hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ビス(アミノ)オリゴスルファンと酸触媒を用いたアルケンのチイラン化反応

0.3<pKa<4.8のカルボン酸を用いた場合には,チイラン4と5の混合物が生成し,pKa値が大きくなると5の生成比が向上し,反応速度が低下することがわかった.p-TolSO_3H(pKa=-1.3)を用いた時には,反応の進行はCF_3CO_2Hを用いた時よりも遅くなり,かつ4と5の混合物が得られた.硫化剤として1あるいは3を用いると,同じBronsted酸を用いた時のチイラン化の速度が2>1>3の順で遅くなることがわかった.Lewis酸として置換基交換速度の速いランタニド金属のトリフルオロメタンスルホン酸塩を用いて反応を行うと,反応速度は遅くなるが0.1モル等量を用いた時でも反応が進行し,4と5の混合物が生成することがわかった.この反応での硫化剤の反応性の順序はBronsted酸を用いた時と同じ2>1>3であったが,中心金属の反応性の順序は用いる硫化剤により異なり,一般的な傾向は見られなかった.2'-アダマンチリデン-9-ペンソノルボルネュリデン1に硫化剤である4,4'-テトラチオジモルホリン2,4,4'-ジチオジモルホリン3,2-(4'-モルホリノジチオ)ベンソチアソール4,あるいはテトラメチルチウラムジスルフィド5を1モル当量,M(OTf)_n(M^<n+>,Li^+,Mg^<2+>,Hf^<4+>,Bi^<3+>,Cu^+,Cu^<2+>,Zn^<2+>,Sc^<3+> ̄,La^<3+>,Ce^<3+>,Nd^<3+>,Tm^<3+>)存在下,CH_2Cl_2中,室温で反応させた.Lewis酸性の低いLiOTfやMg(OTf)_2を用いたときには1のチイラン化反応はほとんど進行しなかった.他のM(OTf)_n存在下のチイラン化では,5を用いるとチイラン6がほぼ定量的な変換率で得られた.24を用いると6と立体異性体のチイラン7の混合物が得られた.M(OTf)_n存在下のチイラン化における硫化剤の反応性は,5>2>3>4であることがわかった.1に対して0.1モル当量の5と1モル当量の4をM(OTf)_n存在下で反応させると,4だけを用いたときよりも反応が早く進行することもわかった.一方,3を酸無水物で活性化させると,アルケンのチイラン化がより早く進行することがわかった.1に1モル当量の3と1モル当量のTf_2OをCH_2Cl_2中,-30°Cで反応させると,6が70%の収率で得られ,1が20%の収率で回収された.1モル当量のCF_3CO_2Tfや(CF_3CO_2)Oを活性化試薬として用いた場合も6が収率良く得られたが,少量の7も観測された.しかしながら,1モル当量のAc_2Oを活性化試薬として用いCH_2Cl_2中で反応を行った場合には室温以下の温度で反応はほとんど進行しなかった.Ac_2Oを溶媒として用いると,-15°Cでも反応は進行し,6と7がそれぞれ14%と84%の収率で得られた.この反応条件では,7から6への異性化と1への分解は観測されなかった.4,4'-ジチオジモルホリン/Brsnsted酸系によるアルケンのチイラン化反応:4,4'-ジチオジモルホリン1にCF_3CO_2Hを反応させると,1,4,4'-トリチオジモルホリン2,4.4,4'-テトラチオジモルホリン3の混合物が生成した.1よりも反応活性の高い3の反応では,2と3の混合物が得られた.以上のことから,1や3とBr¢nsted酸を用いたアルケンのチイラン化反応では,2や3由来の活性種が硫化試薬として働くことが示唆された.N,N'-ジチオビスアゾールを用いたアルケンのチイラン化反応:2,2'-ビアダマンチリデンと1,1'P-ジチオビス(1H-1,2,4-トリアゾール)4の反応は活性化試薬を用いることなく進行し,対応するチイランを収率よく与えた.幾何異性の関係にあるアルケンの反応では立体特異的にチイラン化が進行することが分かった.電子吸引性置換基がN原子上に結合したジアミノジスルファンとアルケンの反応:サッカリンに塩基を反応させた後,一塩化硫黄を反応させると新規な硫化試薬であるサッカリンジスルフィドが得られた.また,チオサッカリン5を用いた同様の反応では,2分子の6のS原子の間にS_2ユニットが架橋したテトラスルフィドと考えられる化合物が生成した.
パラミクソウイルスを用いたウイルスベクター開発の基礎研究

我々はパラミクソウイルスに属するムンプスウイルスを遺伝子導入のヘクターとして用いるため、cDNAから感染性ウイルスを回収する系を確立することを目指した。まずムンプスウイルス遺伝子の3'、5'末端の間にCAT遺伝子をレポーターとして持つミニゲノムを構築し、cDNAから発現させたムンプスウイルスのNP、P、Lタンパク質を用いてミニゲノムの複製、転写を試みたが、残念ながら指標となるCAT活性を検出する事ができなかった。プラスミドにクローニングされたNP、P、L遺伝子およびのウイルスRNAのNP、P、L遺伝子の塩基配列を確認したが問題は見つからなかった。ムンプスウイルスに近縁のウイルスでもミニゲノムの系は動かないという報告があり、これらのウイルスでは何らかの理由によりCATを持ったミニゲノムはうまく複製することができないのかもしれない。実験の途上で変異株を用いた実験よりSH遺伝子はムンプスウイルスの増殖には不要であることが判明した。ムンプスウイルスをウイルスベクターとして利用することを考えた場合、SH遺伝子を目的の遺伝子で置き換えることができる。またムンプスウイルスのFとHN糖蛋白質を恒常的に発現する細胞株を樹立する事ができたので、cDNAから感染性ウイルスを回収する系が確立できれば、この細胞株を用いてFやHNに変異を加えたウイルスを作製できるかもしれない。ムンプスウイルスのミニゲノムが動かなかった原因を究明するため、麻疹ウイルスのシステムを導入して検討を加えたところ、感染性ウイルスを回収することができ、またCAT活性も検出できたのでわれわれの基本的な操作に問題はないと思われる。現在ムンプスウイルス完全長cDNA作製に向け努力を続けている。ウイルスのcDNAから感染性ウイルスを回収するためには活性を持ったRNA合成に関与するタンパク質(L,P,NP)の発現が必須である。本年はクローン化したL,P,NP遺伝子の機能を見るため、cDNAよりワクチニアーT7発現システムを用いてタンパク質を発現させ、ムンプスウイルス感染細胞より単離したRNPを鋳型として何度かin vitroでRNA合成を試みたが、残念ながら標識されたRNA転写産物ならびに複製産物を検出することは出来なかった。またCAT(クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ)遺伝子を持つミニレプリコンをin vitroで作製し、ミニレプリコンの複製をCAT活性を指標とし、ワクチニアウイルスの増殖を阻害するリファンピシン、AraC存在下で追跡することを試みたがこちらも残念ながらCAT活性を検出することは出来なかった。原因のひとつとしてクローン化したcDNAに変異が入り、そのために活性のあるタンパク質が出来ていないことが考えられた。我々の得たcDNAからは分子量的、抗原的、さらに複合体形成からみても本来のものと変わらないタンパク質が発現されたが、ひとつのアミノ酸変異により活性が失われることもあり得る。実際、我々の得たcDNAクローンのなかには塩基置換を持つcDNAクローンが含まれており、どちらが正しいか判断するのは難しい。この問題を解決するため、DNAシークエンサーによりウイルスRNAから得たRT-PCR産物の塩基配列をダイレクトに決定することによりメジャーなRNAポピュレーションの塩基配列を決定しつつある。同時に構築したcDNAに誤りがないか、同じ方法を用いて調べている。現在までに約半分の塩基配列を確認した。今後、L,P,NPについてはこの方法ですべて確認する予定である。パラミクソウイルスに外来性遺伝子を組み込む場合、増殖に必須でない遺伝子があればその遺伝子を除去し代わりに目的の遺伝子に置き換えることができる。ムンプスウイルスや近縁のSV5ウイルスには他のパラミクソウイルスにはない小さなSH遺伝子が存在するが増殖に必須かどうかは不明であった。またムンプスウイルスの場合にはSHタンパク質が合成されているかどうかさえ不明であった。我々は予想されるSHタンパク質のアミノ酸配列からいくつかのオリゴペプチドを合成し、これらに対する抗血清を作製した。ムンプスウイルス感染細胞を[3H]ロイシンで標識し、1%SDSを用いて可溶化しTX-100を含むバッファーで希釈した後、抗血清を用いて免疫沈降を行い、低分子用のアクリルアミドゲルで電気泳動を行ったところSHタンパク質を検出することができた。

