hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
識別困難な同属植物種における高感度ＤＮＡ分析による種同定法の新規開発

(研究目的)本研究は、1)市販されている数種の植物DNA抽出キットを用いて、より微細な法科学的植物試料からの効率的なDNA抽出法の検討、2)植物種特異的プライマーを用いたリアルタイムPCR法により、これまで識別困難であった同属植物種を、簡便かつ高感度に種レベルで同定する方法を新たに開発し、鑑定実務へ展開させることを目的とする。(研究方法)DNA抽出法の検討については、市販キットである、GM quicker 4(ニッポン・ジーン)、DNeasy Plant minikit(キアゲン)MagExtractor Plant Genome(東洋紡)、Plant DNA Isolation Reagent(TaKaRa)を用いることとした。試料は、識別困難と思われる同属植物のうち、キャベツ、ハクサイ、チンゲンサイ、コマツナ(以上、アブラナ科植物)、タマネギ、ネギ(以上、ネギ科)とし、法科学現場で扱われるごく微細な試料を想定して、2mm角程度の大きさに調製したもの、さらに人工胃液で消化させたものからDNA抽出効率を検討した。また植物種を簡便かつ高感度に同定するためのリアルタイムPCR法について、葉緑体遺伝子間領域trnH-psbAを標的としたPCRを行い、シークエンス解析したのち、同属種を効率的に識別するための一塩基多型(SNPs)を同定し、これを用いた解析を可能とする条件検討を行った。(研究成果)各種市販キットを用いたDNA抽出法については、DNAの回収量、精製度、操作の煩雑さなどの点で、DNeasy Plant mini kit(キアゲン)が最も有用であることが明らかとなった。特に人工消化させた試料では、液体窒素を用いた凍結破砕をせずとも、抽出することができ、胃内容物に見られる超微細試料においてもロスを少なく抽出できるものと考えられた。trnH-psbAを標的としたPCRについては、ネギ科植物ではSNPsを設定することができ、リアルタイムPCRを用いて高感度に種を識別できることが明らかとなった。アブラナ科植物については、既報の文献にあるプライマー配列では、シングルバンドを得ることができなったことから、新たな領域を設計し、継続検討中である。
レドックス調節因子チオレドキシンのアルコール発酵における機能と輸送機構の解析

アルコール発酵過程におけるチオレドキシンの重要性について検証するために、チオレドキシン欠損株による清酒醸造および白ワイン醸造試験を行い、アルコール応答性の因子Asr1(YPR093C)の応答性の異常を見出した。実験室条件においては、アルコールストレス条件下でAsr1-GFP fusionは核に蓄積するが、チオレドキシン欠損株(trx1Δtrx2Δ)ではAsr1-GFP fusionの正常なアルコール応答が観察されなくなった。同時期に、ドイツのBetzらによってAsr1がアルコールストレスに特異的に応答して核に局在すること、およびAsr1欠損株(asr1Δ)がアルコールに対し高い感受性を示しアルコール耐性保持の上でAsr1が必須であることが報告された(Betz et al., J.Biol.Chem. 279,28174-81)。そこで、Asr1欠損株を醸造用酵母UT-1株でも構築し、清酒醸造および白ワイン醸造をおこないAsr1のアルコール発酵における重要性を検証した。解析の結果、アルコール発酵の進行の上でAsr1は必要とされず、重要性は確認できなかった。さらに、実験室酵母株でも詳細を検証したが、Betzらの実験結果を再現するとはできず、アルコール耐性保持の上でのAsr1の重要性はほとんど無いものと結論づけた(Izawa et al., Appl.Microbiol.Biotechnol.印刷中)。さらに、Asr1が示すアルコール応答性の局在変化とチオレドキシンの関与について、レドックス制御機構の可能性を検討した。【アルコール脱水素酵素とチオレドキシンとの相互作用機構に関する解析】出芽酵母のアルコール脱水素酵素(ADH)がチオレドキシン標的タンパク質の一つであり、両者が相互作用する事を確認した。さらに、ADHアイソザイム(ADH1-3,ADH5)に共通するシステインに富んだモチーフ-CMXCEYCEXGNESNC-がチオレドキシンとの相互作用部位と予想された。そこで、ADH1をベースに、モチーフ中の4つのシステイン残基を置換した組み換え体を構築し、チオレドキシンとの相互作用を検討した。解析を通じ、チオレドキシンとの相互作用に関与するADH中のシステイン残基の特定を行っている。また、上記の各ADH1システイン残基置換体の酸化還元電位を測定することにより、どのシステイン残基がもっとも酸化的修飾を受け易いかを解明に取り組んだ。さらに、AMS(4-acetamido-4'maleimidylstilbene-2,2'-disulfonic acid)によるチオール基のアルキル化と電気泳動を組み合わせた解析手法などin vitroの系で、酸化的条件下やチオレドキシン欠損株でのADHシステイン残基の酸化的修飾状態を明らかにする解析を進めている。両者の結果を踏まえた上で、ワインおよび清酒醸造過程などの低酸素条件下でも生じるADHの酸化的修飾を観察した。さらに、発酵の進行による、ADH活性の変化や、それに関連したチオレドキシンによるレドックス制御の作用機序について考察した。また、チオレドキシン欠損の核膜への影響を検討するとともに、酒類醸造過程における酵母細胞内の核-細胞質間物質輸送への影響を検討した。
近代エチオピア国家への編入と伝統的市場・流通体系の変容に関する人類学的研究

