topological相; SET相)について、具体例の構築、実現法の提案、情報論的・操作論的特徴づけを行うことを目的としている。その舞台として、人工ゲージ場中の冷却原子系を中心に理論的研究を進めている。2019年度の成果は以下の2点である。[1]人工ゲージ場が非自明な集団励起を引き起こす例として、二成分Bose-Einstein凝縮体(BEC)における渦格子状態の研究を行った。二成分BECに平行ないし反平行な人工磁場を印加するとき、成分間・成分内相互作用の比に応じて5つの渦格子構造が現れる。Bogoliubov理論と有効場の理論による解析の結果、全ての渦格子相において一次と二次の低エネルギー分散関係を持つ二つのモードが現れること、特に成分間相互作用が引力のとき、平行・反平行磁場中の分散関係は各々を適切にリスケールすることで一致することなどを見出した。分数的並進対称性により特徴的なライン・ノードなどが現れることも示した。[2] SET相の例が構築できる舞台として、人工磁場中のn成分ボース気体の研究を行った。二成分系(n=2)においては、粒子数保存により保護された整数量子ホール状態が現れることが知られる。我々はこの状態をn>2に拡張することで、占有率n/(n-1)における分数量子ホール状態を構成した。得られた状態では、端において1組の電荷モードとn-1組のスピン・モードが逆向きに伝搬する。n=2の場合とは対照的に、粒子数保存を破ってもn-2組のスピン・モードが残り、トポロジカルな性質が保たれる。その意味で、もとの計n組の端モードは、対称性によって多様化された性質と見なせる。我々は、三成分系においてエンタングルメント・スペクトルを計算することで、このような端モードの数値的証拠を得た。本研究課題の実施計画においては、(1)人工磁場中のn成分Bose気体における量子ホール状態、(2)結晶対称性により多様化した分数Chern絶縁体、(3)SET相の情報論的・操作論的基礎の構築を具体的課題として挙げている。2018年度は、n成分Bose気体におけるSET相の例を実際に構築することで、(1)の課題を大きく進展させることができた。この成果は国際研究会における招待講演などで発表し、現在、論文としてまとめている。この研究においては、対称性により保護されたトポロジカル相(SPT相)を拡張することでSET相を構成したが、これはSET相研究における新しい視点であり、今後の研究の指針として活かすとともに、より一般的な概念へと発展させたいと考えている。さらに、対称性により多様化された端モードの数値的証拠を得るにあたり、エンタングルメント・スペクトルを活用したことは、(3)の課題への第一歩となると考えられる。また、二成分BECにおける渦格子の集団励起の研究は、異なる対称性を持つ人工ゲージ場がトポロジカル励起(渦)の集団運動に与える影響を系統的に解き明かすことに成功した。この研究は、New Journal of Physics誌におけるSpotlight Collectionとして出版された。まず、n成分Bose気体の量子ホール状態の研究を完成させる。3成分系においては、今回提案するSET状態と競合する非可換量子ホール状態が存在するが、どちらが熱力学的極限で実現されるかに関して追加の数値計算を行う。また、提案の一般性を示すため、4成分系における数値計算も試みる。関連する系との比較検討も行い、今回の系の独自性を明らかにした上で、研究結果を論文としてまとめる。同時に、二成分BECにおける渦格子の研究を継続する。2018年度の研究で得たこの系のBogoliubov励起に関する情報は、基底状態エネルギーおよび波動関数への量子補正の計算に即座に応用できる。そのような量子補正により、渦格子相図が補正されるとともに、二成分間にエンタングルメント(量子的絡み合い)が生じると考えられる。そのような渦格子相図の補正および成分間エンタングルメント形成の解析を行う。関連する内容として、私は2014年および2017年の研究において人工磁場のより強い量子ホール領域を解析し、平行(反平行)磁場系では成分間相互作用が斥力(引力)の際に二成分が混成したエンタングルド状態が形成されることを明らかにした。エンタングルメントをキーコンセプトとして、渦格子領域と量子ホール領域の対応関係を明らかにし、人工ゲージ場中の二成分Bose気体の示す多彩な物理の全体像を明らかにしたい。平行、反平行磁場系は、それぞれ二層量子ホール系、スピン・ホール系と類似しており、これらの系における強相関効果を論じる上でのモデル研究となると期待される。

Bogoliubov理論と有効場の理論による解析の結果、全ての渦格子相において一次と二次の低エネルギー分散関係を持つ二つのモードが現れること、特に成分間相互作用が引力のとき、平行・反平行磁場中の分散関係は各々を適切にリスケールすることで一致することなどを見出した。分数的並進対称性により特徴的なライン・ノードなどが現れることも示した。[2] SET相の例が構築できる舞台として、人工磁場中のn成分ボース気体の研究を行った。二成分系(n=2)においては、粒子数保存により保護された整数量子ホール状態が現れることが知られる。我々はこの状態をn>2に拡張することで、占有率n/(n-1)における分数量子ホール状態を構成した。得られた状態では、端において1組の電荷モードとn-1組のスピン・モードが逆向きに伝搬する。n=2の場合とは対照的に、粒子数保存を破ってもn-2組のスピン・モードが残り、トポロジカルな性質が保たれる。その意味で、もとの計n組の端モードは、対称性によって多様化された性質と見なせる。我々は、三成分系においてエンタングルメント・スペクトルを計算することで、このような端モードの数値的証拠を得た。本研究課題の実施計画においては、(1)人工磁場中のn成分Bose気体における量子ホール状態、(2)結晶対称性により多様化した分数Chern絶縁体、(3)SET相の情報論的・操作論的基礎の構築を具体的課題として挙げている。2018年度は、n成分Bose気体におけるSET相の例を実際に構築することで、(1)の課題を大きく進展させることができた。この成果は国際研究会における招待講演などで発表し、現在、論文としてまとめている。この研究においては、対称性により保護されたトポロジカル相(SPT相)を拡張することでSET相を構成したが、これはSET相研究における新しい視点であり、今後の研究の指針として活かすとともに、より一般的な概念へと発展させたいと考えている。さらに、対称性により多様化された端モードの数値的証拠を得るにあたり、エンタングルメント・スペクトルを活用したことは、(3)の課題への第一歩となると考えられる。また、二成分BECにおける渦格子の集団励起の研究は、異なる対称性を持つ人工ゲージ場がトポロジカル励起(渦)の集団運動に与える影響を系統的に解き明かすことに成功した。この研究は、New Journal of Physics誌におけるSpotlight Collectionとして出版された。まず、n成分Bose気体の量子ホール状態の研究を完成させる。3成分系においては、今回提案するSET状態と競合する非可換量子ホール状態が存在するが、どちらが熱力学的極限で実現されるかに関して追加の数値計算を行う。また、提案の一般性を示すため、4成分系における数値計算も試みる。関連する系との比較検討も行い、今回の系の独自性を明らかにした上で、研究結果を論文としてまとめる。同時に、二成分BECにおける渦格子の研究を継続する。2018年度の研究で得たこの系のBogoliubov励起に関する情報は、基底状態エネルギーおよび波動関数への量子補正の計算に即座に応用できる。
チョウの行動特性から捉えた屋上緑化空間の生息ポテンシャル評価に関する研究