これはムンプスウイルスにおいては初めての知見である。また生化学的な解析によりSHタンパク質は膜タンパク質であることが判明した。次にいろいろなムンプスウイルス株のSHタンパク質について調べたところ、Enders株ではSHタンパク質が合成されていないことがわかった。Enders株は他のムンプスウイルスと同様に増殖することができるので、SHタンパク質は必ずしも増殖には必要でないことになる。ムンプスウイルスベクターができた場合、SH遺伝子を目的の遺伝子と置き換えるのが適当かもしれない。現在ムンプスウイルスベクターを作製するのに必要な完全長cDNAをRT-PCR方を用いシークエンスを確認しながら構築しているところである。ムンプスウイルスの感染性cDNAは現在のところ得られていない。原因がどこにあるかを究明するため、他のウイルスでcDNAからウイルスを回収する系を導入し検討を加えることにした。とりあえず麻疹ウイルスの感染性cDNAを入手しモデルシステムとして実験を進めた。麻疹ウイルスの完全長cDNAならびにヘルパー細胞293-3-46はスイスのDr.Billeterより分与を受けた。完全長cDNAとLタンパク質発現用プラスミドを293-3-46細胞にトランスフェクションしたところ、9枚のシャーレのうち5枚から麻疹ウイルスの特徴である細胞融合が検出された。これらのシャーレからウイルスを回収し蛍光抗体法、特異的プライマーを用いたPCR法、免疫沈降法により麻疹ウイルスであることを確認した。またCAT(クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ)を含むミニゲノムを完全長cDANの代わりにトランスフェクションしたところCAT活性を検出する事ができた。彼らのプロトコールに従う限り、cDNAから麻疹ウイルスが回収できたので、当研究室で行っているトランスフェクション、プラスミドの精製、CAT活性測定等は問題ないことがわかった。さらにムンプスウイルスに近縁のSV5ウイルスでcDNAから感染性ウイルスを回収したと報告があり原理的にはうまく行くはずなのでムンプスウイルスの完全長cDNA作製を目指したい。またcDNAから麻疹ウイルスを回収するシステムを導入できたのでこれを用いて麻疹ウイルスの病原性を規定する変異の同定を行う予定である。
照射誘起起電力現象を利用したエネルギー変換素子開発に関する研究

放射線照射環境下のセラミックス/電極材料システムにおいて、103-106倍にも及ぶ照射誘起起電力が発生することがわかっている。本研究では、照射誘起起電力現象の機構を解明し、この現象が原子炉炉心計測機器、核融合プラズマ診断機器等の放射線下で使用される電気機器に及ぼす影響を定量評価し、この現象を記述する定量モデルを構築した。さらに、得られた基礎的知見を元に、この現象を有効に利用した変換効率が高く寿命の長い放射線エネルギー/電気エネルギー変換素子の開発を行った。放射線エネルギーを電気的エネルギーに直接変換する方法としては、放射線による励起過程を利用して電荷を空間的に分離する方法と、励起過程を利用した電荷担体の易動度の大幅な増大を利用した変換効率の増大が考えられる。放射線照射下で絶縁セラミックス中の水素(プロトン)の易動度が大幅に増加することがこれまで間接的な実験データから推測されている。本研究では、酸化物プロトン伝導体の電気伝導率を広い温度領域において照射下で測定することにより、酸化物中の電子及びプロトンの易動度を評価する。また、照射下で生ずる照射誘起起電力と電荷易動度との関係を検討し、照射誘起起電力を最大限に引き出す条件を見出すことを目標とした。本年度は、電子線及び高エネルギー中性子照射下でのプロトン易動度、電子易動度を評価した。測定されたSrCe_<0.95>Yb_<0.05>O_<3->.の電気伝導率の温度依存性を例にとり結果を概術する。照射前の酸化物の電気伝導度の温度依存性は低温部と高温部の二つに大きく分かれる。高温部のより傾きの大きいものはプロトン伝導によるものであり、低温部の傾きの小さいものは電子伝導ないしはホール伝導によるものと理解される。照射後の測定結果から、電子線照射は低温部の電子伝導を抑制しプロトン伝導を優勢にする。一方、プロトン伝導には室温から400°C程度まで大きな影響を示さないことがわかる。一方、14MeV中性子照射下(in-situ)での電気伝導率を実線で示すが、低温部で電気伝導率の傾きは変わらず、全体が上にずれる。これは、中性子照射下でプロトン伝導が動的に促進されることを示している。非照射下と比較して伝導率は数倍に増大する。放射線エネルギーを電気的エネルギーに直接変換する方法として、励起過程を利用した電荷担体の易動度の大幅な増大を利用した変換効率の増大が考えられる。放射線照射下で絶縁セラミックス中の水素(プロトン)の易動度が大幅に増加することが昨年度までの加速器、及び14MeV中性子源を用いた研究で明らかになった。本年度はバルク状の試料中に均一に高密度励起を引き起こせる原子炉照射下での実験を行った。原子炉内での電気伝導測定に必要な実験技術はこれまでの研究において確立されている。用いた原子炉はJAEA東海研究所のJRR-3であり、電子励起密度は約1-2kGy/s程度と見積もられ、昨年度行った14MeV中性子照射の場合の10^5倍程度に相当する。照射温度は200-500Cである。照射下において酸化物中に水素を導入する手法としてこれまでは酸化物試料表面に水素化ジルコニウムを蒸着し熱分解により照射中に試料に導入することを行ってきたが、本年度はこの手法と同時に、照射雰囲気中に微量の水蒸気を導入する手法も試みた。測定されたSrCe_<0.95>Yb_<0.05>O_<3-・>の照射下での電気伝導率の温度依存性はこれまで得られた結果と電子励起密度をパラメータとして良い一致を示した。このことはプロトン伝導が電子励起により促進されたことを示している。昨年度においては、低温では高速中性子のはじき出し効果によりプロトン伝導が促進されることを示唆するデータを得ているが、200C以上の温度領域、熱的にプロトンが動き出す領域では電子励起の効果が重要であることを結果は示している。照射試料片面側の雰囲気に水蒸気を導入した場合に大幅な電気伝導度増大は観測されなかった。本研究では、加速器、高エネルギー中性子源(FNS;14MeV中性子)、原子炉(JRR-3)を利用し、幅広い励起密度場でのプロトン伝導性酸化物セラミックスの電気伝導度評価を系統的に行い、以下の事を明らかにした。1.照射下での電気伝導度が大幅に増大することを確認した。照射下での電気伝導度の増大は、これまで主として電子励起効果による電子伝導の増大が幅広く研究されてきている。本研究においても、電子伝導の増大が系統的に評価されており、プロトン伝導性酸化物においても、放射線の持つ電子励起密度にほぼ比例した通常の電子伝導の増加(照射誘起電気伝導度(Radiation Induced Electrical Conductivity; RIC)が定量評価された。