2005年8月6日9月14日までエチオピアに赴き、エチオピア西部及び南西部で現地調査を実施した。近年エチオピアは、恒常的な食糧不足問題の解決に向けた食糧安全保障政策を策定し、(1)近代農法の普及を奨励する、(2)再定住プログラムを主要4州で実施する、など世帯ごとの食糧自給を目標にさまざまなプログラムを同時並行的に展開しているが、これらはそれぞれにさまざまな課題を抱えている。前者に関しては、持続的開発に繋げることの困難が挙げられ、後者に関しては、先住民(ホスト・コミュニティー)との関係や医療・福祉問題などに対処しながら地域の市場・流通体系に有機的な仕方で組み込まれることの難しさが指摘されてきた(石原2005、2006)。ただ、再定住プログラムの実施により、それまで生産地として未開拓であった地域の開発が進むと同時に、地域の先住民(ホスト・コミュニティー)も(地方道の開通・整備などに伴い)広域の市場・流通体系に参加する機会を得るなど、全国的には着実に経済発展を遂げていることが検証できた。しかしながら、今般食糧安全保障政策が最低限の目標として掲げているのは世帯単位での自給である。世帯単位での食糧を安定的に確保するためには、世帯ごとにその規模に見合った生産力が必要であり、家族計画、土壌問題、土地所有の問題、が密接に関わってくる。とくにこれらの問題については、文化的価値観や信仰が絡んでくるため、近代西洋で生まれた価値観を押し付けるだけでは問題の根本的な解決にいたらない。文化人類学者は、近代化や開発を目指す政策策定者を導くことはできなくても、そうした政策に対して農民や民衆がそれまでの文化的価値観を時には改編させながらもどのように対処しているのか、について理解に努め世に問う立場にいると考える。オロモは、エチオピア人口の4割以上を占める最大民族であり、オロミア州の経済発展と政治的安定は、エチオピアの政治経済の動向を左右するといっても過言ではない。今後も、オロモ農民や民衆の日常生活を基点としながら、そこに否が応でも介入してくる国家の開発政策や、社会・文化・宗教にかかわる新しい価値観が、どのように社会・文化変化をもたらすのかについて多角的な観点から調査研究を続けたい。石原美奈子2005「エチオピアにおける食糧安全保障政策-人間中心アプローチに向けた諸課題」望月克哉編『アフリカにおける<人間の安全保障>の射程』研究会中間報告、アジア経済研究所2006「『移動する人々』の安全保障-エチオピアの自発的再定住プログラムの事例-」望月克哉編『人間の安全保障の射程-アフリカにおける課題-』アジア経済研究所今年度の研究活動・実績は、以下の3点にまとめることができる。(1)第15回国際エチオピア学会(7月21日25日,独ハンブルグにおいて開催)において、「歴史的ギベ・オロモ諸王国におけるナッガーディエ(商人)の宗教的役割」と題する論文を発表した。(2)パリの国立図書館において、1860年代にエチオピア南西部を訪れたフランス人旅行家Antoine d'Abbadieの手記などを参照し、一部複写を入手した。同旅行家は、エチオピア南西部における当時の主な市場の地名と長距離交易商人の行程、更には市場で売られている商品等について書き留めている。しかしながら時間の都合上、一部しか参照できず、再度資料参照・収集のために赴く必要がある。(3)現地調査のために、エチオピア南西部に1ヶ月間ほど滞在した。前半は、10年前筆者が全戸調査を実施したジンマ地方の一農村を再訪し、生活状況の変化を知るために再度全戸調査を実施した。後半は、ジンマ地方の北部リンム地区を訪れ、ナッガーディエ(商人)のナスリ・サブクラン歴史に関するインタビュー調査を実施した。ナスリは同地域におけるジャコウネコの飼育をナッガーディエ・クランに認可したという伝説をもつサイイド・ナスラッラーの子孫クランである。エチオピア南西部のコーヒー栽培農村において、市場は、自然栽培の食糧を補充する上で必要不可欠であるばかりでなく、税金・教育・衣服・医療,など近年益々必要性を増している現金を獲得する機会を提供する上でも、また相続する土地をもたない次男以下の男子が仲介商として生計を立てていくためにも重要な場となっている。定期市あるいは市場の変容は、農村部の国家への編入過程や小農の食糧安全保障の側面について研究する上で重要な課題であることが確認された。今年度は、夏期(2004年8-9月)および冬期(2004年12月-2005年1月)に、それぞれ1ヶ月間ずつ、エチオピア南西部で現地調査を実施した。調査は、(エチオピア帝国編入以降の)帝政期、他地域からコーヒー栽培適性地域あるいはその周辺に移住してきた人々を対象として実施した。移住の動機や経緯について聞き取りを行うとともに、現地住民(ホスト・コミュニティー)とどのような関係を築き上げながら新共同体を形成し、その過程で市場・流通体系がどのように変容したのか、などの点に焦点をあてながら調査を実施した。とくにエチオピア南西部は、エチオピア帝国に編入される以前から北部高地民の間で資源の豊かな地域として知られ、とりわけ1950年以降コーヒー輸出が急増すると、ムスリムのオロモが大半を占める社会に、キリスト教徒のアムハラ貴族や、ティグレ・グラゲ・アラブなどの商人がコーヒーへの投資を企図してこの地に移住したことが知られている。今回の調査の結果、コーヒー適性地域に限らず、適性地域以外の周辺地域にもさまざまな換金作物(トウガラシ・ピーナツ・パイナップルなど)の大農園での労働機会を求めて農民も散発的ながら自発的な移住を実施していたことが明らかになった。

こうして、コーヒーを始めとする換金作物の導入と栽培面積の拡大に伴い、土地不足と土壌浸食のために周期的な飢饉に悩まされていた北部高地に住む農民も、南西部への移住を開始し、その動きは、1980年代半ば、軍部主導の社会主義政権が数万規模の再定住化計画を実施するに到ってピークを迎える。さらに2003年12月には、現EPRDF政権下でも食糧安全保障政策の一環として大規模な再定住計画が実施されるようになり、再定住が実施される地域においては、市場体系を含む広範な社会変容が進行している最中であることが調査によって明らかになった。2005年8月6日9月14日までエチオピアに赴き、エチオピア西部及び南西部で現地調査を実施した。近年エチオピアは、恒常的な食糧不足問題の解決に向けた食糧安全保障政策を策定し、(1)近代農法の普及を奨励する、(2)再定住プログラムを主要4州で実施する、など世帯ごとの食糧自給を目標にさまざまなプログラムを同時並行的に展開しているが、これらはそれぞれにさまざまな課題を抱えている。前者に関しては、持続的開発に繋げることの困難が挙げられ、後者に関しては、先住民(ホスト・コミュニティー)との関係や医療・福祉問題などに対処しながら地域の市場・流通体系に有機的な仕方で組み込まれることの難しさが指摘されてきた(石原2005、2006)。ただ、再定住プログラムの実施により、それまで生産地として未開拓であった地域の開発が進むと同時に、地域の先住民(ホスト・コミュニティー)も(地方道の開通・整備などに伴い)広域の市場・流通体系に参加する機会を得るなど、全国的には着実に経済発展を遂げていることが検証できた。しかしながら、今般食糧安全保障政策が最低限の目標として掲げているのは世帯単位での自給である。世帯単位での食糧を安定的に確保するためには、世帯ごとにその規模に見合った生産力が必要であり、家族計画、土壌問題、土地所有の問題、が密接に関わってくる。とくにこれらの問題については、文化的価値観や信仰が絡んでくるため、近代西洋で生まれた価値観を押し付けるだけでは問題の根本的な解決にいたらない。文化人類学者は、近代化や開発を目指す政策策定者を導くことはできなくても、そうした政策に対して農民や民衆がそれまでの文化的価値観を時には改編させながらもどのように対処しているのか、について理解に努め世に問う立場にいると考える。オロモは、エチオピア人口の4割以上を占める最大民族であり、オロミア州の経済発展と政治的安定は、エチオピアの政治経済の動向を左右するといっても過言ではない。今後も、オロモ農民や民衆の日常生活を基点としながら、そこに否が応でも介入してくる国家の開発政策や、社会・文化・宗教にかかわる新しい価値観が、どのように社会・文化変化をもたらすのかについて多角的な観点から調査研究を続けたい。石原美奈子2005「エチオピアにおける食糧安全保障政策-人間中心アプローチに向けた諸課題」望月克哉編『アフリカにおける<人間の安全保障>の射程』研究会中間報告、アジア経済研究所2006「『移動する人々』の安全保障-エチオピアの自発的再定住プログラムの事例-」望月克哉編
東アフリカの農村発展メカニズムの解明