屋上緑化空間にナミアゲハを誘引するには、屋上部の多様な緑被構造に加えて、地上部からの緑視認性や緑化階層に配慮することが重要であることが明らかとなった。また、屋上部でのナミアゲハ幼虫の生存にも、地上からの高さが影響を与えているとともに、屋上側壁の有無などによる寄主植物の視認性が影響していることが分かった。さらに、建物の垂直壁面に設置した誘引材には、ナミアゲハの飛行の速さを抑制し、壁面に近づける効果があることより、屋上空間へのチョウの誘引に有効な壁面緑化のあり方としては、種の飛行特性や建物周辺の緑化状況に応じた壁面緑化が必要であると類推された。平成20年度は、屋上空間における生物の生息ポテンシャルを評価するために、ナミアゲハを指標として、「飛来状況」と「生存状況」を規定する環境要因を探ることを目的とし、緑地と多様な階層と屋上形態を持つ建物に着目し、大阪府立大学中百舌鳥キャンパス内(約25.9ha)を調査対象地とした。まず、現況特性の調査として、建物、緑地などの空間特性と、地上部でのアゲハ類の出現状況を平成20年7月上旬から9月上旬で計10日(午前、午後)、ルートセンサス法を用いて把握した。次に、屋上空間におけるナミアゲハの飛来状況を把握するため、平成20年7月上旬から9月上旬の2ヶ月間、ナミアゲハの寄主植物であるミカンの苗木を植えたプランターを様々な階層、形態の屋上部に50地点、またそれに対応するように地上部の緑地、空地などに50地点、計100地点に設置し、おおむね1週間おきにミカンに付着した卵及び幼虫の数を記録した。さらに、屋上空間におけるナミアゲハの生存状況を把握するため、平成20年8月上旬から9月上旬の1ヶ月間、全調査ミカンの各プランターに10個体ずつ、計1000個体のナミアゲハの1齢幼虫を人為的に付着し、おおむね4日おきに寄主植物の葉や茎に付着した幼虫の数と成長(1齢5齢)を記録した。そして、生息ポテンシャルの評価要因として設定した「周辺環境」(各地点10m・20m圏域内のタイプ別緑地)、「連結環境」(階層、屋上側壁の有無、壁面への樹木の隣接状況)とナミアゲハの飛来状況及び生存状況との関係を解析した。以上より、屋上部の生息ポテンシャルの評価要因としては、(1)屋上部におけるナミアゲハの産卵や幼虫の生存と階層との関係がみられたことから、地上からの高さが最も影響を与えていること、(2)屋上側壁の有無によって産卵数や幼虫の生存数に変化がみられたことから、屋上部の寄主植物の視認性の有無が影響していることが明らかとなった。本年度は,チョウの行動特性から屋上空間へのチョウの誘引に有効な壁面緑化のあり方を探った。調査対象地は大阪府立大学中百舌鳥キャンパス内の生命環境科学部棟南東側エリアとし,壁面特性を探る実験区として,(1)対照区(誘引材を設置しない),(2)ネット区(緑色のネットを設置),(3)上面テープ区(上面に養生テープを施したネットを設置),(4)全面テープ区(全面に養生テープを施したネットを設置),(5)クズ区(全面に養生テープを施し,クズを絡ませたネットを設置),(6)造花区(全面に養生テープを施し,上面に造花を施したネットを設置)の6区を設定した.チョウの行動特性を把握するため,1015時に出現したチョウを追跡する一個体追跡調査を各実験区3日ずつ計18日行い,種名,飛行ルート,飛行の高さ,飛行の速さを記録した.個体数が多かったナミアゲハとアオスジアゲハを対象として,行動特性と空間特性および壁面特性との関係を解析した.調査の結果、両種とも地表面がアスファルトで舗装された空間を相対的に速く飛行し,植栽帯において,ナミアゲハは樹木を横に見ながら飛行し,、アオスジアゲハは樹木を下に見て飛行する傾向が読み取れた.また,本研究で垂直壁面に設置した誘引材には,樹木を横に見るナミアゲハの飛行の速さを抑制し,壁面に近づける効果があることがわかった.これより,屋上空間へのチョウの誘引に有効な壁面緑化のあり方としては,種の飛行特性や建物周辺の緑化状況に応じた壁面緑化が必要であると類推される.具体的には,ナミアゲハには建物周辺の植栽の樹高より上部の壁面の緑化,アオスジアゲハには壁面をテラス状にして緑化するなど上から緑を視認できる構造の有効性について今後検討する必要があると考えられる.本年度は,チョウの行動特性から屋上空間へのチョウの誘引に有効な壁面緑化のあり方を探った。調査対象地は大阪府立大学中百舌鳥キャンパス内の生命環境科学部棟とした。

2009年度に実施した南東側植栽帯の不連続部分に対し、2010年度では南側の連続植栽部分に壁面緑化を施した。壁面特性を探る実験区として,(1)庇のみ緑化区、(2)上面造花区、(3)テープ区、(4)対照区(誘引材を設置しない)の4区を設定し調査を実施した。チョウの行動特性は、ナミハゲバとアオスジハゲを対象とした一個体追跡調査を各実験区3日ずつ計18日行い,飛行ルート,飛行の高さ,飛行の速さを記録した。その結果をもとに、行動特性と空間特性および壁面特性との関係を解析した.調査の結果、両種とも地表面がアスファルトで舗装された空間を相対的に速く飛行し,植栽帯において,ナミアゲハは樹木を横に見ながら飛行し,アオスジアゲハは樹木を下に見て飛行する傾向が読み取れた.しかし、2009年の研究では、植樹帯の不連続部において壁面緑化にナミハゲハの飛行速度が抑制され、壁面へ誘引する効果がみられたが、植栽帯が連続している2010度の研究ではそのような効果はみられなかった。したがって、壁面緑化によるチョウの誘引を行う場合は、壁面に隣接する植栽帯の連続性や、チョウの視認性などを考慮する必要がある。さらに、これまでの研究成果を含め、研究内容を総括した。
触覚センサーを使用した精巣硬度定量による新しいヒト造精機能評価法の開発