2.系統的な電気伝導度増加データの解析から、電子伝導度増加と共に、別な原因による電気伝導度の増大が系統的に見いだされた。特にこの増大は200-300C以上の高温で顕著であり、プロトン伝導(Protonic Conductivity)の増大によると解釈された。3.更に高温(500C以上)において、更なる電気伝導度の増大が、照射下で水素の存在の条件下で見いだされた。解析から、この増大は酸化物を構成するイオンの伝導度(Ionic Conductivity)の増大によるものと解釈される。これらの結果と酸化物の光電子分光(XPS)などの結果とから、見いだされたプロトン伝導度、イオン伝導度の増大には、プロトン伝導性酸化物の格子中の、一部の陽イオンの価数減少(化学的には照射による還元、幅広い定義での放射線分解(Radiolysis))と関係していると理解される。このRadiolysisにより、酸化物の中には電子伝導度が下がるものがある。このことはradiolysisにより伝導に寄与できる電子の数が減少することが推測されるが、一方で、価数減少、及びそれに伴う酸素空孔濃度の増大がプロトン伝導、イオン伝導を増大させていると解釈される。プロトン伝導性酸化物の電子伝導の抑制とプロトン伝導性の増大は、プロトン伝導性酸化物セラミックスを用いた電気発生効率の改善につながるものであり、今後、今回見いだされた現象の機構解明を通じて、放射線エネルギーの電気エネルギー変換の効率向上につなげたい。本年度は、核融合炉内のトリチウム回収およびブランケット電気絶縁・水素透過防止被膜の候補材料として挙げられているペロブスカイト型酸化物セラミックス(BaCe_<0.9>Y_<0.1>O_<3-.>の電気伝導度に対する照射誘起効果について調べた。スペイン国原子力研究所に設置されたVan de Graaff加速器からの1.8MeVの高エネルギーの電子線を真空中で473Kに加熱保持されたBaCe_<0.9>Y_<0.1>O_<3-.>試料に照射し、その場で+10Vの電圧を印加したときの電流値を微弱電流計を用いて測定して照射誘起伝導度(RIC)を測定した。RICの値は、線量率を100および300Gy/sに変化させると、照射前の伝導度よりそれぞれ約2および3桁まで増加することがわかった。また、300Gy/sまでは水素供給されたBaCe_<0.9>Y_<0.1>O_<3-.>のRICは水素供給されていないBaCe_<0.9>Y_<0.1>O_<3-.>のRICより約1桁高い値を示し、水素のイオン化(プロトン)を伴う照射誘起拡散現象が観察された。一方、300Gy/s以上においては、RICは線量率および水素濃度にも依存せず一定であった。1000Gy/sまで照射されたBaCe_<0.9>Y_<0.1>O_<3-.>についてXPS測定を行った結果、Ce 3d内殻電子準位のCe^<4+>(4f^0, 4f^2)およびCe^<3+>(4f^1)のピークが照射によって高エネルギー側へシフトしたことから、セリウム水酸化物(OH基)が形成されたと考えられる。
老化に伴うシナプス糖タンパク質変化の網羅的解析とシナプス機能変化の関係の解明

