hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非線形偏微分方程式の解析を利用したハミルトン力学系の研究

平成22年度の研究では、双曲型保存則方程式のエントロピー解とこれに同値なHamilton-Jacobi方程式の粘性解に対する、Lax-Friedrichs差分近似を確率論的方法で行うことに成功した。Lax-Friedrichs差分法による近似の収束証明は、通常、アプリオリ評価と関数解析の結果を用いて証明される。ここでは、その収束証明を、ランダムウォークの連続極限の結果を用いて行う。差分化された偏微分方程式は、「数値粘性」と呼ばれる拡散効果を持つ。この拡散効果が時間空間非一様ランダムウォークで特徴付け可能なことを示す。さらに、このランダムウォークの確率測度の時間空間連続極限に対する漸近挙動を詳しく調べることで、近似解の収束証明を行う。ここで必要となるランダムウォークは時間空間非一様なものであり、大数の法則や中心極限定理は一般に成り立たない。またここで用いる連続極限のスケールは「双曲型スケール」と呼ばれるものであり、よく知られたDonskerの定理に現れる「拡散型スケール」とは異なる。差分近似の確率論的取扱いにより、Lax-Oleinik半群による解の表示公式に相当する表示公式が差分解に対して得られる他、差分解と真の解との誤差評価や真の解に付随した特性曲線の近似なども可能となる。特にエントロピー解の近似の収束は、従来の方法で標準的なL1ノルムではなく、各点収束となる。これらの結果は、上述の双曲型保存則方程式またはHamilton-Jacobi方程式に対応するHamilton力学系が有するAubry-Mather集合の差分近似を行う上で重要な役割を演じる。Hamilton力学系の中心的問題の1つとして、「不変トーラスを探す研究」が古くからなされている。1950年代に登場したKAM理論は、摂動を受けた可積分系に対して、不変トーラス(KAMトーラス)の存在を保障する。KAM理論は一種の摂動論であるため、その適用範囲は限られる。1980年代に現れたAubry-Mather理論は、twist写像力学系に対して、不変トーラスに似た不変集合(Aubry-Mather集合)の存在を保障する。後にAubry-Mather理論はflow系に拡張された。これは変分法に基づいており、KAM理論とは異なる土台で展開される。不変トーラスの存在は、あるHamilton-Jacobi方程式の古典解の存在に対応している。一方、Hamilton-Jacobi方程式は一般には古典解を持ち得ないため、粘性解と呼ばれる弱解が考案されている。自然な問題として、KAM理論及びAubry-Mather理論とHamilton-Jacobi方程式の粘性解理論の関連を明らかにする必要がある。最近この分野は著しい進歩を続けている。その主流は変分法に基づく解析的な抽象論である。我々は2008年度を通して、この分野に数値解析的手法を与え、コンピューターによる数値シミュレーションを容易に行う方法を提案した。対象は2自由度Hamilton力学系で、これに対応するKAMトーラス・Aubry-Mather集合・Hamilton-Jacobi方程式の粘性解を差分法で構成した。特別な粘性解の構成が最大のポイントになるが、これはHamilton-Jacobi方程式を双曲型保存則に帰着させ、Lax-Friedrichs差分法において長時間挙動又はNewton法を利用することで可能となった。Aubry-Mather理論は、Hamilton力学系の周期・準周期軌道を乗せた不変集合である「Aubry-Mather集合」の存在を論じる。この理論においては、Hamilton-Jacobi方程式の周期的な粘性解とその解に対する変分法的表現公式が重要な役割を演じる。Aubry-Mather集合は粘性解の微分のグラフの部分集合として得られ、その上の周期・準周期軌道は変分法的表現公式におけるminimizing経路として得られる。本年度の研究目的は、Aubry-Mather理論に対する数値解析的な近似理論の構築であった。すなわち、近似の意味が数学的に明らかでありかつ計算機でシミュレーション可能な方法でAubry-Mather理論の対象物を取り扱うことであった。その方法として差分法を用いた。