睾丸硬度センサーのプロトタイプを作成し、3名の検者と6名のボランティアの被験者の精巣硬度を測定した。その結果、以下の問題点が浮上した。1:配線長が短いためプローブの操作性が悪い。→長くするとプローブの精度が落ちるので使用環境に併せて調整する。2:センサ側でシステムの制御が行えないため測定者(センサ操作)と記録者(PC操作)が必要である。→PCベースでデータ収集のトリガーに圧力値等を用いることで修正可能となる。3:圧力センサと睾丸の測定位置(進入角も含め)を統一化する必要がある。→操作法で改善するか?保持機構を追加するか?要検討とする。4:圧力のゼロ補正が逐次必要である。→PC側でリモート可能となる。5:センサの操作に共通ルールが必要である。→測定開始のタイミング等を音で知らせる。6:電源投入後、30秒程度のアイドリングが必要である。→改善不可能である。6:小睾丸ではプローブをきちんと当てられない。→保持部分の小型化、測定面にジョイント式の保持アッタメントを付けるなどの工夫が必要である。7:測定機構の簡略化ができないか?→実験結果で2-2.5mmの進入量でヤング率の評価ができそうなので、一定進入量後に評価できる構成に変更できる。以上の結果と検討を踏まえてプローブを開発中である。→改善不可能である。精巣の硬さを測る触覚センサーの試作品を開発中で、これについて以下のとおりである。測定システムにつき、荷重と変位により硬さをPCで自動測定するシステムを弾性標準試料について検討中である。荷重と変位での計測システムとは、柔らかい試料では少ない力で大きく変形し、硬い試料では強い力でも変形が少ないという、力と変形の度合いを荷重と変位により計測する方法で説明される。荷重は圧力センサを用いて、PCで測定する系により構成が済んでいるが、変位については試行錯誤の上開発途中にある。これまでは変位を光で測れるシステムを構成していたが、外乱の影響を受けやすく、外乱を除こうとするとセンサーが大型化してしまう問題点が生じていた。そこで現在この問題を改善をすべく他の方法を用いて検討中である。標準試料については、シリコーンゴムをベースにフットボール形状で脂肪程度の柔らかさを実現したものからより硬い消しゴム適度の硬さまで作成できている。本研究では精度と再現性の高い精巣硬度測定に適した触覚センサーを開発することが最重要課題と考えられる。その試作品の開発にほぼ1年かけたが、いまだ完成には至っていない。試作品が完成したら、実際にヒト精巣の硬度測定を行ってみる。試作品により再現性が高いデータが得られることが明らかとなったら、実際に被験者の硬度測定を行っていく予定である。試作品開発に使用する。
無水固気相光触媒反応－革新的二酸化炭素資源化プロセスの開拓

新規光触媒反応サイクルを基盤として,二酸化炭素資源化反応を実用化するためのブレークスルーになりうる無水固気相型化学反応を開発する.実用化に向けた最適な生成物として一酸化炭素を対象とし,従来広く用いられてきた水の酸化を伴う二酸化炭素の還元ではなく,水を含まない無水反応系において二酸化炭素から一酸化炭素を生成させることを目的として,金属酸化物光触媒上に担持させた酸化銀/炭酸銀/金属銀の暗反応/光触媒反応サイクルを導入し,高強度の光照射下での光触媒反応段階において,炭酸銀を不均等分解して一酸化炭素を発生させる化学プロセスを開拓する.さらに,固気相フロー式連続反応装置を試作し,実用化への展開をはかる.新規光触媒反応サイクルを基盤として,二酸化炭素資源化反応を実用化するためのブレークスルーになりうる無水固気相型化学反応を開発する.実用化に向けた最適な生成物として一酸化炭素を対象とし,従来広く用いられてきた水の酸化を伴う二酸化炭素の還元ではなく,水を含まない無水反応系において二酸化炭素から一酸化炭素を生成させることを目的として,金属酸化物光触媒上に担持させた酸化銀/炭酸銀/金属銀の暗反応/光触媒反応サイクルを導入し,高強度の光照射下での光触媒反応段階において,炭酸銀を不均等分解して一酸化炭素を発生させる化学プロセスを開拓する.さらに,固気相フロー式連続反応装置を試作し,実用化への展開をはかる.
希土類-遷移金属酸化物で見られる特異な誘電性に関する研究

電子強誘電体RFe_2O_4(R:希土類)のサイト置換物質およびペロブスカイトマンガン酸化物等において、通常のイオン変位型と異なり、電子の秩序化と移動が重要である誘電性について報告した。この誘電性はイオン変位に由来する劣化が少ないため、長寿命素子開発に用いられる可能性がある。また、これらの物質群の中には、高い誘電性を示し空気中で簡便に合成できるものがあるため応用的にも興味深い。本研究課題の対象の一つである、鉄3d電子の秩序化で強誘電体となるRFe_2O_4(R=Y,Ho-Lu)につき、物性の報告されていないHoFe_2O_4などの磁性と誘電性を報告した。イオン半径の大きな希土類イオンの場合には、強誘電相転移温度が高いことを示唆する結果を得た。これは応用的に興味深い結果であり、今後詳細に調べるべきである。また、YFe_2O_4に対する電子線回折実験により、鉄電荷秩序構造が酸素量に敏感に依存して変化することを報告した。また、鉄サイトを銅イオンで置換したLuFeCuO_4の物性と構造を調べた。鉄と銅がRFe_2O_4類似のイオン秩序構造を持って配列することで、室温で100程度の誘電率を発生することを報告した。さらに、RFe_2O_4の希土類をインジウムに置換した系InFe_2O_4および、その鉄サイト置換系(InFeCuO_4など)の物性や電子構造などを調べ、RFe_2O_4と同じ結晶構造を持つ系の物性が鉄サイトの電子移動に由来することを提案した。これは、通常見られるようにイオン位置の変位で誘電性を発現する系とは異なる。電子移動由来の誘電性は格子との結合が小さいことから、結晶劣化の少ない超寿命素子の開発が出来る可能性がある。鉄サイト置換物質は空気中で簡便に合成できるので、応用的に魅力的であることも提案した。電子の秩序化に由来すると考えられる誘電性はペロブスカイトマンガン酸化物においても観測し、誘電率測定・放射光測定などの結果を国際会議で口頭発表し、論文印刷中である(Ferroelectrics誌)。鉄3d電子の秩序化で強誘電体となるRFe_2O_4(R=Y, Ho-Lu)につき、高エネルギー放射光を用いた局所構造解析を行った。電荷秩序による格子歪みは存在することが分かったが、イオン位置の対称性の破れについては観測されず、この系では電子の実空間秩序が誘電性の起源と考えられる。また、RFe_2O_4における電子起源の新規強誘電性の発見に関して、解説記事で報告した。RFe_2O_4について、いくつかの発展研究を報告した。まず、この系の鉄サイトMn置換物質YbFe_<2-x>Fe_xO_4の磁性と誘電性を調べた。Mn置換により磁性と誘電性が抑えられることを観測し、これを鉄サイトイオンの3d電子移動と関連して説明した。また、Co置換物質LuFeCoO_4の結晶構造を電子線回折により調べた。鉄とコバルトが短距離のイオン秩序構造を持っており、それにより発生する電気双極子が誘電性の起源であることを提案した。さらに、RFe_2O_4の一つLuFe_2O_4の良質単結晶を育成し、室温近傍で大きな電気磁気効果(数十%以上)を観測した。これは基礎応用両面から興味深い結果であり、現在詳細な研究を進めている。さらなる発展研究として、RFe_2O_4と同様の三角格子構造を有する新規物質Lu(Fe,Ti)O_3を合成し、電子線回折などの手法によりその性質を報告した。電子の秩序化に由来する誘電性は、ペロブスカイトマンガン酸化物R_<0.5>Ca_<0.5>MnO_3(R:希士類)においても示唆された。誘電率測定・放射光測定などの結果により、イオン変位でなくマンガン3d電子が重要な役割を果たしていることを議論した。さらに、誘電率測定が系の不均一性に関する情報を与えることも指摘し、相分離マンガン系などへの応用が考えられると提言した。鉄3d電子の秩序化で強誘電体となるRFe_2O_4(R=Y,Ho-Lu)の一つYFe_2O_4に対し、電子線回折実験を行った。この系は室温で強誘電体であるが、磁気転移温度近傍230-240Kに誘電性に異常が見られる。本実験から、この温度を境に鉄イオンの電荷秩序構造が変化することを報告した。この事実は、本系の強誘電性が通常見られるイオン変位でなく、鉄イオン電荷秩序に由来することを支持する。また、磁気転移温度を境に電荷秩序構造が変化することは、磁性と誘電性の相関を示唆する。