本研究では東アフリカの農村経済の発展メカニズムを包括的に明らかにすることを目的に、これまで政策研究大学院大学の研究者を中心とする研究チームが推進してきた「RePEAT(Research on Poverty, Environment, and Agricultural Technology)プロジェクト」を継続・拡張して現地調査を行うこと及び、そこから得られたユニークなデータを元に貧困削減・農村開発などの開発政策の策定に資する新しい知見を世界に発信して行くことを目指している。このRePEATプロジェクトでは、東アフリカ農村家計を対象に2003年より訪問調査を行い、同一家計の家族構成、生産、消費、投資行動などを数年置きに詳細に記録するパネルデータを構築してきた。このパネルデータ(RePEATデータ)は、それを分析に利用することで経済活動などの異時点間の変化を家計間で比較することが可能になるため、技術、環境あるいは政策が家計に与える効果を評価するのに非常に有用である。RePEATデータは、現在対象家計が4000件を超え、調査の継続年数は約15年に及び、サブサハラ・アフリカに関する家計調査では他に類を見ないデータとなっている。本年度の研究実施計画では、このRePEATパネルデータを分析し、国際学術雑誌への掲載を目指し論文を執筆すること及び国際学会等で研究成果を報告し、新たに得られた知見を広く世界に知らしめることとしていた。計画通り調査データの解析が進み、本研究代表者及び分担者が執筆した論文が、査読付き国際学術雑誌に本年度新たに10本(本年度掲載済み論文および掲載予定の論文を含む)掲載された。また、国際学会等で8回の研究報告を行った。それらに加え、国際学雑誌への投稿中の論文も複数あり、近い将来それらの多くが掲載されることが期待される。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、本研究チームがこれまで推進してきた東アフリカ農村のパネル家計調査プロジェクトを継続・発展させ、長期の家計調査データを構築し、そのデータを基に社会経済的な発展のメカニズムの解明を目指している。2015年度の実績としては、1)ウガンダでの家計調査の実施、2)調査データ分析、論文執筆、国際学術雑誌への投稿・掲載、3)学会等での研究成果の発信があげられる。それぞれの詳細に関して以下に記述する。1)ウガンダ農村で村落調査、家計調査を実施した。これは2003年から継続している同一家計を追跡する5回目の調査に当たる。今回は、94村での追跡調査に加え、これまで反政府ゲリラの活動のために調査の難しかった北部の23村を新たに調査対象とし調査を行った。現在、データのクリーニングと並行してデータの解析を進めている。2)これまでに構築した東アフリカ3カ国(ケニア、ウガンダ、エチオピア)のデータの分析を中心に、並行して複数の論文執筆に取り組み、国際学術雑誌への投稿・掲載を目指している。2015年度は、本研究チームのメンバーによる査読付き国際学術雑誌への掲載が9本(掲載予定を含む)、著書・編著書の出版が3冊(近日刊行予定を含む)あった。3)研究成果の外部への発信の手段として、学会等での発表は重要な活動であるが、2015年度本研究チームのメンバーによる国際会議および学会発表は、計11回あった。本研究チームは、調査データ等に基づいた実証研究を行い、その成果を国際学術雑誌等に掲載し、研究結果を広く世界に発信していくことを目的としている。この目的に照らすと、達成度を評価する基準は、1)調査の実施状況、2)分析および研究の質と進捗状況、3)成果の発信状況の3点に集約されよう。まず、(1)に関しては、初年度である2015年度は、ウガンダでの農村家計のパネル調査を実施した。調査ではアフリカ農村の長期にわたる同一家計の追跡データという他の研究では見られない価値の高い情報を収集できた。調査内容および質に関しては、今後の研究に大いにつながる非常に満足の行くものであった。(ただし、円安の影響で当初の予定を超える金額を支出することとなったため、今後の調査計画の修正が必要となった。計画修正案については、次項目「今後の研究の推進方策」で述べる。)次に(2)に関しては、本研究班の研究者が中心となって行っている月例研究報告会などを通じて、研究成果を報告し、外部の研究者などを交え意見交換を行い研究の質および進捗状況を確認している。また、本研究チームのメンバーのこれまでの査読付き国際学術雑誌への掲載実績および掲載された雑誌のランキングの高さ(World Development, Land Economics, Journal of African Economies等)などを鑑みても、現在行っている研究に関して、質の高さを維持できているものと考えている。最後に(3)に関しては、2015年度の本研究チームの成果物として、研究代表者および研究分担者による査読付き国際学術雑誌への論文の掲載実績は、9本、著書・編著書が3冊、国際学会等での研究報告が、6回となっている。それらに加え、国際学雑誌への投稿中の論文が多数あり、近い将来それらが掲載されることが期待される。以上の点から、プロジェクトは全体として概ね順調に進展していると考えている。本研究では、本研究チームがこれまで推進してきた東アフリカ農村のパネル家計調査プロジェクトを継続・発展させ、長期の家計調査データを構築し、そのユニークなパネルデータを基に社会経済的な発展メカニズムの解明を目指している。