まず、Hamilton-Jacobi方程式の周期的な粘性解が、差分法による、周期的な差分解で近似できることを示した。さらに、その周期的な差分解に対する確率的変分的表現公式を与えた。この公式の概要は次の通りである:差分法を展開する格子上でベクトル場を与え、これに対応して始点をXとするあるランダムウォークを構成し、その経路全体の上で定義されたある汎関数を考える。この汎関数の期待値はベクトル場に依存して決まるが、その期待値のベクトル場に関する最小値が差分解の点Xにおける値となる。この確率的変分的表現公式を応用して、minimizingベクトル場に対応したランダムウォークの平均経路の力学的性質を明らかにした。本年度の研究によって、差分近似の格子サイズを止めるごとに、近似された対象物の間にAubry-Mather理論に類似の数学的構造を見出せることが明らかとなった。

差分化された偏微分方程式は、「数値粘性」と呼ばれる拡散効果を持つ。この拡散効果が時間空間非一様ランダムウォークで特徴付け可能なことを示す。さらに、このランダムウォークの確率測度の時間空間連続極限に対する漸近挙動を詳しく調べることで、近似解の収束証明を行う。ここで必要となるランダムウォークは時間空間非一様なものであり、大数の法則や中心極限定理は一般に成り立たない。またここで用いる連続極限のスケールは「双曲型スケール」と呼ばれるものであり、よく知られたDonskerの定理に現れる「拡散型スケール」とは異なる。差分近似の確率論的取扱いにより、Lax-Oleinik半群による解の表示公式に相当する表示公式が差分解に対して得られる他、差分解と真の解との誤差評価や真の解に付随した特性曲線の近似なども可能となる。特にエントロピー解の近似の収束は、従来の方法で標準的なL1ノルムではなく、各点収束となる。これらの結果は、上述の双曲型保存則方程式またはHamilton-Jacobi方程式に対応するHamilton力学系が有するAubry-Mather集合の差分近似を行う上で重要な役割を演じる。
細菌べん毛モーター回転方向制御機構の解明

細菌は運動器官であるべん毛を反時計回り(CCW)または時計回り(CW)方向に回転させて泳ぐ。FliG, FliM, FliNからなるスイッチ複合体はCリングを形成し、べん毛の回転方向の切り替えは走化性シグナルであるリン酸化CheYが結合することによって起こる。本研究ではモーターの回転方向制御の機構を理解するために、CCWまたはCWに偏った回転を示す変異体のCリング構造を極低温電子顕微鏡による単粒子解析で決定し、Cリング中のFliGの位置と配向を決定するためにラベル実験を行った。さらにリン酸化CheY結合型Cリングの構造解析も合わせて行い、回転制御機構の解明を目指す。細菌べん毛モーターの回転方向制御機構を明らかにするために、極低温電子顕微鏡による単粒子解析により回転方向の制御に関わるスイッチ複合体(Cリング)の構造解析を行う。特に回転方向変換時の構造変化を可視化するために左回転(CCW)または右回転(CW)に偏った回転を示す変異体のCリング付きフック基部体の高分解能構造解析と、回転反転スイッチであるリン酸化CheY (CheY-p)の結合したCリング付きフック基部体の構造解析を行い、それぞれの構造を比較することによって回転方向変換時の構造変化を可視化することを目的とする。本年度はこれまでに単粒子解析で決定したCCW型、並びにCW型基部体Cリング構造中のスイッチタンパク質FliGの配置情報を同定するために、回転子FliFとFliGの融合株と各種欠損融合株からの基部体の構造解析を行った。これらの変異体のうちFliF C末端とFliG N末端欠損融合株からの基部体の構造と昨年行ったFliGのN末端に蛍光蛋白質(フルオリン)を結合させた基部体の構造を比較することでCリングのインナーリングがFliGタンパク質の一部からなることが示された。並行してCheY-p結合型スイッチ複合体の構造解析を行うためにCheY-pと同等に作用することが知られている変異型CheY (D13K、Y106W)のC末端領域に蛍光タンパク質YFPを融合させたタンパク質の発現系の構築、並びに精製方法を確立した。このYFP融合型の変異体CheYを用いて、基部体との複合体をグルタルアルデヒドで固定することによってCheY-p結合型スイッチ複合体の再構成条件の検討を行い、CheY-p結合型スイッチ複合体を得ることができた。現在構造解析に向けて電子顕微鏡像を収集中である。