これまでに、2次元電気泳動とレクチンブロッティングを用いて、老化に伴うシアロ糖タンパク質の変化を検出してきたが、2次元電気泳動におけるサンプルの可溶化やゲル内消化産物の質量分析計による同定の段階での回収率低下のため検出感度が十分に得られず同定には至らなかった。そこで本年度は、この問題を解析するために、シナプトソーム画分を分画することなく直接酵素消化にかけ、シアル糖ペプチドをレクチンカラムにより精製し質量分析計することで、精製の手順を簡素化し、糖ペプチドの回収率を向上させる方法を開発し、更に多段階MS^nを行なうことで、糖ペプチド糖鎖の構造解析と、糖タンパク質の同定を試みた。更にこのシステムを用いて老化に伴うシアロ糖ペプチドの変化を解析した。標準シアロ糖タンパク質としてヒトトランスフェリン約1nmolを用い、このプロテアーゼ消化物を、Siaα2-6結合を特異的に認識するSNAレクチンを用いて精製し、MALDI-TOF/MSを用いて解析した。この糖タンパク質は2ケ所のアスパラギン結合型糖鎖による修飾部位が存在するが、リシルエンドペプチダーゼにより消化することで、理論値と一致する糖ペプチドが検出され、シアロ糖ペプチドを効率的に回収することができた。このイオンを多段階MS^nにより解析したところ、複合型2本鎖由来の断片イオンが検出され、更にペプチド部分の断片イオンから糖ペプチドの配列が決定し、糖鎖修飾部位の情報が得られた。この方法を用いて若齢(9週齢)、老齢(30月齢)のラット海馬由来のシナプトソーム画分を解析したところ、質量数2800付近に若齢ラット特異的なイオンが検出された。今後これらを同定することで、老化に伴うシナプス表面の変化が分子レベルで明らかになると期待される。本年度は、ラット海馬シナプトソーム膜画分の蛋白質について、2次元電気泳動を用いた総タンパク質の老化に伴う変化を解析し、更に糖鎖構造特異的レクチンを組み合わせたレクチンブロッティングを用いて、老化に伴う糖タンパク質の変化について解析を行った。まず、2D-DIGEを用い、総タンパク質の老化に伴う変化について解析を行った。若齢(9週齢)と老齢(30月齢)を比較したところ、双方とも約1000スポットのタンパク質が検出され、発現量に有為に変化の見られるスポットが24スポット検出された。そのうち19スポットについてpeptide mass finger printing (PMF)により同定に成功した。同定されたタンパク質の中には、actinといった細胞骨格を形成する因子やその折り畳みにかかわるT-complex1が含まれていた。老齢ラットではactinの発現が上昇し、折り畳みなどに関わる因子の発現が低下していたことから、老化の過程でシナプスの細胞骨格がダイナミックに変化している可能性が示唆された。一方、これまでの組織化学的研究から、老化に伴い海馬シナプス前後膜上のシアロ糖タンパク質に変化が見られることから、シアル酸を認識するレクチンの一つである小麦胚芽レクチン(WGA)を用いてシアロ糖タンパク質の検出を行った。その結果、老化に伴いWGAに対する反応性が減少するスポットを約10ケ所明らかにした。この中の一つは2次元電気泳動で分画したタンパク質をPVDF膜に転写した後に、sialidase処理、または、PNGaseF処理を施すとWGAの反応性は消失した。この結果から、シアル酸を持つアスパラギン結合型糖鎖による修飾を受けた糖タンパク質が、老化に伴ってシナプス膜上から減少している可能性が示唆された。本年度は老化に伴う発現量が変化するシナプトソーム糖蛋白質の同定の基礎実験として、2次元電気泳動、Con Aを用いたレクチンブロッティング、質量分析計を用いた老化に伴うラット大脳皮質可溶性画分糖蛋白質変化の同定及びその性状解析を行った。その結果、等電点4から7において、少なくとも14スポットの糖蛋白質が老化に伴って可溶性画分に増加する事が明らかとなった。それらは、Endoglycosidase H処理によって、Con Aとの反応性が失われる事から、アスパラギン結合型糖鎖による1修飾がなされていることが解った。更に、増加の見られたスポットを回収しnanoLC-ESI-Q-TOF/MSにより同定を試みたところ、これらのスポットの中で3スポットがリソゾームの蛋白質分解酵素であるcathepsin Dであることが明らかになった。一方、膜蛋白質は一般的に疎水性が高く2次元電気泳動で解析出来ない場合がある。そこで分離精製する前のシナプスの糖蛋白質を全てプロテアーゼで消化して、そのペプチド混合物からからSepharose CL-4Bを用いて糖ペプチドを回収し、質量分析計で解析する方法の検討も行った。現在ヒト由来トランスフェリンなどの標準的な糖蛋白質約10pmolから糖ペプチドの回収、質量分析計による検出に成功しており、一部MS/MSによって、糖鎖部分のsequentialなfragment ionの検出にも成功している。これを用いて、老化に伴って発現量が変化する糖ペプチドを検出し、その糖蛋白質本体と糖鎖構造、更にその修飾部位を明らかにする予定である。本研究から、glycoproteomicsの手法を用いた、シナプス糖蛋白質解析の技術面での問題が解決され来年度に向けて老化に伴うシナプス糖蛋白質変化が明らかとなる事が期待される。

これまでに、2次元電気泳動とレクチンブロッティングを用いて、老化に伴うシアロ糖タンパク質の変化を検出してきたが、2次元電気泳動におけるサンプルの可溶化やゲル内消化産物の質量分析計による同定の段階での回収率低下のため検出感度が十分に得られず同定には至らなかった。そこで本年度は、この問題を解析するために、シナプトソーム画分を分画することなく直接酵素消化にかけ、シアル糖ペプチドをレクチンカラムにより精製し質量分析計することで、精製の手順を簡素化し、糖ペプチドの回収率を向上させる方法を開発し、更に多段階MS^nを行なうことで、糖ペプチド糖鎖の構造解析と、糖タンパク質の同定を試みた。更にこのシステムを用いて老化に伴うシアロ糖ペプチドの変化を解析した。標準シアロ糖タンパク質としてヒトトランスフェリン約1nmolを用い、このプロテアーゼ消化物を、Siaα2-6結合を特異的に認識するSNAレクチンを用いて精製し、MALDI-TOF/MSを用いて解析した。この糖タンパク質は2ケ所のアスパラギン結合型糖鎖による修飾部位が存在するが、リシルエンドペプチダーゼにより消化することで、理論値と一致する糖ペプチドが検出され、シアロ糖ペプチドを効率的に回収することができた。このイオンを多段階MS^nにより解析したところ、複合型2本鎖由来の断片イオンが検出され、更にペプチド部分の断片イオンから糖ペプチドの配列が決定し、糖鎖修飾部位の情報が得られた。この方法を用いて若齢(9週齢)、老齢(30月齢)のラット海馬由来のシナプトソーム画分を解析したところ、質量数2800付近に若齢ラット特異的なイオンが検出された。今後これらを同定することで、老化に伴うシナプス表面の変化が分子レベルで明らかになると期待される。
ナノグラニュラー軟磁性薄膜の大きな磁場中誘導磁気異方性の機構解明並びに応用に関する研究