H28年度の研究実施計画では、主に1)H27年度に実施したウガンダでの農村家計調査データを使った実証分析を複数進め、論文の執筆、国際学術雑誌への投稿・掲載を目指すこと、2)ケニアでの農村家計調査の事前準備及び本調査の実施することを予定していた。それぞれの実績の概要を以下に記す。1)に関しては順調に進展している。H28年の本研究チームメンバーの研究成果として、ウガンダのモバイルマネー普及による金融包摂の実態とその農村家計への影響を検証した論文や人口圧力が高まる中、地域間移住の加速と土地係争の増加の関係を解明した論文をはじめ、途上国の発展にとって重要な研究課題に取り組んだ計8本の論文が査読付き国際学術雑誌へ掲載された。これは当初の期待以上の成果と言える。また、分析中、投稿中の研究課題も多くあり、今後より大きな成果が得られると思われる。2)に関しては、事前準備の段階で、調査委託を検討していた研究機関の都合により、H28年度中の調査の実施が困難であると判断し、調査委託費用及び研究分担者の現地調査のための渡航費用をH29年度に繰り越した。延期した調査は、H29年12月からH30年3月にかけ、別の研究機関に委託し家計調査を実施した。調査対象地域は、中部、東部、リフトバレー州の農村54村で、調査対象家計は、地域の代表性を担保するために、2004年から調査対象であったパネル調査家計に加え、ランダムサンプリングの手法を用いて新たに追加した。H30年3月時点でデータのクリーニングをほぼ終え、データ解析の準備を整えた。本研究は、東アフリカ農村の家計調査データに基づいた実証研究を行い、その成果を国際学術雑誌等に掲載し、研究結果を広く世界に発信していくことを目的としている。こうした目的に照らすと、達成度を評価する基準は、1)調査の実施状況、2)分析および研究の質と進捗状況、3)成果の発信状況の3点に集約されよう。まず、(1)に関しては、平成28年度に実施予定していたケニアでの農村家系調査プロジェクトを翌年度に繰越すこととなったが、平成29年度に仕切り直し、ほぼ当初計画通りに実施することができた。次に(2)に関しては、研究代表及び研究分担者が頻繁に連絡を取合い、随時、共同研究の進捗の確認及び新たな研究課題の提案等を行っている。また、本研究プロジェクトの研究者が中心となって開発経済学月例研究会を運営し(H28年度は政策研究大学院大学に於いて10回実施)、他機関の研究者との意見交換の場を設け、研究の質の向上を図った。最後に(3)に関しては、平成28年度の本研究の研究代表者及び研究分担者が関わる学術的な成果物として、査読付き国際学術雑誌への論文の掲載実績は、8本、著書・編著が3冊となっている。それらに加え、国際学雑誌への投稿中の論文も複数あり、近い将来それらの多くが掲載されることを期待される。以上の点からプロジェクト全体として概ね順調に進展しているといえよう。
ロバストl∞予見制御とそのヒューマノイドロボットの歩行パターン生成への応用

ヒューマノイドロボット(人型2足歩行ロボット)が歩行している際には,Zero Moment Point(ZMP)が支持多角形(片足支持の際は足裏領域)の範囲内に存在していることが知られている.したがって,このZMPが支持多角形内に存在できるような重心軌道を作成する必要がある.しかし,従来は支持多角形内に留まることを陽に考慮した重心軌道の生成方法は開発されていなかった.そこで本研究では,誤差の最大値を直接評価できる予見制御を提案し,それを用いて理論的に転倒防止を保証可能な重心軌道生成法を開発した.ヒューマノイドロボット(人型2足歩行ロボット)が歩行している際には,Zero Moment Point(ZMP)が支持多角形(片足支持の際は足裏領域)の範囲内に存在していることが知られている.したがって,このZMPが支持多角形内に存在できるような重心軌道を作成する必要がある.しかし,従来は支持多角形内に留まることを陽に考慮した重心軌道の生成方法は開発されていなかった.そこで本研究では,誤差の最大値を直接評価できる予見制御を提案し,それを用いて理論的に転倒防止を保証可能な重心軌道生成法を開発した.ヒューマノイドロボットが歩行中に安定したオンライン歩行計画変更を実現するためには,誤差の最大値を直接的に評価できることが望ましい.そこで本研究では,従来用いられてきた12ノルムに代わって,1∞ノルムを評価関数とする予見制御系の構成を目指して研究を行い,本年度は下記の3点について考察した.1 1∞ノルムを評価関数とする予見制御問題1∞ノルムは,離散時間の線形時不変自律系に対して既知の初期値からLMI最適化問題を解くことによって得られるため,これを予見制御系に適用し,1∞ノルムの計算方法を明らかにした.それをもとに,状態フィードバックによる最適1∞予見制御則の解法を与えた.2ロバスト1∞性能を評価関数とする予見制御問題上記1)の手法は予見部の未来軌道や状態の情報が初期値の形として集約されるため,制御性能がその初期値に大きく依存する.そこで,初期値をポリトープ型の集合として扱うことで,その初期値集合に対する1∞ノルムの最悪値(ロバスト1∞性能)を計算する問題を定式化し,その解法を明らかにした.それをもとに,状態フィードバックによる最適ロバスト1∞予見制御則の解法を与えた.3ヒューマノイドロボットのオンライン歩行パターン生成への応用上記の1および2で得られた結果をヒューマノイドロボットのオンライン歩行パターン生成へ応用し,シミュレーションにてその有効性の検証を行った.その結果,計算機で演算可能な範囲では,1,2ともに手法の有効性を確認できた.ヒューマノイドロボットが歩行中に安定したオンライン歩行計画変更を実現するためには, ZMP誤差の最大値を直接的に評価できることが望ましい.そこで本研究では,最大誤差を直接評価できる1∞予見制御の研究を行い,本年度では,以下の3つを実現した.1. 1∞予見制御の改良平成19年度の結果を用いて得られる1∞ノルムの上界値には保守性が存在していたため,真値と上界の間には若干の隔たりが存在していた.そこで,その保守性を低減する手法を開発し,得られる上界が真値に非常に近い値となることを確認した.また, 1∞ノルムをしきい値以下で保ちつつ, 12ノルムを最小化する混合12/1∞制御も提案した.2.ロバスト1∞予見制御の改良1∞予見制御は予見部の未来軌道や状態の情報が初期値の形として集約されるため,制御性能がその初期値に大きく依存する.しかし,歩行計画を変更する際に新たな初期値となる状態を正確に得ることは難しいため,初期値に対してロバストな1∞予見制御を提案していた.しかし,大きな保守性が存在するために実用的ではなかったため,上記1と同様の手法を用いることで保守性を低減化し,実用に耐えうる設計法を提案した.3.ヒューマノイドロボットのオンライン歩行パターン生成への応用上記の1および2で得られた結果をヒューマノイドロボットのオンライン歩行パターン生成へ応用し,シミュレーションにてその有効性を確認した.また,突然の歩行パターン変更においても,制御器を切り替えることで,歩行の継続に必要なZMP誤差内に留まることを確認した.
デジタル処理限界を超える生体分子による情報処理現場の1分子直接観察