本年度はCCW型、並びにCW型基部体構造の高分解能化に向けたデータ収集と解析方法の改良を行い、これによって以前の構造に比べて分解能が向上した。しかしその分解能ではすべてのスイッチタンパク質の結晶構造を当てるには不十分であった。そこで現構造から疑似原子モデル構築する時に各構成タンパク質の配置を正確に決めるためのラベル化複合体調製と解析を行った。FliGのN末端に蛍光蛋白質(フルオリン)を結合させた基部体の構造解析ではCリング構造上にフルオリン由来の密度が確認された。これは今後スイッチ複合体の擬似原子モデルを作成する際にFliGの位置を特定するために重要な位置ラベルとなる。並行してCheY-p結合型スイッチ複合体の構造解析を行うためにCheY-pと同等に作用することが知られている変異型CheY (D13K、Y106W)の精製方法を確立し、CheYは分子量が14KDaと小さく画像上で可視化が難しいため1.8 nmの金粒子でラベルした。現在この金粒子ラベル化CheY-pとCリングの複合体再構成条件の最適化を行なっている。これが確定出来ればリン酸化CheY (CheY-p)の結合したCリング付きフック基部体の構造決定ができ回転変化に伴う構造変化を議論することが可能となる。細菌べん毛モーターの回転方向制御機構を明らかにするために、極低温電子顕微鏡による単粒子解析により回転方向の制御に関わるスイッチ複合体(Cリング)の構造解析を行った。回転方向変換時の構造変化を可視化するために左回転(CCW)または右回転(CW)に偏った回転を示す変異体のCリングの能構造解析を行た。

両者の構造に大きな構造変化がみられたが、これらの構造の分解能は1.71.8nm程度であり、すべてのスイッチ蛋白質の位置と配向を決めることはできなかった。しかし、スイッチ蛋白質FliM、FliNはそれぞれCリングの外側の円筒の中央と下部領域に置くことができ、特にFliMは回転方向の変換時に配向が変化することを示した。スイッチ蛋白質FliGの配置はCリングの内側のリングと外側の円筒の上部からなると考えられていて、この領域はちょうど対称性のミスマッチが起きているため詳細な構造決定はできていない。そこで回転子FliFのC末端とFliG N末端の欠損融合株とFliGのN末端に蛍光蛋白質を結合させたCリング構造を比較した。この結果内側のリングはFliGのN末端領域から成り、N末端は内側のリングのさらに内側を向くことを示した。シグナル蛋白質CheY-p結合型Cリングの構造解析を行うため、CheY-pと同等に作用する変異型CheY (D13K、Y106W)のC末端に蛍光蛋白質YFPを融合し、このYFP融合型CheY/Cリング複合体の再構成条件の検討を行い、以前の報告と同様にYFP融合型CheYがCW型のCリングと複合体を形成できることを示した。得られたYFP融合型CheY/Cリング複合体の構造解析によってYFP融合型CheYと思われる密度がCリングの外側の円筒下部の外側に確認された。この結合位置は現在のFliMの配置でN末端領域付近にありN末端領域でCheYと相互作用するのに適している。構造生物学CCW型、並びにCW型基部体Cリング構造の高分解能化のための構造解析は継続して行っているが現在のところ大きな進展はない。スイッチタンパク質FliGの位置を同定するための実験ではFliF-FliG欠損融合型の基部体構造でCリング中のインナーリングが完全に消失したことと昨年構造を決定したFliG-フルオリン融合型の基部体の構造で新たな付加密度がインナーリングのさらに内側に確認できたことからFliGの一部がインナーリングを形成し、そのN末端はインナーリングの内側領域にあることが示唆された。しかし現在の構造ではインナーリングの分解能が低く既存の結晶構造を当てはめるまでには至っていない。CheY-p結合型スイッチ複合体の再構成に関してはCheY-pと基部体との結合が弱く効率のよい複合体形成条件を決定できなかった。またCheY-Pの分子量も小さいく、複合体に結合する分子数も少ないことから電気泳動等による複合体の再構成確認が難しかった。CheY-p結合型スイッチ複合体検出の効率を上げるために抗体の作成と、変異型CheYに蛍光蛋白質YFPを融合したタンパク質を作成した。YFP融合型の変異体CheYを用いて複合体再構成条件の検討を行ったところ、マイルドな固定化方であるGraFixを試みたがこの方法では複合体は確認されなかった。