優れた高周波軟磁性膜を得るためには、大きな電気比抵抗(ρ)と飽和磁化(Bs)そして異方性磁界(Hk)を併せ持つことが必要である。我々はCo-Al-Oで代表されるCo基金属粒子と絶縁体マトリックスからなるナノグラニュラー軟磁性膜が10kG以上のBs、50 Oe以上のHk、そして200μΩcm以上のρを併せ持つことを見出した。この研究過程で、Hk、すなわち、磁気異方性(Ku)は磁場中誘導磁気異方性であること、膜の磁気共鳴点(fr)は数GHzを超え、従来の金属材料では不可能だったGHz帯域でも磁心材料として充分に使用できることを明らかにした。本研究では、この大きなHkの起源を明らかにし、さらなる優れた高周波軟磁気特性を示す膜を得るための指針を見出すことを目的とした。膜組成を系統的に検討した結果、3x10^5erg/ccのKuを示し、そのfrは6GHzである膜も得ることが出来た。その起源に関する知見を得るためにX線や中性子小角散乱、そして高分解能電子顕微鏡を駆使してこれらの膜構造を明らかにし、得られる構造モデルと磁気異方性との関係を調べ、本磁気異方性の発現機構を検討した。その結果、大きなKuを有する膜構造は通常のナノグラニュラー軟磁性膜と異なり、膜中の粒子はかなり孤立化しており、かつ粒子同士が一方向に緩く揃っている形態になっていることを見出した。この緩く揃っている粒子群の存在が形状磁気異方性を生じさせ、それが大きなHkもしくはKuの起源になっていることを示唆している。これらの結果を基に、大きな磁気異方性を持つナノグラニュラー軟磁性膜を作製し、GHz電磁波ノイズ抑制体を始めとするいくつかの応用を検討した。このように本研究を通してナノグラニュラー軟磁性膜の磁気異方性の起源に関して多くの知見とノウハウを蓄積すると共に、本合金膜を用いたいくつかの応用的研究をも行なうことが出来た。1、研究目的我々が見出したCo基ナノグラニュラー軟磁性膜は木きな異方性磁界を有し、優れた高周波軟磁気特性を示すため、次世代の電子デバイスや磁気デバイスの磁心材料として期待されている。しかし、その大きな異方性磁界の起源は従来の理論では説明できない。本研究の目的は、Co基ナノグラニュラー軟磁性膜の大きなHkの起源を明らかにし、さらなる優れた高周波軟磁気特性を示す磁性膜を得るための指針を見出すことである。2、研究結果および考察160 Oeの大きな異方性磁界(Hk)を示すナノグラニュラーCo-Zr-O膜の組成、構造そして特性の関係を検討した。電顕観察の結果、Co-Zr-O膜の構遭は従来のCo-Al-O軟磁性膜のそれと異なり、膜中のCo粒子密度が低く、マトリックスが強磁性体のCo-Zr-0(低Co濃度)から構成されていることが分かった。そのため、大きな磁化や異方性は粒子とマトリックスとの相互作用に起因していることが考えられる。この結果を確かめるために、最も大きなHkを示す可能性が高いCo-pd-Si-O系ナノグラニュラー軟磁性膜を合成し、組成、構造と特性との関係を検討した。今回、この系の膜においてHk=400 Oeを示す軟磁性膜や、ρ=10^5μΩcmを示す軟磁性膜を見出すことが出来た。

大きなHkを示す膜の透磁率の周波数依存性(μ-f特性)は優れており、測定限界の3GHzでも、自然共鳴点(fr)がまだ観察されない膜を得ることが出来た。この膜のfrの計算結果は5GHzであった。fr=5GHzの軟磁性材料はフェライトの他に無く、次世代携帯電話等に用いるインダクタの磁心材料や、110GHz帯域での電磁波吸収膜としての可能性が高い。いずれの組成の膜のμ-f特性も熱処理を施すと向上し、特に、ρ=10^5μΩcmを示す軟磁性膜のHkは、熱処理温度とともに大きくなる。電顕観察の結果はCo-Zr-O系膜と同様に、CoPd粒子が強磁性co-Pd-Si-Oマトリックス中に分散している形態になっており、CoPd粒子の大きな結晶磁気異方性が大きな異方性磁界の起源になっている可能性が高い。Co基ナノグラニュラー軟磁性膜の大きなHkの起源を明らかにするために、高感度磁気異方性トルク計で熱処理無しの試料の磁気異方性エネルギーの大きさを評価し始めた。2kG以上の磁場で測定すると、一軸磁気異方性しか現れないが、それ以下の低磁場で測定すると、4次、6次の項もかなり現れ、磁区のレベルではそれほど揃っていないことが推察される。今後、熱処理した試料や、広範囲な組成の膜を測定し、組成と磁気異方性エネルギーの大きさと関係を明らかにし、大きな異方性磁界の原因を明らかにしたい。そのためには、磁化の温度変化と磁気異方性の温度変化を比較する必要があり。これらを次年度に検討し、その起源を明らかにしたい。(機構解明)Hkと微細組織との関連:ナノグラニュラー軟磁性膜の大きな誘導磁気異方性の起原に関する知見を得るために、種々のナノグラニュラー軟磁性膜を、X線、中性子小角散乱法や高分解能TEMで調べた。その結果、大きな磁気異方性を有する膜中のナノ粒子は磁化容易方向に緩く結合してように配列していることが観察された。Hkと磁区幅との相関:上記のミクロ構造の他に、磁気異方性にはマクロな磁区も関与している。カー効果を用いて膜の磁区を観察した結果、大きな異方性磁界(Hk)を有する膜はいずれも180°磁区が膜全面を被っており、かつ、Hkが大きい膜の磁区ほど磁区幅が狭くなることを観察することができた。(応用)高飽和磁化高周波軟磁性薄膜:ナノグラニュラーCo-Zr-O磁性膜は広い組成範囲で軟磁性を示し、大きな磁気異方性を有する。CoをFe._<65>Co._<35>合金に置換したナノグラニュラーFe._<65>Co._<35>-Zr-O軟磁性膜に、大きなBs(=2.3T)を有し、かつ熱処理無しでも軟磁性を示す膜が存在することを見出した。本材料{(Fe._<65>Co._<35>)_<93>Zr_2O_5}は適度な大きさのHkを有するために300の透磁率を持ち、かつ1GHz付近までフラットな特性を示す。本材料は高密度磁気記録用ヘッド材料や高周波トランス材料として期待される。高周波電磁波ノイズ抑制効果:大きなHkを有するナノグラニュラー軟磁性Co基薄膜の透磁率の自然共鳴周波数は極めて高い。このことは本材料には高周波帯域で電磁波ノイズの大きな吸収効果が期待できる。様々なナノグラニュラー軟磁性薄膜について伝送特性を調べ、電磁波ノイズ吸収特性を検討した。その結果・ナノグラニュラーFeCoAlO膜が5GHz付近で、またCoPdSiO膜が8GHz付近で磁気共鳴に基づく大きな電磁波吸収特性を示すことを見出した。(大きなHkの機構解明)
発光性配位高分子ナノ結晶の励起エネルギーダイナミクスの研究