ゆらぐ世界に適応してきた生体情報処理システムの動作原理を解明することは、従来のデジタル処理を超えるような新しい情報処理の原理構築へつながる可能性がある。ノイズと生体情報処理の関係を明らかにするためには、ノイズによる生体分子素子間の反応の揺らぎや構造の揺らぎを精緻に計測することが重要である。申請者が開発した超高感度分子間力計測システムは、従来困難であったこうした生体分子の揺らぎの計測を可能にした。本研究では、開発したシステムを用いて、生体情報伝達過程において機能する個々の素子間の揺らぎ特性(反応揺らぎや構造揺らぎ)を力学的に計測する。それにより、例えば可変応答性や柔軟性といった情報伝達分子自身が持つ固有の揺らぎ特性を定量的に検証し、その動作原理を学ぶ。1.研究成果初年度の超高感度分子間力計測システムにより情報伝達分子間の相互作用計測系の構築に基づき、以下の成果を得た。・情報伝達分子間の結合の多状態性を結合力分布により、直接的に特徴づけた。・状態遷移理論を応用展開・さらに発展させ、結合力分布から結合の多状態性の親和性情報・空間情報を特徴付けた。・構造情報を合わせることにより、新しい結合状態モデルを構築した。・得られた静的な結合状態モデルに基づき、実時間で情報伝達分子間の多結合状態を可視化する系を確立した。・実時間で情報伝達分子間で多結合状態の遷移過程(柔軟な分子認識過程)の観察に成功した。2.研究成果の発表本研究により得られた成果を、第44回日本生物物理学会年会、並びに欧文雑誌Journal of Molecular Biologyにて発表した。1.研究成果・情報伝達分子を発現・精製し、基板・探針への固定方法を確立した。・申請者が開発した超高感度分子間力計測システムを情報伝達系分子に応用展開することにより、情報伝達分子間の結合力の負荷速度依存性を計測した。・外部環境の変化による情報伝達分子間の相互作用特性の変化を計測する。・実時間で情報伝達分子間の分子間相互作用の硬さ(結合状態)を可視化する系を確立した。・情報伝達分子間の揺らぎ特性を実時間で計測した。・外部環境の変化によるRas-エフェクター間の揺らぎ特性の変化を実時間で計測する。2.研究成果の発表研究内容の公開並びに意見交流を目的として、本研究により得られた成果を、第43回日本生物物理学会年会、並びに米国で開催されるBiophysicalsociety 50th meetingにて発表した。
1分子生物物理解析に立脚した脂質輸送タンパク質の作動機構の解明

細胞や細胞小器官を外界と仕切る生体膜は、リン脂質の2重層から構成されているが、その脂質組成は均一ではなく、内層と外層で大きく異なること(非対称性)が知られている。細胞内では、脂質組成の非対称性によりアポトーシスなどの様々な生理機能が制御されているため、非対称性の維持および崩壊のメカニズムの解明は、学術・産業の両面において急務とされている。この脂質組成の非対称性の制御には脂質輸送体が深く関わっている。近年、脂質輸送体の解析から、非対称性の制御機構の解明を目指す研究が盛んに行われているが、輸送機能を単分子レベルで高感度に解析することは困難であり、依然として不明な点が多い。そこで、本年度、私たちがこれまで自主開発してきた「生体膜マイクロチップ」および「タンパク質の1分子計測技術」を総動員・発展させ、脂質輸送体の“輸送"に関する1分子生物物理計測を世界に先駆けて実現した。そして、網羅的な1分子解析を通じて、脂質輸送体の1種であるTMEM16Fの作動機構に関する新しい知見を獲得することができた。本年度、私たちがこれまで自主開発してきた「生体膜マイクロチップ」および「タンパク質の1分子計測技術」を総動員・発展させ、脂質輸送体の“輸送"に関する1分子生物物理計測を世界に先駆けて実現した。また、網羅的な1分子解析を通じて、脂質輸送体の1種であるTMEM16Fの作動機構に関する新しい知見を獲得することができたため、おおむね研究は順調に進捗しているといえる。今後は、他の脂質輸送体の1分子計測を通じて、脂質輸送に関わる作動機構の普遍性、特異性の理解を目指すつもりである。
戦後日本における都市環境問題の発生構造に関する環境社会学的研究

本研究は,町並み保存問題と呼ばれる問題領域の重要な事例・小樽運河保存問題の社会学的研究を軸に,それが水俣病といった健康被害・公害問題とどう関係するのかを問題としようとするものであった。ここでいう町並み保存問題は,単なる「好事家の手なぐさみ」ではない。町並み保存問題は,我々の「日常生活空間」が社会的に編成され,その空間形態の改変は様々な主体の攻防の結果として行われる。ゆえに町並み保存問題は,社会学,とりわけ都市社会学と環境社会学にとって根本的な問題領域であると考えられる。したがって本研究は,都市社会学とも接続する,環境社会学的実証研究の一環である。具体的には,昨年度に引き続き小樽と水俣における調査を実施し,下記のような成果を得ることができた。(1)昨年度,運河問題の史上初の元市長へのインタヴューに成功したが,今年度もインタヴューを行い,今まで存在しか知られていなかった貴重文書を閲覧することができた。その過程で,運河保存運動と対立し埋立を強行した行政側の論理が,実は国庫補助金受給事業の途中変更により,今後の補助金受給が不可能になるという予期にあったことが解明された。(2)小樽市内の運河・色内・堺町地区に存在する276棟の建物がどう変化したかを調査し,先行研究が行った一九九二年の調査結果と比較分析を行った。その結果,小樽は「運河のまち」として観光ブームで沸いているにもかかわらず,観光資源である当の歴史的建造物自体が減少し,景観が大きく変化していること,その変化の中心が堺町地区であること,などが解明された。(3)水俣でのインタヴュー調査と小樽のデータを比較すると,小樽では「好事家の手なぐさみ」や「美醜の問題」とされ,水俣では「客観的症状のない,主観的な症状の訴え」による詐病とされてきたように,問題自体やそのの原因が,共通して「個人の領域」へと矮小化され,パブリックなものとしてフレームが設定されていないことが解明されてきた。以上が,1998(平成10)年度,すなわち第2年度目の研究成果の概要である。戦後日本の各地で展開された歴史的環境を保存しようとする運動(「町並み保存運動」)も,すでに20-30年の歴史を有するにいたった。都市計画や建築においても,歴史的環境保存は一定の理解と位置を占めるまでになってきたと言ってよいだろう。こうした「町並み保存」の運動は,過疎や未開発という状況を逆手にとって,保存の対象となる歴史的環境を観光資源としてとらえなおし,それをベースにした観光開発という戦略を提起した,と考えられる。そうした運動の中でも「観光開発の優等生」と言われている北海道小樽市での小樽運河保存問題に関し,町並み保存運動参加者へのヒアリングと,問題とされた当該計画策定の経済の2回にわたる現地調査を実施した。1984年以降,単独で実施してきた現地調査の資料を大幅に利用し,さらなるヒアリング・データの収集に努めた結果,史上初めて,運河論争当時の市長への単独ヒアリングに成功したことをあげておきたい。。1997(平成9)年度は,この小樽調査を中心に据えて研究を行った。こうした一連の調査は,成長促進型開発計画の対案として提示された観光開発の現在を調査・分析したと換言可能であり,言わば地域開発戦略の社会学的事後影響評価を行ったわけである。主要な論点として,(1)観光開発という戦略を提起するまでの論争・対立過程がその後の意志決定過程に決定的な影響を与えていること,(2)観光客の大幅な伸びにも関わらず,小樽の歴史的環境は失われつつあり,「観光開発の優等生」イメージによる評価に過ぎない疑いがある,(3)運河保存運動の提起したものは単なる運河の保存ではなく,地域住民主導の都市環境の管理であった,などが浮き彫りにされた。以上が1997年度(研究第1年度)の研究実績の概要である。