そこで低濃度のグルタルアルデヒドで予め複合体を固定した後複合体を精製する方法を試したところ基部体を含む画分にYFP由来の蛍光を確認することができた。現在この方法で作成した複合体を用いて電子顕微鏡による画像の収集を開始した。Cリングは個々の基部体(個々の画像)上で対称性のばらつきがあるために三次元構造の分解能向上を阻む。そこで、本年度はCCW、CW型の分解能を向上させるためにデータ収集を行い、それぞれ3万粒子と、2万5千粒子まで増やした。これらの画像をCリングの対称性(リングの直径)に従って分類し、それぞれの対称性ごとに解析した。
日本のアジア太平洋地域向け直接投資と開発輸入・逆輸入・貿易摩擦に関する実証研究

本研究は、関西地区の国際経済研究者を中心して、アジア経済と日米経済のリンケ-ジの実態について、理論的、かつ実証的に共同研究を積み重ね、しかも、しばしば、海外からの研究者や実務家を招いての共同研究会をも開催し、内外の研究者相互、かつ大学と実業界との対話や討論を継続してきたことに大きな特徴がある。平成元年度には、長崎県五島で夏に研究会合宿を開き、そこでの議論をベ-スにした研究成果が『アジア新工業化と日米経済』(東京大学出版会)である。それは、80年代におれる日本経済のグロ-バリゼ-ションがアジア経済の変貌、およびアメリカ経済とどのように関わるのかについて、共同で作業を進めてきたものである。そこで明らかになったことは、アジアNIESやASANの工業化の急展開と日本企業の対アジア進出がきわめて相関関係が深いということであった。つまり、85年のプラザ合意以降における円高の進行のなかで、日本企業のアジア投資が加速されたということである。しかし、その実態がとのようなものなのかについては、実務家からのヒアリングが貴重であり、それと論文や統計上との整合性の如何に論議を費やした。しかし、アジアへの投資が増大したとはいえ、日本の主要な海外直接投資が米国向けであることは変わらない。したがって、日米関係を抜きにして日本とアジアとの関係は説明がつかず、その相互関係の実態の把握に努めた。平成2年度は、以上のような研究成果にたって、シンポジウムによる研究討論に相当な時間を割いた。それによって、製造業においても、金融においても、日米経済とアジア経済との相互関係が深まっていることが確認された。また、米国やアジアの研究者との対話、討論をとおして、海外の日本経済研究の実際についても直接に聞くことができたことは、今後、研究を発展させていくうえで、大きな成果があった。本年度は月2回の定期研究会と並行しながら、4月の劉進慶・〓照彦両教授によるNIES、台湾経済の研究報告に始まり、56月の自動車の研究者や電気・電子関連企業の経営実務家による報告、7月のボ-ト・ピ-プルの漂着相次ぐ長崎県五島での研究会合宿を経て、912月の研究成果の論文化、相互批判・調整、90年12月の中国人研究者による中国の開放政策、ソ連・東欧問題の専門家によるソ連・東欧の経済改革など、現代世界経済のすべての問題領域を取り上げた。また、関西系電機メ-カ-からのヒアリングもおこなった。本年度の最大の研究実績は、大阪市立大学経済研究所編集の『アジア新工業化と日米経済』(東京大学出版会)の執筆・刊行であり、各研究分担者の研究成果をここに集大成した。その概要は次の通りである。まず1章では、ジャパン・マネ-、企業の海外進出、貿易による資本財・部品供給、以上のアジア新工業化に果す役割を解明する。25章ではアジアNIESの韓国、ASEANのタイ、フィリピン、南アジアのインドの4カ国の多様な経済発展、新工業化を考察する。すなわち2章では、貿易構造の変化を通して韓国の新工業化を、3章は外国資本、とくに日本資本の対タイ投資ラッシュを通してNIES型工業化への転換を、4章は政府開発援助(ODA)を通してフィリピンの新工業化への条件、その胎動を、5章はインド経済の自由化政策を通してNIESともASEANとも異なる独自の新工業化をそれぞれ考察する。6章はアジア新工業化へのファイナンスと香港・シンガポ-ルの金融市場の独自な役割を解明する。7章は、日米貿易摩擦と対米直接投資の実態と展望を、8章は、1章との対比において、アジア新工業化とアメリカ経済との関連を検討する。