本研究では、フォトニクスの21世紀において、社会基盤を支える光機能性材料のさらなる高度化を志向し、光励起子ダイナミクスの制御法開発を目的に研究を展開した。発光性配位高分子結晶のメゾ結晶化により、バルク結晶とも分子状錯体とも異なる発光挙動を示すことを見出し、メゾ結晶形成が励起子ダイナミクスに大きく影響することが分かった。半導体ナノ結晶を用いた太陽光水分解触媒反応においては、増感ナノ結晶表面を覆う配位子が触媒-光増感剤複合体形成に深く関与すること、色素-半導体表面における界面電子移動反応では増感色素の多層化により、電荷分離効率が向上し得ることを見出し、励起子ダイナミクス制御法の基盤的知見を得た。本研究は、これまで申請者が見出してきたPt(II)、Ru(II)錯体配位子から成る発光性多孔質配位高分子を基盤として、1)配位モジュレーション法を用いたメゾスコピック領域へのダウンサイジング、2)光アンテナ系の構築と電子正孔対の空間分割を目指した機能性分子の表面固定化、の2つの合成化学的アプローチを駆使して、メゾスコピック領域における光励起エネルギーダイナミクスの解明と制御法の開発を目的として研究を展開中である。研究初年度となる平成26年度は、発光性Ru(II)錯体配位子からなる配位高分子のナノ結晶化と架橋金属イオン置換型新規配位高分子の開発に注力した。すでに得られていたMgおよびSrイオンを用いた配位高分子では、その結晶子サイズを「配位モジュレーション法」を利用してメゾスコピック領域まで縮小すると、その光増感反応効率が劇的に向上することを見出した。それに加えて、テトラメチルアンモニウム塩を共存させると、その反応効率が減少することを確認しており、結晶表面における静電相互作用が重要な役割を果たしていることも確認している。一方、Ru(II)錯体配位子を架橋する金属イオンが光増感反応に対してどのような効果を及ぼすのかを明らかにするべく、これまでのアルカリ土類金属イオンからランタノイドイオンへの置換を検討し、La(III)イオンを用いた配位高分子の単離、構造解析に成功した。これまでのSr(II)やMg(II)イオンを用いたものとは異なり、厚さ約3nmの擬二次元シート構造を構築していることが分かった。また非架橋型La(III)イオンも同時に存在しており、これらを置換することで新たな機能性を付与できると期待される。本研究は、これまで申請者が見出してきたPt(II),Ru(II)錯体配位子から成る発光性多孔質配位高分子を基盤として、1)配位モジュレーション法を用いたメゾスコピック領域へのダウンサイジング、2)光アンテナ系の構築と電子正孔対の空間分割を目指した機能性分子の表面固定化、の2つの合成化学的アプローチを駆使して、メゾスコピック領域における光励起エネルギーダイナミクスの解明と制御法の開発を目的に研究を展開中である。研究次年度となる平成27年度は、電子正孔対の空間分割を主目的に据えて、酸化チタンナノ粒子表面に対するRu(II)錯体配位子の固定化に焦点を当てて検討した。過去の研究からRu(II)ビピリジン錯体は、酸化チタン表面への固定化により、3MLCT励起状態において、迅速な電子注入が可能な光増感剤であることが知られており、色素増感太陽電池などへの応用が期待されていたが、4電子移動過程である水の酸化反応(酸素発生反応)への有効性は実証されていなかった。本研究で、固定用官能基としてホスホン酸を修飾したRuCP2錯体配位子を酸化チタンナノ粒子へ固定化し、ナノ粒子型光増感剤として活用したところ、CoOxナノ粒子を酸化触媒とした場合では、RuCP2錯体では光酸素発生反応が駆動しなかったのに対して、ナノ粒子型光増感剤では光触媒的酸素発生の駆動が明瞭に確認された。一般的にナノ粒子への固定化では、固定化された分子の拡散速度が低下するため、光触媒活性は減少すると考えられるが、本研究で得られた結果はこれとは正反対であり、酸化チタンナノ粒子への電子注入により生成するRu(III)種の長寿命化が、光酸素発生反応を効率よく進行させたと考えられる。今後さらなる詳細な検討を行い、高効率に電荷分離を誘起可能なナノ粒子型光増感剤の開発を目指す。本研究の3カ年計画の次年度において、最も困難な課題として想定していた「水の酸化反応を駆動できるナノ粒子型光増感剤の開発」に一定の目処が立てられたことを考慮すると、当初の計画以上に進展していると判断して差し支え無いであろう。本研究は、申請者が見出してきたPt(II)、Ru(II)錯体配位子からなる発光性配位高分子を基盤として、1)配位モジュレーション法を用いたメゾスコピック領域へのダウンサイジング、2)光アンテナ系構築と電子正孔対の空間分割を目指した機能性分子の表面固定化、の2つを合成化学的アプローチの軸足に、メゾスコピック領域における光励起エネルギーダイナミクスの解明と制御法の開発を目的に研究を展開してきた。研究最終年度となる平成28年度では、方針1において、発光性Ru(II)配位高分子の合成過程に対して、ラウリン酸を配位モジュレーターとして用いることで、長さ500-1000 nm程度、厚さ10-30 nm程度の均一なナノ結晶を生成することを見出した。

興味深いことに、得られた配位高分子が3次元格子構造を有する場合には、バルク結晶とは著しく異なる水蒸気吸着特性を示す一方、2次元シート構造を有する場合には、バルク結晶と酷似した振る舞いを示すことを明らかとした。方針2では、水素発生触媒となるPt担持酸化チタンナノ粒子に対して、ホスホン酸基を有する発光性Ru(II)錯体配位子を表面へ固定化すると、Ru(II)錯体を1層固定化したナノ粒子よりも、Zr(IV)イオンを介して2層固定化したナノ粒子のほうが、光水素発生触媒能が3倍も増強されることを見出した。本反応において用いたRu(II)錯体のモル量は一定であり、担持しているPt触媒量も等しいことから、光吸収強度および水素発生過電圧に差は無いと考えられる。従って、2層固定化による増強効果は、励起子から電子と正孔を分離する効率が向上したことが主因と考えられる。この発見は、太陽光エネルギーからクリーンエネルギー源となる水素を生成する光電荷分離プロセスの改善に資するものであり、さらなる発展が期待できる有望な成果と言えよう。本研究では、フォトニクスの21世紀において、社会基盤を支える光機能性材料のさらなる高度化を志向し、光励起子ダイナミクスの制御法開発を目的に研究を展開した。発光性配位高分子結晶のメゾ結晶化により、バルク結晶とも分子状錯体とも異なる発光挙動を示すことを見出し、メゾ結晶形成が励起子ダイナミクスに大きく影響することが分かった。半導体ナノ結晶を用いた太陽光水分解触媒反応においては、増感ナノ結晶表面を覆う配位子が触媒-光増感剤複合体形成に深く関与すること、色素-半導体表面における界面電子移動反応では増感色素の多層化により、電荷分離効率が向上し得ることを見出し、励起子ダイナミクス制御法の基盤的知見を得た。本研究は3カ年計画で実施する予定であり、研究初年度に新しい配位高分子が得られたことは今後の研究発展にとって非常に重要な進捗だと言える。また光増感反応についても、静電相互作用が重要であることを見出しており、メゾスコピック領域における光反応性の開拓にむけて、有望な指針を得たと判断している。来年度は研究最終年度であることから、より高効率に光電荷分離を誘起可能なナノ構造の構築を主目的として研究を展開する。具体的には、1)酸化チタンナノ粒子表面における多分子層膜の形成、2)Agナノ粒子の埋め込み、など励起電子をナノ粒子内部へ迅速に移動させつつ光吸収効率の向上を目指して、異分子融合型ナノ集積体の構築を行う。錯体化学、光化学今後は新しく得られたLa(III)イオンを用いた配位高分子に対して、配位モジュレーション法を基本としてナノサイズ化を検討しながら、その光増感反応について各種分光測定や電気化学測定を駆使して解明していく予定である。それと平行して、架橋金属イオンがどのような影響を与えているのか?をさらに詳細に検討するべく、金属イオンの置換についても引き続き検討する。また新たに精密なナノサイズ化とそのサイズ効果の解明を目的に、シリカや酸化チタンなどの無機ナノ粒子を担体としたRu(II)錯体の固定、積層化についても着手する。新年度以降へ向けた予備予算の確保と、現在設計中の測定システム立ち上げ予算の確保を目的に、当該年度経費の約15%程度を研究最終年度へ繰り越した。新年度移行へ向けた予備予算を目的に初年度経費の10%程度を確保した。次年度経費を含めて、研究に必須な合成試薬等の消耗品とともに、測定システム立ち上げに必要な機材調達へ活用していく予定である。次年度経費と含めて、研究に必須な合成用試薬や測定用消耗品の購入などへ使用する予定である。
マグマ中ガス成分濃度測定に基づく噴火開始条件の解明