低温での電荷秩序構造は単位格子の7倍を基本とする構造であり、室温近傍での3倍周期構造とは全く異なることも見出された。さらに、イットリウムイオンと、鉄イオンあるいは酸素イオンの相互作用の重要性も示唆する結果が得られており、RFe_2O_4の物性の複雑性と、更なる物性のバリエーションが存在する可能性を示した。電子の空間秩序化に由来する誘電性は、ペロブスカイトマンガン酸化物R_<0.5>Sr_<0.5>MnO_3(R:希土類)においても報告した。この系では100K近傍で誘電率にピークが見られる。誘電率測定・磁化測定・磁気散乱測定・放射光吸収分光測定の結果を基に、この系の誘電性は通常見られるイオン変位でなく、マンガン3d電子の秩序化と移動が重要な役割を担うことを示した。類似の結果は、前年度までに同構造系R_<0.5>Ca_<0.5>MnO_3(R:希土類)やルテニウム酸化物でも報告しており、電荷の空間秩序化に拠る誘電性は広く存在することを示唆する。このような誘電性は低劣化素子の開発可能性が有ることから、今後引き続き調べてゆく予定である。
穀物種子βーアミラ-ゼ遺伝子の発現制御に関する研究

(1)ゲノムDNAライブラリ-の作製コムギおよびイネ芽生えからDNAを分離し、ゲノムDNAライブラリ-を作製した。コムギのライブラリ-は10万クロ-ン,イネのライブラリ-は300万クロ-ンであった。(2)ライブラリ-のスクリ-ニングサツマイモのβーアミラ-ゼcDNAクロ-ンをプロ-ブとして、作製したイネ,ゲノムDNAライブラリ-の25万クロ-ンについてスクリ-ニングを行い,4個のクロ-ンを分離した。しかし、サツマイモのクロ-ンはコムギDNAとはハイブリダイズせず、またコムギ種子ポリ(A)RNAともハイブリダイズしなかった。(3)制限酵素地図の作製単離したイネ・ゲノムDNAクロ-ンのうち最もシグナルの強いものについて制限酵素地図を作製した。制限酵素はSol I,Hind III,EcoR Iを用いた。その結果,最短の断片はBamHIサイトとHind IIIサイトの間のOc6 Kbpで,DNA断片のほゞ中央に位置する。また、サツマイモおよびオオムギのβアミラ-ゼCDNAの長さからβーアミラ-ゼmRNAの長さは約2Kbと考えられ、単離したクロ-ンはイントロンを含めてもβーアミラ-ゼ遺伝子のほゞ全部を含むものと思われる。(4)成熟中のコムギ種子におけるβーアミラ-ゼ遺伝子の発現イネのβーアミラ-ゼ遺伝子を使って、開花後15週目までのコムギ種子の成熟過程におけるβーアミラ-ゼ遺伝子の発現を調べた。その結果、開花2週目で最大であり,酵素合成の最も盛んな3週目に先立ってmRNAの合成が行われていることが明らかになった。
火星隕石の地球化学的解析に基づく火星の水の散逸史および表層酸化過程の解明

本研究では、「火星隕石に記録された表層成分の水素・硫黄同位体比および酸化還元敏感元素の化学種変化から,火星の水の消失過程とそれに伴う表層酸化過程の解明を」を目的とする。H29年度は研究実施計画1・3・4を中心に研究を進めた。【研究計画1:局所XAFS(μ-XAFS)分析による,火星表層成分のFeとSの化学種同定】火星大気・表土成分の混入が確認されている火星隕石中の衝撃ガラスのS-XAFS測定を行った。具体的には、H28年度に測定していた試料(EETA79001およびLAR 06319)の追加測定および未測定試料(Dho 019)の新規測定を行った(Shidare et al. 2018 LPSC)。また、流体から晶出したことが判明している火星隕石(ALH 84001)に含まれる炭酸塩試料のFe-XAFS測定を行い、炭酸塩を形成した流体には、緑泥石やゲーサイト、そして硫酸イオンが含まれる可能性が示された。【研究計画3:硫黄の非質量依存同位体分析(MIF)に基づく,表層成分の存在度の定量】火星隕石試料分析の前段階として、地球試料(太古代堆積物)のMIF分析を行った(Mishima et al. 2017 EPSL; Aoyama & Ueno 2017 Geobiology)。【研究計画4:水散逸モデルに基づく,水の消失時期・消失量および表層酸化との関係性の解明】火星の水の消失時期・消失量と密接に関係する火星大気圧の時代進化をモデル化し、表層に水が存在していたとされる約40億年前の下限大気圧(0.5 bar)を決定した(Kurokawa et al. 2018 Icarus)。放射光施設(SPring-8, KEK PF)において、計画通りの分析時間が確保できたため。本研究では、「火星隕石に含まれる表層成分の水素・硫黄同位体比と酸化還元敏感元素の化学種変化から,火星の水の散逸と表層酸化過程の関係を明らかにすること」を目的とする。H28年度は、研究実施計画1・2・4を中心に研究を進めた。【計画ー1:局所XAFS分析による,火星表層成分のFeとSの化学種同定】本研究で対象とする火星隕石中の衝撃ガラスは,天体衝突の影響により火星大気・表土成分の両者が混入していることが示唆されている。H28年度は、放射光施設(SPring-8)において、火星隕石中に含まれる衝撃ガラスのS-XAFS分析を行った。結果、隕石試料から初めて、火星表層由来の酸化型硫黄(硫酸イオン)を検出することに成功した。また、流体から晶出したことが明らかな火星隕石中の炭酸塩に着目し、放射光施設(Photon Factory)においてFe-XAFS分析を行った。結果、炭酸塩を生じさせた流体には、炭酸塩と同時に緑泥石やゲーサイトが含まれていることが判明した。これらの観察事実は、火星にかつて存在していた変成流体の温度や化学組成条件の推定に強い制約を与えると考えられる。【研究計画ー2:SIMS分析に基づく,各地質時代における表層水のD/H比の決定】カーネギー研究所に設置されたSIMS(NanoSIMS 50L)を用い、計画1でXAFS分析を行った炭酸塩に含まれる水素同位体比(D/H)を決定した。【研究計画ー4:水散逸モデルに基づく,水の消失時期・消失量および表層酸化との関係性の解明】計画2で得られたD/H比をもとに、過去40億年間の水散逸量を計算した。求められた散逸量は、地質記録から推察されている古海洋の海水量よりも明瞭に小さく、このことは、古海洋の多くが凍土層・含水鉱物などの形で現在も地下に存在していることを示唆する結果となった。放射光施設および研究協力者の管理するSIMSの両者に関し、計画通りの分析時間が確保できた。【研究計画4:水散逸モデルに基づく,水の消失時期・消失量および表層酸化との関係性の解明】