本年度は、月2回の定例研究会と並行しながら、6月に2回、10月と11月にそれぞれ1回づつ、シンポジウムを行なった。6月は、カリフォルニア大学バ-クレ-校教授で一橋大学客員教授のリンカ-ン氏、および同助教授のガ-リック氏を招いて、日本の企業システムについてのシンポジウムをもった。米国における日本企業研究の現状と日米企業比較を中心に議論が行なわれた。6月の2回目は、経済学部の本多教授が発表した『韓国資本主義論争』(世界書院)について報告会、および批評会がもたれた。韓国経済論の現段階の詳細なサ-ベイが行なわれ、日本の戦前の資本主義論争との相違について議論がなされた。10月は、中国経済の激動の様子について、アジア経済研究所の加々美光行氏の渡航経験を交えて研究報告会がもたれた。11月は、ジャパンマネ-についてのシンポジウムで、久留米大学の井上伊知郎氏と東京銀行の内田昌廣氏を招いて、邦銀のグロ-バリゼ-ションと国際通貨制度の現状について論争が行なわれた。とくに、シンガポ-ル市場とオフショア市場との金利裁定取引の実態、および邦銀の国際取引の現段階の特徴、さらに円の国際通貨としての利用の程度について、実務家サイドと研究者サイドとの率直な見解が述べられ有意義な議論が行なわれた。その他、10月には、上海の復旦大学世界経済研究所のChen氏、ブルネイ大学のウォン氏が九州大学の徳永正二郎教授とともに訪問し、アジアへの日本からの直接投資の実態について研究会がもたれた。また、大阪市大経済研究所の中尾は89年12月から90年4月までの客員研究員(FRB)体験に基づいて米国における邦銀の実態について現地のヒアリングを中心とした報告を行なった。
房総半島における海食洞穴遺跡の研究

房総半島には,約50ヶ所の海食洞穴遺跡が所在している。それらは沼段丘(IIV)上に位置し、縄紋海進と地殻隆起現象をその立地から解明することができる。分析結果、縄紋海進は30m、隆起現象も25mであったことが判った。1.安房海食洞穴の調査・・・実施計画で予定していた館山市安房神社洞穴・佐野洞穴については、地権者の同意や所在場所が確認できなかったため、改めて分布調査を実施した【8月】。富津市城山洞穴、館山市出野尾洞穴の現地調査と出土遺物の再整理を行った【10月・11月】。2.安房海蝕洞穴遺跡の出土遺物の再整理館山市大寺山洞穴・勝浦市本寿寺洞穴・長衛兵洞穴・こうもり穴洞穴の出土遺物の再整理(千葉大学考古学研究室の過去の発掘調査分)3.安房海蝕洞穴遺跡の分布図作成・文献リストの作成4.各地域の関連調査・・・長野県鳥羽洞穴・県下の山の洞穴遺跡の調査(5月)。富山県氷見洞穴の現地調査及び遺物の調査(7月)。宮城県五松山洞穴の現地調査及び遺物の調査(8月)長崎県福井洞穴及び壱岐・対馬のト骨の調査(9月)奈良文化財研究所において文献調査・打ち合わせ(10月)本年度は、房総半島の海食洞穴遺跡の基礎的データの収集および他地域の関連海食洞穴や山岳部における洞穴遺跡のデータの収集・調査を実施した。また、館山市所在の出野尾海食洞穴遺跡の発掘調査を実施した(7月21日28日)。本海食洞穴遺跡は館山平野の谷津部に立地しており、海から3km離れた最奥部の海食洞穴遺跡である。1954(昭和29)年、千葉大学教授であった神尾明正教授の指導の下、県立安房第一高等学校(現安房高等学校)によって発掘が行われたが、その概要は『館山市史』に記載されたのみで、その実態が不明であった。今回の発掘調査で、標高が22.5mを測り沼1面に形成された海食洞穴であることが判明した。また貝の生痕化石から、海進時の海面は標高26mに及んでいることが確認された。遺跡の開始時期は縄紋時代前期末「十三菩提式」期であることが確定した。房総半島、安房の地域は完新世の後氷期の温暖化に伴う縄紋海進によって、多くの海食洞穴が形成されている。海進後、今度は地殻隆起によって4つの海岸段丘(沼IIV)が形成され、各段丘には海食洞穴がつくられている。また、激しい隆起現象によって、縄紋海進時によって、縄紋海進時に海底に沈んだ遺跡(沖ノ島遺跡)が再び陸上の現れる。他の地域では確認することができない海底遺跡が、現在陸上で発掘できる希有な地域である。こうした海水面変動や隆起現象を海底遺跡や海食洞穴遺跡の立地から,その実態や海食洞穴の利用の変遷を明らかにすることができた.本年度は、最終年度に当たり以下の点を総括した。1.富津市城山海食洞穴の遺物再整理と報告書の準備。2.琵琶湖の海水面変動と遺跡の立地関係(粟津湖底遺跡・相谷熊原遺跡)3.長崎県雲仙市筏遺跡・百花台遺跡の立地および遺物の調査4.名古屋市平出町遺跡出土の舟形木棺5.段丘形成(沼IIV)と遺跡利用・廃棄時期の検討安房の海食洞穴遺跡を把握する上で、最奥部に立地する出野尾海食洞穴遺跡の実態を解明した意義は大きい。これらを相対化し縄紋海進、地殻隆起、海食洞穴の使用時期等、総合的な理解の目途がたった。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、安房の海食洞穴の地質学的成果、縄文海進の実態、海食洞穴の開始時期および性格について、各分野の専門家を集め、シンポジウム開催をした。