平成30年度は,伊豆大島火山1777年噴火,口永良部島火山1966年噴火,吾妻山0.6ka噴火のメルト包有物の二次イオン質量分析計(SIMS)測定結果の解析と電子線マイクロアナライザー(EPMA)測定を実施した。伊豆大島火山1777年噴火メルト包有物12個についてSIMSおよびEPMAを用いて得られた化学分析結果を解析し,同噴火マグマの揮発性成分濃度(H2O=1.4-1.9wt%、CO2<12316;0.02wt%, S=0.02-0.05wt%)を明らかにした.口永良部島1966年噴火メルト包有物13個のSIMSおよびEPMA測定結果を解析し、同噴火マグマの揮発性成分濃度(H2O=0.3-1.4wt%、CO2<0.02wt%, S<0.05wt%)を明らかにした.吾妻山0.6ka噴火メルト包有物12個のSIMSおよびEPMA測定結果を解析し、同噴火マグマの揮発性成分濃度(H2O=0.3-1.4wt%、CO2<0.02wt%, S<0.03wt%)を明らかにした.富士1707年,岩手1686年噴火噴出物のメルト包有物分析のための試料調整を行なった.これらの分析は令和元年度に実施する予定である.阿蘇火山中岳1979年,1989年および2014年噴火メルト包有物の化学分析結果をまとめ、その揮発性成分濃度からマグマの圧力、発泡度および密度を見積もり,2014年噴火のマグマ上昇過程と脱ガスマグマ量を考察した.この成果を論文にまとめ、国際誌(Earth, Planets and Space)の阿蘇火山特集号に投稿し、公表した.平成28年度に,西之島火山と九重火山を新たに研究対象として加えたことによって,平成30年度までに分析を予定していた3火山(諏訪之瀬島,浅間山,蔵王山)については分析できていない.研究対象の再設定と研究期間の延長を考慮する必要がある。本科研費推開始後に、研究対象として新たに西之島と九重火山を追加したため,当初予定していた噴火噴出物全てを本科研費研究期間内で実施するのは困難になった.そこで,試料の入手状況や分析進捗状況を考慮して以下のように研究対象を再設定する.令和元年度は,伊豆大島火山1777年噴火,口永良部島火山1966年噴火,吾妻山0.6ka噴火のマグマ揮発性成分濃度を元に各マグマの圧力を算出する。さらに、九重火山5.4kaおよび1.7ka噴火,富士火山1707年噴火,岩手山1686年噴火,浅間山1783年噴火についてSIMSおよびEPMA測定を実施し、マグマ揮発性成分濃度を決定するとともに、その結果からマグマ圧力を算出する。ただし、令和元年度内は、研究担当者(齋藤)が本部組織(研究関連部門)に主務として異動しているため(兼務で研究部門には残る)、研究業務に割く時間が限られる。このため、もし、上記の目標達成が困難と判断される場合は、本科研費研究の最終年度の1年延長を申請する。口永良部島火山が2015年5月に噴火したため,予定していた現地地質調査を中止した.そのため,メルト包有物分析には,産業技術総合研究所に保管してあった試料を用いた.桜島1914-15年噴火噴出物,阿蘇中岳1979年および1989年噴火噴出物,口永良部島1966年および0.2ka噴火噴出物を粉砕し,メルト包有物を含む斑晶を取り出した.斑晶を樹脂にマウントし,切断・研磨を行い,電子線マイクロアナライザー(EPMA)・二次イオン質量分析計(SIMS)兼用のメルト包有物分析用試料を作成した.金蒸着を行った後,EPMAおよびSIMS分析を実施した.阿蘇中岳について,1979年噴火メルト包有物7個と1989年噴火メルト包有物6個のEPMAおよびSIMS分析を実施した.その結果,主成分元素組成は安山岩(SiO2濃度57-62wt%)であること,H2O濃度が0.3-1.3wt%,CO2濃度が0.01-0.05wt%であることが明らかとなった.桜島1914-15年噴火については,メルト包有物13個のEPMAおよびSIMS分析を実施した.その結果,主成分元素組成はデイサイト&#12316;流紋岩であること(SiO2濃度68-72wt%),H2O濃度が2-3wt%,CO2濃度が0.01-0.04wt%であることが明らかとなった.口永良部島1966年噴火噴出物の岩石学的解析とメルト包有物8個のEPMA分析を行い,主成分元素組成がデイサイト&#12316;流紋岩であること(SiO2濃度69-75wt%)を明らかにした.H27年度に予定していた口永良部島火山のメルト包有物のSIMS分析はH28年度に実施する予定.その他は概ね計画通り進めている.