火星の水の消失時期・消失量と密接に関係する火星大気圧の時代進化をモデル化し、表層に水が存在していたとされる約40億年前の下限大気圧(0.5 bar)を決定した(Kurokawa et al. 2018 Icarus)。放射光施設(SPring-8, KEK PF)において、計画通りの分析時間が確保できたため。研究は順調に進んでおり、当初の予定に従い、今後も引き続き研究計画1ー4を順次進めていく。
新しい人工関節材料-ハイドロキシアパタイト含有ガラス-チタン複合体の開発

ハイドロキシアパタイト含有ガラス-チタン複合体は整形外科、歯科分野での骨置換材料としてハイドロキシアパタイトの生体活性とチタンの機械的強度、生体内安定性を両立させることを意図して開発された。本複合体はこれまでの研究実績により、生体内での安定性、生体内埋入後早期からの骨組織との強固な結合能など、生体内インプラントとして臨床応用を目指すのに適切な性質を備えていることが明らかになり、臨床応用に向かって各種の実務的な準備も行っている段階である。本複合体の臨床応用を目指し、以下の項目について検討、知見を得た。1.本複合体は生体骨への埋入実験で、表面加工を施さないチタン製試料に比して3倍以上の骨結合強度を持つことが示された。この結合能をさらに高めるため、本複合体の表面に針状のアパタイトを電着させる方法を確立した。これにより、本複合体の骨伝導能が向上し、埋入後早期の骨結合強度がさらに強固になった。2.本複合体で作製した人工関節を成犬に埋入し3年以上経過した試料を摘出し、その骨結合様式を検討した。短期間埋入後には周囲からの組織進入が起こり、試料周囲にアパタイトの再析出などが観察されたが、長期間埋入後には本複合体の周囲には良好な接触性骨形成が観察され、長期間にわたり安定した本複合体の良好な生体活性が確認された。3.従来、ハイドロキシアパタイト粉末とガラス粉末を混合したものを基材に塗布、焼成していたが、両者をあらかじめ混合し短時間仮焼成すると、より均一に混和し、むらが少なくなることがわかった。この方法でHA-G-Ti複合体を作製すると、従来の方法に比してより均一なコーティング層が得られることがわかった。4.ハイドロキシアパタイトはその合成方法などにより様々な性質を持つ。数種類のハイドロキシアパタイトを用いてHA-G-Ti複合体の至適製作方法を検討し、本複合体の作製に適するハイドロキシアパタイトの種類、性質が把握可能になった。HA-G-Ti複合体に関する基礎研究により、本複合体は良好な生体活性と安全性を併せ持ち、従来使用されてきた人工関節材料に一線を画す有望な人工材料であることが証明された。急速に進む高齢化社会の中で、失われた生体骨組織の機能を代替するこのような骨置換材料のニーズが高まることは想像に難くない。本複合体の開発、臨床応用により、整形外科歯科領域での骨組織置換手術の成績が向上し、豊かな人間社会の構築に大きく貢献できるものと確信している。HAP-含有ガラス-チタン複合体を用いたこれまでの臨床的基礎実験は、1ヵ月-24ヵ月の期間のものであった。

従って、もっと長期使用が必須条件とされる人工関節や歯科インプラントへの実用化に際しては、構成素材の改質実験の継続とともに、生体内での複雑な生物化学反応による腫瘍などの障害発生が、材質の化学反応だけでなく、物理的特性や構造、そして表面の性状にも左右されるという点にも注目して、形状や加工精度などの面での検討も充分行なう必要があると考えている。本研究材料は、金属を基材とする複合材料のため、紐造や易精度の詳細加工が可能で、生体骨の変形挙動に迫従し得る骨との接合部位の設定や最適形状設計の凡現化にも困難はない。また、生体用金属として生体とのなじみがよく、耐食性に優れ、為害性のない、チタン金属を用いるので、接合部の局部的破壊が生じても、良期的に安定して使用できるものと考えてよい。問題はガラスの生体内での安定性であるが、使用ガラスはバイオガラスとは全く異なるblolnertなもので、これまでの2カ年のデータでは生体内で極めて安定であった。また、各種酸性溶液、アルカリ溶液及び疑似体液によるイオン溶出実験では、化学的安定性の高いものであることが立証された。HAP含有ガラス-チタン生体適合性複合体は、特別な大型装置を必要とせず極めて簡便に作製でき、その表面は生体親和性の優れたものであることを、細胞培養法(骨芽細胞3T3EL)によって充分確かめている。さらに、コーティング厚さは塗布回数を変えているだけで任意に調整でき、新生骨の形成に適した連続気孔(数μm-500μm)を有する多孔質層形成のための技法もわかってきた。高齢化が進む社会状況の中で、老人の大腿骨顎部骨折、変形性股関節症、変形性膝関節症、慢性関節リウマチが大きな問題となってきている。すなわち、こうした症例に対し、骨セメント(PMMA)を使用しての人工股関節置換術、人工膝関節置換術が、全世界で一日約2000例おこなわれているといわれている。しかし長期的な臨床結果では、骨皮質の吸収が関節コンポーネントを固定した骨セメント-骨皮質の界面で生じ、必ずしも良好ではない。かかる状況において、HAP含有ガラス-チタン複合材料は、チタン合金の有する機械的強度をもち、骨セメントを使用することなく、直接生体骨と接合する各種人工関節を安価でかつ容易に作製可能である。金属インプラント、HAPプラズマ、スプレイ-チタン材料と比較して、生体親和性が著しく優れ、接合強度も著しく大きい。この生体適合性材料の、各種人工関節、骨修復などへの応用は、直接的には失われた生体材料の長期的な代替であり、豊かな人間社会の構築に大きく貢献するものと確信している。ハイドロキシアパタイト含有ガラス-チタン複合体は整形外科、歯科分野での骨置換材料としてハイドロキシアパタイトの生体活性とチタンの機械的強度、生体内安定性を両立させることを意図して開発された。本複合体はこれまでの研究実績により、生体内での安定性、生体内埋込後早期からの骨組織との強固な結合能など、生体内インプラントとして臨床応用を目指すのに適切な性質を備えていることが明らかになり、臨床応用に向かって各種の実務的な準備も行っている段階である。本複合体の臨床応用を目指し、以下の項目について検討、知見を得た。1.本複合体は生体骨への埋込実験で、表面加工を施さないチタン製試料に比して3倍以上の骨結合強度を持つことが示された。この結合能をさらに高めるため、本複合体の表面に針状のアパタイトを電着させる方法を確立した。これにより、本複合体の骨伝導能が向上し、埋込後早期の骨結合強度がさらに強固になった。2.本複合体で作製した人工関節を成犬に埋込し3年以上経過した試料を摘出し、その骨結合様式を検討した。
格子上の場の理論の数値シミュレ-ションによる研究