セロトニン系とｍＴＯＲ系の情報伝達の交差：自閉症モデル動物における病態とその治療

自閉症の病態を脳内シグナル伝達の異常として把握し、薬物治療(分子標的療法)のモデル動物系を構築するための橋渡し研究を行った。自閉症を合併しやすい常染色体優性遺伝性疾患である結節性硬化症のモデルマウス(Tsc1およびTsc2遺伝子ノックアウトマウス)の社会的相互作用の障害(自閉症の中核症状)、mTOR阻害薬によるその改善を観察し、分子基盤を解明した。Tsc2変異がTsc1変異より重症となりやすいことをモデルマウスにおいて再現した。結節性硬化症(TSC)は、TSC1またはTSC2遺伝子の機能喪失変異を原因とする常染色体優性遺伝疾患で、自閉症の主要な基礎疾患のひとつである。本研究の予備実験においてTsc1+/-マウスとTsc2+/-マウスの両者が自閉症モデル動物として優れており、トランスレーショナルリサーチに最適であることが判明したため、本研究ではこれらを主たる対象とした。マウスを用いた研究によって、mammalian target of rapamycin (mTOR)の活性化がTSCにおける自閉症の原因となることが明らかとなった。ヒトではTSC2変異例に重症例および自閉症の合併例が多いが、その理由は不明である。そこで平成25年度はTsc1およびTsc2のヘテロ欠失マウスにおける自閉症様行動に差があるか、行動実験によって検討した。方法としてTsc1+/-マウスとTsc2+/-マウスを交配し、野生型マウス、Tsc1+/-マウス、Tsc2+/-マウスおよびTsc1-Tsc2ダブル欠失マウス(TscD)を得た。このマウスに対して、social interaction test(SIT)、3-chambersocialapproach task(3CST)、self-groomingtest(SGT)を行った。ラパマイシン(5 mg/kg)は1日1回、2日間腹腔内投与し、24時間後にSIT、3CSTを行った。その結果、変異マウスはいずれも、SITにおける新奇マウスへの探索時間減少、3CSTにおける後から提示したマウスへの探索時間減少、SGTにおけるself-groomingの増加を示した。3CSTで新奇マウスとケージメートを同時に提示すると、Tsc1+/-マウスは新奇マウスへの選択性が低下し、Tsc2+/-およびTscDマウスは両者を区別できなかった。SITと3CSTの異常は、ラパマイシン投与後に正常化した。以上の結果から、Tsc2+/-マウスにおいて自閉症様行動が重症化することを初めて見出した。今後の研究では、この重症化の機序を解明したい。結節性硬化症は自閉症の基礎疾患となる単一遺伝子病の中で頻度が高く、自閉症患者の約1%を占める。結節性硬化症は自閉症を合併しやすく、過半数の患者に自閉症症状が認められる。結節性硬化症の原因遺伝子TSC1とTSC2の蛋白産物はmTOR細胞内情報伝達系に属し、細胞の成長・増殖・死、代謝(栄養)、免疫(炎症反応)のほか知能・社会性などの脳機能を調節する。本研究では結節性硬化症モデル動物であるTSC1およびTSC2ノックアウトマウス(成獣)に対し行動解析を行ったところ、新奇マウスに対する探索行動の減少、立ち上がり行動の増加という社会的相互交流障害が認められ、自閉症の中核症状である対人関係障害に該当すると考えられた。これらのマウスに対しmTOR阻害薬ラパマイシンを投与すると、上記の行動異常が改善して野生型と差がなくなった。つぎに2型モデルマウスの脳内の遺伝子発現と蛋白リン酸化状況を調べたところ、mTOR系の複数の因子(G3k3b、Mapk1、Ulk1、Eef2k、Deptor)の遺伝子発現に異常が生じており、下流のS6K蛋白のリン酸化が亢進していたが、これらの異常もラパマイシン投与後に正常化した。