平成28年度は,試料として,阿蘇中岳1979年,1989年および2014年噴火噴出物,西之島火山噴出物,吾妻山0.6ka噴火噴出物他を用いた.西之島火山は当初の計画では研究対象では無かったが,2014-15年に活発なマグマ噴火があり,その噴火過程を知る上でマグマのガス成分濃度の情報が重要であるため,新たに研究対象とした.阿蘇中岳2014年噴火噴出物,西之島火山噴出物,吾妻山0.6ka噴火噴出物を粉砕し,メルト包有物を含む斑晶を取り出した.斑晶を樹脂にマウントし,切断・研磨を行い,電子線マイクロアナライザー(EPMA)・二次イオン質量分析計(SIMS)分析用に金蒸着を行った.阿蘇中岳2014年噴火メルト包有物6個,西之島火山メルト包有物11個,口永良部島1966年噴火メルト包有物5個,吾妻山0.6ka噴火メルト包有物5個について,EPMAおよびSIMS分析を実施した.阿蘇中岳について,1979年,1989年および2014年噴火メルト包有物18個のSIMS分析結果を解析し,同噴火マグマの揮発性成分濃度を決定した.この成果は,日本地球惑星科学連合2017年大会でポスター発表する予定である.西之島火山メルト包有物11個のEPMAおよびSIMS分析結果を解析し,主成分元素組成は安山岩-デイサイトであること,H2O濃度が0.5-6wt%と大きな濃度変動があること,CO2濃度が0.01wt%以下であることが明らかとなった.この結果は,火山学会2016年度秋季大会でポスター発表した.口永良部島1966年噴火メルト包有物および吾妻山0.6ka噴火メルト包有物のEPMAおよびSIMS分析結果の解析は2017年度に実施する予定である.本年度は,活発な噴火活動を2014-15年に行った西之島を新たに研究対象として加え,そのメルト包有物の分析を行い,マグマ中ガス成分の特徴を把握した.また,地質試料を入手した富士山と吾妻山(当初の計画では,平成29年度に実施予定)の研究に着手した.そのため,平成28年度に予定していた3火山(諏訪之瀬島,伊豆大島,浅間山)については平成29年度以降に実施予定である.平成29年度は,阿蘇中岳1979年,1989年および2014年噴火噴出物,吾妻山0.6ka噴火噴出物,伊豆大島1777年噴火噴出物について分析および解析を実施した.阿蘇中岳噴火メルト包有物18個について二次イオン質量分析計(SIMS)および電子線マイクロアナライザー(EPMA)を用いて得られた化学分析結果を解析し,同噴火マグマの揮発性成分濃度を決定した.この結果とH2OおよびCO2のケイ酸塩メルトへの溶解度の圧力依存性から,マグマ圧力を18-118MPa(深さ1-4km)と見積もった.この成果は,日本地球惑星科学連合2017年大会でポスター発表した.さらに,マグマの揮発性成分濃度からマグマの発泡度とマグマ密度を見積もり,2014年噴火のマグマ上昇過程を考察した.これらの結果をまとめ,国際誌(Earth, Planets and Space)の阿蘇火山特集号に2018年3月に論文投稿した.口永良部島1966年噴火メルト包有物5個,吾妻山0.6ka噴火メルト包有物5個について,EPMAおよびSIMS分析結果を解析した.その結果,口永良部島1966年メルト包有物については,主成分化学組成が流紋岩であること,H2O濃度が1wt%程度であることが明らかとなった.吾妻山0.6kaメルト包有物については,主成分化学組成が流紋岩であること,H2O濃度が2wt%以下であることが明らかとなった.SIMS分析済みの伊豆大島1777年噴火メルト包有物6個のEPMA分析を実施した.これらのEPMAおよびSIMS分析結果の解析は2017年度に実施する予定である.平成28年度に,西之島火山と九重火山を新たに研究対象として加えたことによって,平成28-29年度に分析を予定していた3火山(諏訪之瀬島,浅間山,蔵王山)については分析できていない.これらは平成30年度以降に実施予定である.平成30年度は,伊豆大島火山1777年噴火,口永良部島火山
エレクトロマグノン過程に伴うスピン波スピン流の生成理論

本研究は、誘電性と磁性が強い結合を示すマルチフェロイックス物質において、電気分極とスピンの結合を利用することで、特異なスピン波スピン流を誘起する機構を理論的に明らかにするを目的とする。新規のスピン波スピン流を提唱することで、将来的には、省電力エレクトロニクスへの応用技術の確立、発展につながることが期待される。特に、典型的マルチフェロイックス物質のひとつであるらせん磁性体におけるスピン波スピン流の伝搬について調べ、次のような成果を得た。(1)マルチフェロイックス物質に特有の、電場活性な磁気励起が、強磁性体のスピン波同様に、磁性体中を伝搬することを明らかにした。このような電場活性なスピン波伝搬は、スピンの振動に加えて、電気分極の振動を伴う。電気分極の振動モードから情報を取り出す機構の構築などにより、更なる研究発展につながることが期待される。(2)らせん秩序のスピン状態に外部磁場を印加することで、コーン状のスピン秩序(コニカル秩序)を誘起することができる。コニカル秩序相では、スピン波の伝搬が非相反性(進行方向の符号によりスピン波の伝搬が異なる。)を示すことを明らかにした。更に、外部磁場および外部電場によって、非相反性を制御することができることを示した。マルチフェロイックス物質であるらせん磁性体中のスピン波は、通常の強磁性体や反強磁性体中のスピン波とは異なる性質を示すことが明らかになってきた。特異な磁性を示す物質中のスピン波伝搬に関する理論を発展させることで、新たな研究発展につながることが期待される。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、強誘電と(反)強磁性が共存するマルチフェロイックス物質において、スピンと電気分極の結合を利用することで、スピン波スピン流を誘起する新しい機構を理論的に明らかにすることを目的とする。電気分極とスピンの結合を用いて、通常の磁性体中とは大きく異なる性質を示すスピン波スピン流を誘起する理論を確立することが、その性質を生かした省電力エレクトロニクスへの応用技術の確立、発展につながると期待されている。平成27年度は、対称性の低い結晶構造における、反対称スピン積と電気分極の結合に関する微視的機構を明らかにした。この成果を利用することで、電場活性なスピン波スピン流が生成可能となる条件が増加した。この結果は、単純な強磁性状態や反強磁性秩序状態でも電場でスピン波が誘起できることを示唆しており、新規スピン波スピン流の生成理論の構築につながることが期待される。一方では、典型的なマルテフェロイックス物質であるらせん秩序におけるスピン波スピン流の伝搬特性の解明のため、LLG方程式を数値的手法を用いた研究を行っている。磁性体の一部に、動的な電場や磁化を印加することで、スピン波スピン流の伝番特性を明らかにしている。平成28年度には、静的な外部磁場や電場で、磁気秩序状態を制御することで、スピン波スピン流の制御を行う可能性について研究を推進していく予定である。スピンと電気分極の結合機構に関する研究成果を論文として発表している。マルチフェロイックス物質におけるスピン波スピン流の生成機構に関する研究にもついても、既に成果が出はじめており、平成28年度に、研究を推進することで、成果を論文投稿可能となる予定である。以上のことより、おおむね順調に進展していると判断する。マルテフェロイックス物質の一部に、光を照射しマグノンを局所的に励起した際のスピン波スピン流の伝搬についてLLG方程式を数値的に解くことで、解析を行う。典型的なマルチフェロイックス物質であるらせん磁性体のスピン波スピン流の伝搬機構を明らかにすることで、新しいスピン波スピン流の生成機構構築を試みる。

数値計算で得られたスピン波スピン流の特性をまとめ、実験で観測するための手法、条件を明らかにし、新学術の研究グループ内の実験グループと共同研究を開始することで、新規スピン波スピン流の観測を目指す。28年度が最終年度であるため、記入しない。