本研究は、平成3年11月わが国で開催予定の「格子上の場の理論国際会議」に向け、国内研究の一層の進展を目指すものであり、これを念頭に置いて、課題分担者による研究並びに全国的研究会の開催を行った。研究面では、宇治・福来・大川・美濃は量子色力学に於ける有限温度相転移の次数及びハドロンの質量スペクトルに関し、動的クオ-クを含む大規模シミュレ-ションを押し進め、岩崎は、格子フェルミオンのカイラル対称性の問題を解析するとともに、並列計算機QCDPAXを用いてグルオン系の有限温度相転移の大格子精密計算を行った。宮村は量子色力学に於ける位相的励起のシミュレ-ションを行い、また並列計算機による計算高速化の技術的問題を検討した。石川は、二次元電子系に現れる量子ホ-ル効果・高温超伝導等の諸性質を場の理論の観点から解明する研究を行い、河本と川合は、量子重力を主にランダム多面体近似の観点から調べた。また川合は岡本と共同で、ゲ-ジ理論の分類を目指して五次元格子ゲ-ジ理論のシミュレ-ションを行った。研究会は、本課題分担者10名に加え全国各地から48名の参加を得て、3月7日ー9日の3日間にわたり高エネルギ-物理学研究所に於て開催された。会議では、本課題による上記研究結果が9の講演により発表され、一般参加者からは各種問題にわたる13の発表があった。これらに加えて、分野全般にわたる現状総括を目的として、格子量子色力学(ハドロン質量スペクトル、弱い相互作用遷移行列要素、有限温度相転移)、弱い相互作用に関するスカラ-・フェルミオン理論、強結合QED、格子上の場の理論シミュレ-ションのための専用並列計算機と計算技術の現状と将来に関する8の総合報告が行われた。本研究計画の実施により分担者の研究は少なからぬ進歩をみせた。また研究会は本分野に従事する全国研究者を網羅して、直接の情報交換・討論に役だったばかりでなく、本分野に興味を持つ多数の若手研究者の参加を得て研究者層の拡大にもきわめて有益であった。
閉リーマン面の退化族に関係する複素２次元特異点の研究

複素2次元特異点の極大イデアルサイクルと基本サイクルに関する研究を行った。これらの対象は、「閉リーマン面の退化族」と「複素2次元特異点」の関係について研究を行う際に重要なものである。泊昌孝との共同研究で複素乗法群作用付きの複素2次元特異点について、極大イデアルサイクルと基本サイクルが一致するための条件を調べ、この成果はTohoku Math. Journalに投稿し掲載受理されている。その後、複素2次元特異点の極大イデアルの特異点解消空間への引き上げの埋め込み点と、特異点自体のPencil種数との関係について研究を行い、種々の研究会等で発表し、現在論文を準備している。閉リーマン面の退化族と複素二次元特異点の比較を行う際に,極大イデアルサイクルは重要な対象である.これは特異点の重要な不変量である重複度とも密接な関係を持つ。複素二次元特異点の極大イデアルサイクルについて,種々の研究を行った。主に行ったのは,有理特異点(X,o)の巡回被覆として得られる特異点(Y,o)の極大イデアルサイクルの計算法を求め,これに従い,極大イデアルサイクルと基本サイクルにギャップが生じる場合を調べた.特に, (X,o)が巡回特異点の場合に, (Y,o)は極大イデアルサイクルと基本サイクルの比較を詳細に行った.極大イデアルサイクルと基本サイクルの比較を通して,今野ー長嶋(Osaka J. Math. 2012),Menー奥間の結果(Kyusyu J. Math., 2014)の一般化を得ることを,現在実行中である.今野ー長嶋, Menー奥間の仕事で扱っている特異点は、完全交叉なものであり、可換環論的にみて極めて特殊なものといえる。彼等は非特異点の巡回被覆を扱っているのに対し、我々は巡回商特異点の巡回被覆を扱っている。我々が扱う特異点は非Gorenstein環をアフィン環にもつものを含むなど、かなり一般的な対象である。これまでに得られた成果として,従来からの「射影直線を中心曲線とする複素乗法群作用特異点で極大イデアルサイクルと基本サイクルは一致するか?」という基本的問題に対して,上記研究ではその反例が多く見つかった.閉リーマン面に付随した特異点論における重要な対象として、特異点解消空間における極大イデアルサイクルと基本サイクルがある。また、複素2次元特異点の重要なクラスとして、擬斉次特異点のクラスがある。今野-長島とMengー奥間は擬斉次特異点の特殊なクラスであるBrieskorn型完全交叉特異点について、極大イデアルサイクルと基本サイクルが一致するための算術的な必要十分条件を求めている。Brieskorn型完全交叉特異点は非常に特殊なクラスであり、彼らの結果が一般の特異点においてどの程度成り立つかが問題である。本科研費の研究では、一般の擬斉次特異点のクラスにおける極大イデアルサイクルを研究した。その結果、今野-長島とMengー奥間の結果の一部は一般の擬斉次特異点で成立することを示した。またその中でBrieskorn型完全交叉特異点よりかなり広いクラスである、擬斉次特異点のKummer被覆特異点の場合にも、極大イデアルサイクルと基本サイクルが一致するための十分条件を求めた。これらの結果で重要な鍵となるのが、中心曲線における係数の一致であることがわかる。極大イデアルサイクルを与えるreducedな同次元が存在するとき、中心曲線における係数の一致は、極大イデアルサイクルと基本サイクルの一致を導く。以上の結果は、現在、泊昌孝氏(日本大学文理学部)との共著として論文原稿作成中であり、本年5月中旬には雑誌に投稿予定である。また、これらの結果は擬斉次特異点を含む広いクラスである星形特異点に一般化の可能性があることが分かり、これらの研究に取り組んでいる。まず、2015年4月から6月にかけて、複素乗法群作用をもつ複素2次元特異点の基本サイクルと極大イデアルサイクルの一致について、25年度と26年度に泊昌孝氏と共同で得られた結果を論文にまとめTohoku Math. J.に投稿した。これは既に掲載受理され、近いうちに出版の予定である。その後、リーマン面の退化族との比較で重要な、特異点の不変量としてPencil種数があるが、与えられた具体例についてその値を決定することは、一般にはそう簡単ではない問題である。申請者・都丸は、(zのn乗)=f(x,y)の形の定義式をもつ超曲面特異点について、Pencil種数の決定と、これに関係する極大イデアルの埋め込み点の関係の研究を行った。これは現在も継続中である。さらに、複素乗法群作用をもつ複素2次元特異点の、ある種の巡回被覆として得られる特異点について、Yau系列、最小サイクル、幾何種数等の性質を研究した。これは、完成に近づきつつあり、今年の夏までには論文を完成し、投稿するつもりである。以上のような成果については、「特異点と多様体の幾何IV:草津セミナー(群馬県)」、学会京都大、筑波大で発表し、2015年12月には、中国海南島で行われた特異点の国際シンポジウムでも発表した。