以上からラパマイシンによる行動の改善は、mTOR系の機能の正常化を介したものと判明した。従来、ヒト自閉症患者の中核症状(対人関係障害など)を改善する薬物はなかった。本研究によりmTOR系機能異常(TSCに代表される)を背景とする自閉症スペクトラムに対するmTOR阻害薬(ラパマイシンおよびラパログ)を用いた新たな薬物療法の可能性が拓かれ、トランスレーショナルリサーチとしての意義はきわめて大きい。当初の計画では、平成24年度にSERT変異マウスを用いた実験を主として行い、セロトニン系異常のモデル動物におけるmTOR系の解析を行う予定であった。しかし予備実験においてTSC1およびTSC2ノックアウトマウスというmTOR系異常のモデル動物でめざましい結果が得られたことから、計画を一部変更して、同年度はこれらマウスにおける行動解析と遺伝子・タンパク解析に集中した。その結果きわめて有意義な所見を得て一流学術雑誌に論文を掲載するとともに、新聞・雑誌による報道によりその成果を広めることができた。平成25年度は当初の研究計画に沿ってSERT変異マウスを用いた実験を再開する。

また平成24年度に大きな成果を挙げた結節性硬化症マウスの研究に関してはTSC1およびTSC2のダブルノックアウトマウスの解析、幼若マウスにたいするmTOR阻害薬の効果など、従来の成果をさらに大きく発展させるための研究を新たに企画する。平成24年度における研究計画の変更(SERT変異マウスの実験を延期し、結節性硬化症マウスの実験に集中した)にともない、当該年度中の物品費の必要額が減少したため繰越金が発生した。SERT変異マウスに関しては、当初平成24年度に計画していた実験も含めて平成25年度内に集中して施行することとしたので、上記繰越金もその目的に沿って使用する。
エネルギ-貯蔵システムのシミュレ-ションソフトウェアの開発

近年のCO_2による地球温暖化やフロンによるオゾン層破壊などの、いわゆるグロ-バルな環境問題は、時間スケ-ルの大きい、国際性を有する問題であり学問的レベルに留まらず政治的レベルの解決が迫られている。とりわけ、地球温暖化の問題は、CO_2排出の低減対策を早急に講ずる必要があり一時を争う最重要課題となりつつある。本研究を開始した1988年頃からこのような方向が明確となってきた。本研究は、種々のエネルギ-機器およびシステムの性能を飛躍的に向上させる方法を提案しシミュレ-シヨン手法を呈示したもので、結果的に1次エネルギ-の入力を低減し、CO_2の排出量を抜本的に減少させる効果を期待できる。本研究により次のような成果をえた。(1)従来、単体(single component)としてのみ用いられてきたエネルギ-システムに、熱源システムや貯蔵システムを機能的に組み込むことにより、総合効率を格段に向上させる新システムを提案した。(2)使用目的に応じた具体的高性能エネルギ-システムを構築し、そのオペレ-ションモ-ドなどを明確にするとともに、その性能を予測するコンピュ-タソフトウェアを開発した。(3)上記(2)において開発したソフトウェアを用い、具体的システムについてシミュレ-ションを行い、パラメトライゼ-ションを行うことによりシステムのオプティマルデザインを行った。(4)とくに、潜熱エネルギ-貯蔵システムのカプセル内の蓄熱過程について実験および数値シミュレ-ションによって、相変化過程を明らかにし、最適設計を行った。初年度は、プロトタイプの高効率エネルギー貯蔵システムを構成する熱源、蓄熱タンク、および潜熱カプセルの設計などの研究を行った。項目別に概要をまとめると次のようになる。1.熱源(集熱)システムのシミュレーション解析と実験的検証(1)太陽熱集熱過程のシミュレーションソーラーコレクタを用いた集熱過程のシミュレーションプログラムを開発し、東北大学にある既存のシステムによる実験結果と対比しプログラムの妥当性を調べた。(2)垂直地中パイプを用いた熱源システムの実験と解析地中熱ヒートポンプシステムにおける地中パイプの熱交換性能を調べるため、地中パイプを試作し熱取得の実験を行うとともに、数値解析を行い、高性能地中パイプの設計指針をえた。2.潜熱蓄熱システムのシミュレーション設計ヒートポンプの成績係数(COP)を向上させるためには、高性能高密度エネルギー貯蔵サブシステムが必要となるが、初年度は、主に球カプセルなどの、いわゆるカプセル型の潜熱蓄熱システムの貯蔵性能を決定するカプセル内の蓄熱および放熱プロセスの解明を実験およびコンピュータシミュレーションにより行った。