その結果,小樽は「運河のまち」として観光ブームで沸いているにもかかわらず,観光資源である当の歴史的建造物自体が減少し,景観が大きく変化していること,その変化の中心が堺町地区であること,などが解明された。(3)水俣でのインタヴュー調査と小樽のデータを比較すると,小樽では「好事家の手なぐさみ」や「美醜の問題」とされ,水俣では「客観的症状のない,主観的な症状の訴え」による詐病とされてきたように,問題自体やそのの原因が,共通して「個人の領域」へと矮小化され,パブリックなものとしてフレームが設定されていないことが解明されてきた。以上が,1998(平成10)年度,すなわち第2年度目の研究成果の概要である。
同種・異種金属元素ブロックの機能開発と高分子化による高性能触媒材料の創出

多核金属クラスター錯体内の複数の金属中心は、その金属同士の共同効果により単核金属錯体とは異なる特異な反応性を示す元素ブロック群の一つである。われわれは同一、ならびに異種の金属を含む金属元素ブロックの選択的合成と反応性開発の研究を進めてきた。平成28年度は、メタラシクロペンタジエンを配位子としたタンタル二核錯体の合成と反応性に関する研究を同一金属からなる元素ブロックの反応性開発として進めた。タンタル二核錯体上で進行する反応について検討を行った結果、メタラシクロペンタジエン架橋タンタル二核錯体に対してヒドロシランを加えることで、単核のメタラサイクル錯体では通常、切断が困難な位置にある炭素ー水素結合活性化が進行した有機金属元素ブロックが得られることが分かった。この反応では、ヒドロシランとの反応によってヒドリドタンタル種が生成し、続くσ結合メタセシス反応により水素分子の生成を伴って新規有機金属元素ブロックが得られたと考えられる。さらに、新たに生成した金属ー炭素結合に対し、内部・末端アルキンや2ービニルピリジン、ベンズアルデヒドの挿入反応が進行し、対応する炭素ー水素結合官能基化が進行した二核錯体が得られることを見出した。また、異種金属元素ブロックの合成に向けて、メタラシクロペンタジエン錯体を含金属配位子とした二核錯体合成に着手した。単核のメタラシクロペンタジエン錯体を単離して他の金属との錯形成を行うことで、異なる金属を含む異種金属二核錯体の合成が可能になると着想し、嵩高い末端アセチレンを用いることで単核のタンタラシクロペンタジエン錯体の合成に成功した。さらに、この錯体をジエン配位子と捉えてロジウムやイリジウムといった後周期遷移金属錯体加えることで異種金属元素ブロックの選択的合成に成功した。28年度が最終年度であるため、記入しない。複数の遷移金属が近傍に配置された多核金属クラスター錯体は単核金属錯体とは異なる特異な反応性を示すことが知られている興味深い元素ブロック群の一つである。われわれは系統的な金属元素ブロックの選択的合成と反応性発現に関する研究を進めてきた。平成27年度は、パドルホイール型2核モリブデン錯体を用いたラジカル付加反応に関して、クラスター錯体上の配位子の置換活性が与える触媒特性への影響の解明について研究を行った。金属間に多重結合を有する6族遷移金属のパドルホイール型二核錯体は、四つの架橋配位子を様々に変更することで二核金属コアの酸化還元電位を広範囲の電位幅で制御可能である。以前に、アミジネート配位子とカルボキシレート配位子という異なる種類の架橋配位子を導入した二核モリブデン錯体がハロゲン化アルキルの触媒的な脱ハロゲン化反応に対して高活性を示すことを明らかにした。そこで、三つのアミジネート配位子と一つのカルボキシレート配位子(もしくはスルホネート配位子)を有する二核モリブデン錯体をラジカル付加反応の触媒として反応性の検討を行ったところ、配位子の解離が容易なスルホネート配位子を有する二核モリブデン錯体がラジカル付加反応に対して高い触媒活性を示すことを見出した。さらに、アセテート配位子、ならびに、スルホネート配位子を有する二核モリブデン錯体を触媒としたラジカル付加反応における反応の経時変化を追跡したところ、スルホネート配位子においては反応直後に配位子が解離し、反応開始直後から高い触媒活性を示すことが明らかとなった。このように、パドルホイール型二核錯体の支持配位子の置換活性に基づいた触媒反応の制御が可能であることを見出した。これらの事実に基づき、これまでにはラジカル反応への応用に関する研究を行っており、平成27年度には架橋配位子の解離挙動を利用した反応制御に関する研究成果を得た。さらに、これらの研究の過程において、アキシアル位をルイス酸部位として触媒反応に利用可能であり、本クラスター錯体が「bifunctional catalyst」として作用する金属元素ブロックの一つであることが分かってきた。実際に、モリブデン二核クラスター錯体を触媒としてαーハロカルボニル化合物の脱ハロゲン化反応において、還元剤としてビス(トリメチルシリル)ジアザシクロヘキサジエン誘導体(BTDP)を添加することで、BTDPがMe3Si源として作用し、脱ハロゲン化ーシリル化反応であるシリルエノラート化合物が高収率で得られること、また、反応系中にベンズアルデヒドを添加することで、ルイス酸触媒反応である向山アルドール反応が進行することを見出した。このように、パドルホイール型二核錯体が有する反応特性を最大限に活用した触媒反応開発が可能であることが分かってきており、多金属含有元素ブロックが興味深い触媒作用を示すことが明らかとなってきた点から、今後さらに元素ブロックの触媒作用に関する研究が加速すると考えている。

タンタル二核錯体上で進行する反応について検討を行った結果、メタラシクロペンタジエン架橋タンタル二核錯体に対してヒドロシランを加えることで、単核のメタラサイクル錯体では通常、切断が困難な位置にある炭素ー水素結合活性化が進行した有機金属元素ブロックが得られることが分かった。この反応では、ヒドロシランとの反応によってヒドリドタンタル種が生成し、続くσ結合メタセシス反応により水素分子の生成を伴って新規有機金属元素ブロックが得られたと考えられる。さらに、新たに生成した金属ー炭素結合に対し、内部・末端アルキンや2ービニルピリジン、ベンズアルデヒドの挿入反応が進行し、対応する炭素ー水素結合官能基化が進行した二核錯体が得られることを見出した。また、異種金属元素ブロックの合成に向けて、メタラシクロペンタジエン錯体を含金属配位子とした二核錯体合成に着手した。単核のメタラシクロペンタジエン錯体を単離して他の金属との錯形成を行うことで、異なる金属を含む異種金属二核錯体の合成が可能になると着想し、嵩高い末端アセチレンを用いることで単核のタンタラシクロペンタジエン錯体の合成に成功した。さらに、この錯体をジエン配位子と捉えてロジウムやイリジウムといった後周期遷移金属錯体加えることで異種金属元素ブロックの選択的合成に成功した。平成27年度の研究成果をもとに、さらに多様な触媒機能の発現を目指して異なる複数種の金属元素を同一分子中に導入した異種金属含有元素ブロックの合成を検討する。中でも、後周期遷移金属に対して強い配位挙動を示すジエン配位子に着目し、単離可能な単核メタラサイクル錯体を含金属配位子であるメタロジエン配位子とした異種金属錯体合成を計画している。予備的状況ではあるが、タンタラシクロペンタジエン錯体に対して9族や10族の金属錯体を加えたところ、メタロジエン構造内のジエンに対して9・10族金属が配位し、効率的な錯形成反応が進行することが分かった。そこで、前周期遷移金属のメタラサイクル錯体を系統的に合成するとともに、後周期遷移金属に対するメタロジエン配位子とすることで様々な組み合わせの異種金属錯体の合成を計画している。また、これらの得られた異種金属錯体を用いた反応開発において、一方の金属のみでは反応が進行せず、両方の金属を含む場合にのみ進行する触媒反応の探索を進め、異種金属元素ブロックの特異な反応性の解明に向けて研究を展開する。28年度が最終年度であるため、記入しない。
教科書に見る科学教育の基礎・基本―日本の公教育成立・形成期に限定して―