これらの対象は、「閉リーマン面の退化族」と「複素2次元特異点」の関係について研究を行う際に重要なものである。泊昌孝との共同研究で複素乗法群作用付きの複素2次元特異点について、極大イデアルサイクルと基本サイクルが一致するための条件を調べ、この成果はTohoku Math. Journalに投稿し掲載受理されている。その後、複素2次元特異点の極大イデアルの特異点解消空間への引き上げの埋め込み点と、特異点自体のPencil種数との関係について研究を行い、種々の研究会等で発表し、現在論文を準備している。多くの擬斉次特異点においては、極大イデアルサイクルと基本サイクルの一致は中心曲線での係数の一致と同値なことを証明したこと。Kummer被覆特異点において重要な成果を得たこと。これまでの2年間の成果が論文として形になったこと。現在、この研究の先の段階に取り組んでいること。複素解析幾何学擬斉次特異点より広いクラスである星形特異点について、この結果を拡張すること。Kummer被覆特異点の特異点解消のアルゴリズムを明確に与えること。Kummer被覆特異点がいつ、閉リーマン面の退化族と密接な関係をもつKodaira特異点になるか決定すること。「射影直線を中心曲線とする複素乗法群作用付き特異点で、極大イデアルサイクルと基本サイクルは一致するか?」という問題の反例、などの重要な発見があったこと。これは当初は両サイクルは一致すると思い、その証明をおこなうことを考えていたが、種々の具体例を調べその過程で反例が見つかった。13990円の繰越金が出ましたが、予定していた東京出張を体調不良で取りやめたことが理由です。25年度の研究に引き続き、極大イデアルサイクルを中心に研究を行う。極大イデアルサイクルに関しての系統だった研究は、今野ー長嶋、Menー奥間などによるものなどがあるが、いずれも超曲面や完全交叉などの場合である。我々の扱っている特異点はnon-Gorensteinを含む、かなり広いクラスであり、そこでの極大イデアルサイクルに関してはほとんど研究されていない。そうしたことを踏まえ、25年度の研究の継続を行う。書籍購入資金と致します。3万2630円の繰り越し金が出来ましたが、体調不良で予定していた東京出張を2回取りやめたためです。3万2630円の繰り越し金は、購入を必要とする書籍があるので、それに使用する予定です。
皮膚線維増殖性瘢痕におけるDAMPsの同定

患者由来のケロイド検体と正常皮膚検体よりタンパク質を抽出して、ヒト樹状細胞の培養液に添加・培養することにより、ヒト樹状細胞の炎症性サイトカインの遺伝子発現を上昇させるタンパク質分画の同定を試みた。しかし、検体間の差が非常に大きく、また1検体から抽出できるタンパク質量の不足などにより、有意な結果を得ることはできなかった。まず、手術により患者から採取したケロイド組織と正常皮膚の検体を破砕して、タンパク質を抽出することを試みた。破砕には初めにホモジナイザーを用いたが、硬度の高いケロイド組織を破砕するのに非常に難渋し、複数の検体が失われた。試行錯誤のうえ、結局乳鉢と液体窒素を用いて粉砕する方法が、最も再現性高くケロイド組織を破砕できることが明らかになった。タンパク質抽出バッファーを用いて、破砕した組織よりタンパク質を抽出・定量した。ケロイド組織由来のタンパク質抽出液(以下Ke-P)と正常皮膚由来のタンパク質抽出液(以下NS-P)を、ヒト由来樹状細胞の培養液に添加・培養した後、ヒト由来樹状細胞よりRNAを抽出して、リアルタイムPCRによって炎症性サイトカイン遺伝子の発現を比較解析した。ここでも、添加するタンパク質量とRNAを抽出するまでの培養期間の条件設定に難渋し、有限な患者検体由来のタンパク質の大半を使用することになってしまった。以上の理由により、NS-P添加と比較してKe-P添加において有意に発現が上昇するマーカー遺伝子の同定にはいたらなかった。今後は、NS-P添加と比較してKe-P添加において有意に発現が上昇するマーカー遺伝子を同定したうえで、ショ糖密度勾配遠心法によってタンパク質の分子量に応じてNS-PとKe-Pを分離し、それぞれの分画をヒト樹状細胞に添加する実験を行い、添加によってマーカー遺伝子発現を上昇させる分画を同定する予定である。例年より対象疾患の手術症例が少なかったうえ、組織のホモジナイゼーションや条件設定の段階で試行錯誤を要したため。患者より採取した正常皮膚検体5個とケロイド検体5個よりタンパク質を抽出し、正常皮膚由来タンパク質抽出液(NS-P)とケロイド組織由来タンパク質抽出液(Ke-P)を得た。NS-PとKe-Pをそれぞれヒト由来樹状細胞株の培養液に添加・培養した。(前年度に引き続き、タンパク質抽出液の添加量と培養期間の条件設定に難渋した。)ヒト由来樹状細胞よりRNAを抽出し、リアルタイムPCRにより炎症性サイトカイン(IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、IL-18、TNFα)の遺伝子発現を比較解析した。しかし、検体間・サイトカイン間の差が非常に大きく、NS-P群とKe-P群の間に有意差を認めることが出来なかった。そのため、ケロイド検体の中で最も炎症性サイトカイン(IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、IL-18、TNFα)の遺伝子発現を上昇させる検体を選定し、その検体を用いてDAMPsを同定する方針に変更した。ケロイド検体10個よりタンパク質を抽出し、ヒト由来樹状細胞株の培養液に添加・培養した。ヒト由来樹状細胞よりRNAを抽出し、リアルタイムPCRにより炎症性サイトカイン(IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、IL-18、TNFα)の遺伝子発現を比較解析した。その結果、炎症性サイトカイン、特にIL-1、IL-6、TNFαの遺伝子発現を最も上昇させる3検体を選定することができた。来年度はこの3検体からのKe-PよりDAMPsが含まれると考えられる分画を同定する予定である。前年度において、タンパク質抽出と培養液への抽出液添加量の条件設定のために蓄積してあった保存検体の大半を使用してしまい、ケロイドの手術対象となる新規患者を待たなければならなかったため。また、各検体から初代培養を行い、正常皮膚由来線維芽細胞(NS-F)とケロイド組織由来線維芽細胞(Ke-F)を得た。この3検体をショ糖密度勾配遠心分離法にて分画し、各分画をヒト

由来樹状細胞株の培養液に添加・培養してサイトカインのRNA比較を試みたが、検体量の不足により有意な結果を得ることができなかった。次にNS-FとKe-Fを十分量まで増やしたうえで蛋白質を抽出し同様のアプローチを施行したが、やはり検体間の差が大きく、NS-F群とKe-F群の間に有意差を認めることが出来なかった。患者由来のケロイド検体と正常皮膚検体よりタンパク質を抽出して、ヒト樹状細胞の培養液に添加・培養することにより、ヒト樹状細胞の炎症性サイトカインの遺伝子発現を上昇させるタンパク質分画の同定を試みた。しかし、検体間の差が非常に大きく、また1検体から抽出できるタンパク質量の不足などにより、有意な結果を得ることはできなかった。前年度に確定させた条件設定のもとに、NS-P添加と比較してKe-P添加においてヒト由来樹状細胞で有意に発現が上昇するマーカー遺伝子を同定する。ショ糖密度勾配遠心法によってタンパク質の分子量に応じてNS-PとKe-Pを分離し、それぞれの分画をヒト樹状細胞に添加する実験を行い、添加によってマーカー遺伝子発現を上昇させる分画を同定する。そして、同定された分画内のタンパク質解析により、ケロイド発症に関与するDAMPsを同定する。正常皮膚群とケロイド群5例ずつでは、樹状細胞の炎症性サイトカインの遺伝子発現に有意差を生じなかったため、ケロイド検体の中で最も発現を上昇させる検体を選定した上で、DAMPsが含まれると考えられるタンパク質の分画を同定したい。形成外科学関連論文をオープンアクセスジャーナルに投稿し、投稿料の支払いをカードで行ったが、実際の引き落としが年度をまたいで執行されるため、その分を繰り越した。投稿料として速やかに使用する。
表面における分子不斉と分子反応の可視化

本研究の目的は、分子間の相互作用を分子スケールで一分子ごとに観察することである。分子間相互作用の中で注目したのは、光学活性を持つ分子における不斉識別である。観察手法としては、分子・原子解像度で表面を見るために、走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いた。本研究の実験対象には、オーダーした分子の格子(集合体)としてだけではなく、単一の分子としても個別に不斉を識別可能な有機分子を探索した。その結果、固体基板上に蒸着し薄膜を作製してSTM観察可能な分子として、チアヘテロヘリセンについて調べた。この分子は、ねじれた芳香族環による螺旋キラリティを持ち、オーダー構造で充填された場合以外に、分子1個でもキラリティが識別可能であると期待された。この分子について、薄膜を蒸着で作製してSTM観察を行ったところ、分子間の不斉識別が下地(固体基板)の構造によって左右されることが明らかになった。金単結晶の(111)面、(110)面を基板を用いて実験することで、薄膜の構造に対する下地構造の影響を明らかにできた。また、多結晶基板を下地に用いた場合には、単一の基板で様々な下地構造の影響を一度に探索できる利点があった。それらの結果を比較検討することで、分子間の相互作用から不斉識別が起こるには、分子相互の配向や距離が重要であり、下地の異方性やサイズが合わない場合には(110)面などの場合でも不斉識別には不充分であることが確認された。その一方で、不斉識別が起こることが多結晶面上では確認され、サイズがより適合するような下地構造であれば不斉識別が起こることが明らかになった。さらに、チアヘテロヘリセンのように嵩高い分子であれば、以上の議論が一分子毎に個々の絶対配置が識別しながらできることが示された。本研究では、光学活性を持つ分子に対して分子間の相互作用を分子スケールでin-situ観察することを目的とする。分子間の相互作用の中でとりわけ注目されるのは不斉識別の現象である。また、観察の手法としては、分子・原子解像度で表面を見ることのできる走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いる。本研究の目的には、オーダーした分子の格子(集合体)としてだけではなく、単一の分子としても個別に不斉を識別可能な系(分子)を実験対象とすることが望ましい。そこで、固体基板上に蒸着し薄膜を作製してSTM観察可能な系として、これまでチアヘテロヘリセンについて調べてきた。この分子について、分子間の不斉識別が下地(固体基板)の構造によって左右されることを明かにしてきた。昨年まで、多結晶基板を用いてきたために下地の構造について不明瞭であったのを、本年は単結晶基板を用いて実験したことで、薄膜の構造に対する下地構造の影響を明かにできた。本研究では、蒸着によって分子一層オーダーの超薄膜の試料作製を再現性良く行なわねばならない。また、薄膜作製と高分解能での顕微鏡観察を、試料を大気に暴露することなく連続して一つの装置内で行わねばならない。そのため蒸着源には、通常の蒸着源と異なる構造が要求される。当初、これまで用いてきた自家製の蒸着源に代わって、汎用の規格品を購入し改造することを検討したが、不満足なものであった。そこで、予備実験によって明らかになった蒸着のための実験条件を満足するように専用品を新規に設計し、導入した。来年度はこれによって多成分系における分子識別現象を調べる予定である。本研究の目的は、光学活性を持つ分子に対し、分子間の相互作用を分子スケールでin-situ観察することである。分子間の相互作用の中で注目したのは不斉識別である。

また、分子・原子解像度で表面を見るために、走査型トンネル顕微鏡(STM)を観察の手法として用いた。本研究の実験対象には、オーダーした分子の格子(集合体)としてだけではなく、単一の分子としても個別に不斉を識別可能な有機分子を選んだ。そこで、固体基板上に蒸着し薄膜を作製してSTM観察可能な系として、チアヘテロヘリセンについて調べた。この分子は、ねじれた芳香族環による螺旋キラリティを持ち、オーダー構造で充填された場合以外に、分子1個でもキラリティが識別可能であると期待された。この分子について、薄膜を蒸着で作製してSTM観察を行ったところ、分子間の不斉識別が下地(固体基板)の構造によって左右されることが明らかになった。金単結晶の(111)面、(110)面を基板を用いて実験することで、薄膜の構造に対する下地構造の影響を明らかにできた。また、多結晶基板を下地に用いた場合には、単一の基板で様々な下地構造の影響を一度に探索できる利点があり、両者の結果を比較検討することで、分子間の相互作用から不斉識別が起こるには、分子相互の配向や距離が重要であり、下地の異方性やサイズが合わない場合には(110)面などの場合でも不斉識別には不充分であることが確認された。その一方で、不斉識別が起こることが多結晶面上では確認され、サイズがより適合するような下地構造であれば不斉識別が起こることが明らかになった。さらに、チアヘテロヘリセンのように嵩高い分子であれば、一分子毎に個々の絶対配置が識別しながら以上の議論ができることが示された。