本研究は、日本の公教育の成立・形成期(国定教科書成立以前)における数学(算術)、自然科学関係の教科書を検討し、その中で「基礎・基本」がどのように構想されていたのかを明らかにし、今日の教育課程・教育内容編成の問題に有効な指針として生かし得る視点を抽出することを目的とした。数学教育では分数の概念に焦点をあて、次のような知見を得た。(1)分数指導は、初期においては複数学年にわたる指導内容の分配(分断)がなく、導入から乗除まで一貫した連続指導を進める構成であり、形成期に様々な形での分散方式への移行がなされた。この過程の検討は、現行カリキュラムにおける根拠のない分散への批判的検討の素材として重要である。(2)分数の定義に関して、現行と同様の等分割と整数倍によるものばかりではなく、指導の早期にその定義と併せて、商の表現としての分数という定義も導入し、両者の同等性を説明する試みも少なくない。後者は現在の分数指導過程の構成に生かし得る。(3)演算の指導に関して、整数の乗法との連続性・同一性を懇切に説明する教科書も多い。演算の遂行方法の指導に偏りがちな指導方法への批判の視点として重要である。自然科学関係では、近年の中学校・高校における物理分野の教育内容編成の問題点を検討し、明治期中学校物理教科書から読み取れる教育内容編成のあり方と比較した。現在の中学校学習指導要領理科とほぼ同様の教育内容の編成が明治期の中学校物理教科書の一部でも採用されている。しかし、詳細に見ると音の学習の位置づけにちがいがあり、明治期教科書における系統性の方が豊かな音の学習を展開できる可能性がある。さらに読本教科書においても、科学教育の一環を担いうるテーマが多く登場しており、それを位置づけうる教科を越えた理論的カテゴリーの構築の重要性が示された。13年度は次のような調査・研究が行われた。(1)研究を単なる歴史事実の列挙としないために、今日の教育における科学教育の基礎・基本がどのような問題状況にあるかを検討し、新学習指導要領の課題を中心とする理論的整理を行った(須田・大野・大竹)。(2)公教育の成立期と形成期に関する時期区分を行った上で、それぞれの時期におけるカリキュラムの特徴を整理し、自然科学関係教科書、読本、算術教科書に関する初年度の調査を行った(各分担者)。・数学教育(須田・岡野)今日の教育状況における算数・数学の基礎・基本の検討を行った。その結果、13年度は「数の概念」「演算の意味づけ」「演算のアルゴリズムの形成」に焦点をあてることとし、初期及び形成期の算術教科書における自然数、分数に即してそれらに関する資料の収集を行なった。2回のセミナー(札幌、新潟)を行い、その結果の一部を岡野がまとめ、学会等で発表した。・科学教育(大野)現在の中学校理科教育における内容編成の問題について検討を行った。公教育成立期・検定期の教科書で基礎・基本となる重要な教育内容(特に、力学、波、物性に関わる内容)がどのように配列されているかに焦点をあて、当時の資料の収集・分析を行った。・読本(大竹)公教育成立・形成期の読本教科書における科学読み物を首尾一貫して記述しうる枠組を探った。科学読み物に表現・内容という二つのモメントを認める。内容は、自然現象と技術学的現象に大別でき、表現の構成要素としては、手続き・報告・説明を認める。公教育成立期には、博物学的な、多少なりとも体系的な報告が見られるが、形成期には自然種を個別に報告している。また、形成期の報告では、自然種の産業上の効用が強調されている。

本研究は、日本の公教育の成立・形成期(国定教科書成立以前)における数学(算術)、自然科学関係の教科書を検討し、その中で「基礎・基本」がどのように構想されていたのかを明らかにし、今日の教育課程・教育内容編成の問題に有効な指針として生かし得る視点を抽出することを目的とした。数学教育では分数の概念に焦点をあて、次のような知見を得た。(1)分数指導は、初期においては複数学年にわたる指導内容の分配(分断)がなく、導入から乗除まで一貫した連続指導を進める構成であり、形成期に様々な形での分散方式への移行がなされた。この過程の検討は、現行カリキュラムにおける根拠のない分散への批判的検討の素材として重要である。(2)分数の定義に関して、現行と同様の等分割と整数倍によるものばかりではなく、指導の早期にその定義と併せて、商の表現としての分数という定義も導入し、両者の同等性を説明する試みも少なくない。後者は現在の分数指導過程の構成に生かし得る。(3)演算の指導に関して、整数の乗法との連続性・同一性を懇切に説明する教科書も多い。演算の遂行方法の指導に偏りがちな指導方法への批判の視点として重要である。自然科学関係では、近年の中学校・高校における物理分野の教育内容編成の問題点を検討し、明治期中学校物理教科書から読み取れる教育内容編成のあり方と比較した。現在の中学校学習指導要領理科とほぼ同様の教育内容の編成が明治期の中学校物理教科書の一部でも採用されている。しかし、詳細に見ると音の学習の位置づけにちがいがあり、明治期教科書における系統性の方が豊かな音の学習を展開できる可能性がある。さらに読本教科書においても、科学教育の一環を担いうるテーマが多く登場しており、それを位置づけうる教科を越えた理論的カテゴリーの構築の重要性が示された。
遷移金属酸化物の電子相制御

強相関電子系では、様々な電子の秩序相(強磁性相、超伝導相など)が競合する。本研究の目的は、多体電子系の数値計算法を用いて、強相関電子系における競合する電子相に特有な量子現象を解明することである。強磁性半導体は、半導体中の電子と磁性イオンが相互作用してユニークな物性を示す。その磁性と伝導の研究には半導体の電子状態と強磁性を引き出す電子相関を同時に考慮する必要がある。そこで、本研究では、半導体の電子状態を求める第一原理計算プログラムと磁性イオンの電子相関を取り扱う量子モンテカルロ計算プログラムを結合させる数値シミュレーションプログラムを完成させ、(Ga, Mn) Asの強磁性発現機構を解明した。また、この手法を、遷移金属不純物を含むZnOにも応用し、p-型半導体では強磁性が出現するが、n-型では出現しないことが明らかになった。また、動的平均場近似法を用いて、強相関電子系の熱電係数の特異な温度依存性についても示した。近年遷移金属酸化物など強相関電子系のデバイス応用への関心が高まっている。これは、強相関電子系では様々な量子相が競合しているため、外部からの小さな摂動により、秩序相間の移り変わりやそれぞれの相とは全く違った量子現象が現れるからである。例えば、強磁性金属を2つの超伝導体ではさむことにより、強磁性金属中に両超伝導状態(ゼロ状態)とは違った超伝導状態(π状態)が誘超される。このような電子の各自由度の示す性質や秩序がお互いに競合し様々な量子現象が現れる量子競合相の問題では、遷移金属酸化物だけでなく、分子性の有機化合物や生体物質についても重要である。また、様々な物質の界面で電子が閉じ込め効果を受ける時にも同様のことが期待される。しかし現象が多体効果に基づくことから、定量的研究は容易ではない。理論的には数値シミュレーション法が有力であり、多くの研究が行われているが、非常に単純化したモデル計算が中心であり、物質の個性を取り込む段階には至っていない。しかし、強相関電子系では様々な量子相が微妙に競合することから、物質の個性を取り入れた研究が重要である。本研究では、多体電子系の数値計算法を用いて、強相関電子系における競合する相の関係を明らかにし、その競合から生じる新奇な量子現象を引き出す。電子間の相互作用の強い系、いわゆる強相関電子系では、様々な電子の秩序相(強磁性相、超伝導相等)が競合する。当研究の目的は、多体電子系の数値計算法を用いて、強相関電子系における競合する相の関係を明らかにし、その競合から生じる新奇な量子現象を引き出すことである。強磁性半導体は、半導体中の電子と磁性イオンが相互作用として生じるユニークな物性を示す。そのためその磁性と伝導の研究には半導体の電子状態と強磁性を引き出す電子相関を同時に考慮する必要がある。我々は、半導体の電子状態を求める第一原理計算プログラムと磁性イオンの電子相関を取り扱う量子モンテカルロ計算プログラムを結合させる数値シミュレーションプログラムを完成させた。この手法は第一原理計算で求めた電子状態を、アンダーソンの不純物に対するハミルトニアン、いわゆるハルデン・アンダーソンモデルにマップし、このモデルハミルトニアンを量子モンテカルロ計算する、というものである。このプログラムを用いて、(Ga,Mn)Asの強磁性発現機構とその物性を研究した。その強磁性はエネルギーギャップの中に生じる不純物準位が支配している。当研究により、この不純物準位の特性とその温度依存性を詳細に調べることが可能になった。我々はこの手法を遷移金属不純物を含むZn0にも応用した。特に(Zn、Mn)0は透明磁石の可能性が注目されている。しかし、実験的には十分に確証されているとは言えない状況にある。今回開発した数値シミュレーションにより、この物質に対して次のことを明らかにした:(1) Zn0で出現する結晶構造のなかで、Zincblend型構造が強磁性にとって有利である。(2) p-型半導体では強磁性が出現することが、n-型では出現が困難である。強相関電子系では、様々な電子の秩序相(強磁性相、超伝導相等)が競合する。多くの強相関電子系の中でも磁性半導体はユニークな物理的特長を持っている。

磁性半導体の物性研究には、半導体としての電子構造(バンド構造)と磁性イオンの電子相関を同時に取り込む必要がある。我々は第一原理計算で求めた電子構造を磁性不純物に対するアンダーソンモデルにマップし、このモデルを量子モンテカルロ計算するプログラムを完成させた。そして、様々な磁性半導体に応用してきた。特に、磁性半導体では、金属強磁性体とは違い電子状態と磁性状態を同時に解く必要がある。例えば、磁気モーメントの温度変化は伝導帯や不純物状態へのキャリアの温度分布に強く依存する。近年、磁性イオンを含まない強磁性体、「d^0-強磁性体」の可能性が注目される。例えば、MgO結晶中にNイオンを導入することによりNイオン中に局在した電子が強磁性を発現する可能性がある。MgOはトンネル磁気抵抗素子のトンネル障壁として利用されることから、トンネル障壁に磁性を導入できれば様々な新しい発展が期待される。我々は上記のプログラムをNイオンを含むMgOに拡張し、室温強磁性の可能性を示した。この系では電子状態と磁性が強く関係しているため、我々のプログラムが特に威力を発揮する。強相関電子系では様々な量子相が競合しているため、外部かちの小さな摂動により、秩序相間の移り変わりやそれぞれの相とは全く違った量子現象が現れる。例えば、強磁性金属を2つの超伝導体ではさむことにより、強磁性金属中に両超伝導状態(ゼロ状態)とは違った超伝導状態(π状態)が誘超される。一方、絶縁体を2つの超伝導体で挟んだ従来のジョセフソン接合に直流電圧を印加すると交流電流が流れる。その周波数と接合の共振モードとが一致するとき、各モードに対して直流電流が現れるFiske共鳴と呼ばれる現象が知られている。当該年度において、絶縁体の代わりに強磁性体を用いた場合のFiske共鳴に関する定式化を行った。まず、交流ジョセフソン電流によって接合内に生じる電磁場をMaxwell方程式、強磁性体の動的磁化に対してはランダウ-リフシッツ-ギルバート(LLG)方程式をそれぞれ解く。Maxwell方程式とLLG方程式を解くことによって求めた電場を、超伝導秩序パラメータの位相差に対する運動方程式に用いることで、Fiske共鳴によって誘起される直流ジョセフソン電流を計算した。その結果、従来のジョセフソン接合と異なり接合内に励起された各共振モードに対して、2つの直流電流が現れることが分かった。この結果は、交流ジョセフソン電流によって接合内に励起された電磁場が強磁性体の磁化に作用し、スピン波が励起されたためであることを示唆している。そして、超伝導体のダイナミクスと強磁性体のダイナミクスとの結合モードの存在と観測可能性を示している。2008年東北大学より、金における巨大なSHEが報告された。我々は第一原理計算に基づき、金中の鉄不純物が巨大SHEに寄与することを突き止めた。さらに、量子モンテカルロ計算を組み合わせることにより、電子相関効果を取り入れることに成功し、クーロン相互作用によるスピン軌道相互作用(SOI)の繰り込み効果によって、クーロン相互作用を大きくするとスピン相関が負の方向に増大することを解明した。また、この繰り込み効果に対する量子的なスピンゆらぎの効果を調べ、鉄原子の量子的なスピンゆらぎが大きくなるほどスピン間の相関が大きくなることも見いだした。