3.球カプセル蓄熱タンクの蓄・放熱性能の実験容量が1m^3の蓄熱タンクに球カプセルを20000個充填し、潜熱蓄熱放熱の実験を行い、その性能を明らかにした。次年度は、本年度の結果をもとに、高効率エネルギー貯蔵システムを構築し、その設計手法をシュミレーションにより確立したい。近年のCO_2による地球温暖化やフロンによるオゾン層破壊などの、いわゆるグロ-バルな環境問題は、時間スケ-ルの大きい、国際性を有する問題であり学問的レベルに留まらず政治的レベルの解決が迫まられている。本研究は、種々のエネルギ-機器およびシステムの性能を飛躍的に向上させる方法を提案しシミュレ-ション手法を呈示したもので、結果的に1次エネルギ-の入力を低減し、CO_2の排出量を抜本的に減少させる効果を期待できる。(1)従来、単体(Single component)としてのみ用いられてきたエネルギ-システムに、熱源システムや貯藏システムを機能的に組み込むことにより、総合効率を格段に向上させる新システムを提案した。

(2)使用目的に応じた具体的高性能エネルギ-システムを構築し、そのオペレ-ションモ-ドなどを明確にするとともに、その性能を予測するコンピュ-タソフトウェアを開発した。(3)上記(2)において開発したソフトウェアを用い、具体的システムについてシミュレ-ションを行い、パラメトライゼ-ションを行うことによりシステムのオプティマルデザインを行った。(4)とくに、潜熱エネルギ-貯蔵システムのカプセル内の蓄熱過程について実験および数値シミュレ-ションによって、相変化過程を明らかにし、最適設計を行った。
活性化アルミ微粒子と水との反応を利用した非常用水素発生源の開発と燃料電池への応用

これまでに設計した水素発生制御のファジィルールを簡略化し,より簡単な制御系で反応器内圧を一定の範囲に保つ制御系の設計を行った。100[W]の燃料電池に電子負荷を接続し,種々の負荷変動に対応できることを確認した。初年度に試作した1[kW]燃料電池用の水素発生装置では,反応器内の温度と圧力が急激に上昇することにより,配管のチューブの変形・破裂を招いたことから,燃料電池を駆動するのに十分な水素が得られなかった点を改良した。具体的には,発生容器を表面積の大きなものに作り変え,配管の一部をステンレスに変更した。さらに,高温の水素ガスを冷却するためのラジエータを並列に設置することで,ガスの冷却効果を高めるとともに必要な水素ガス流量を確保することができるようになった。また,自動制御だけでなく,手動で水素発生の調節ができるように足踏みポンプを併設し,余計な電力を使うことなく水素発生できるように改造した。1[kW]の燃料電池には発生させた水素を供給し,DC-DCコンバータあるいはDC-ACインバータを介して種々の負荷に接続し,駆動実験を行った。活性化Al微粒子の反応モデル構築に関しては,平成29年度に構築したmapによる連想配列プログラミングに基づいた結果よりも,さらに強い相関を示す温度パラメータを有する連想配列プログラムの作成を行った。その結果,実際の水素発生反応に定性的に近い反応を模擬できることが分かった。計画では,平成30年度は主に電力マネジメントシステムの開発を行う一方で,電力に余裕がない場合にも使用するために手動での操作が可能な水素発生システムを完成させる予定になっていた。1[kW]燃料電池に発生させた水素を供給して,DC-DCコンバータあるいはDC-ACインバータを介して種々の負荷に接続して駆動実験を行ったものの,最大で800[W]までの駆動が確認できた。手動での操作は可能になっているが,当初の計画よりも「(3)やや遅れている」と判断している。主な原因としては以下のようなものが挙げられる。1水素発生は十分だが,燃料電池出力は十分に得られなかった。原因は1[kW]の燃料電池での水素漏れであり,修理中である。100[W]燃料電池でも出力端子が破損してしまい,現在修理中である。2水素発生特性を見直してファジィルールを簡単化し,より制度良く水素発生制御できるようになった。3DC-DCコンバータあるいはDC-ACインバータを接続して,電力供給実験を行ったが,供給可能な電力は燃料電池出力の80%以下になってしまうことが確認でき,電力マネジメントシステムを再考中である。1およびに2ついては,燃料電池の修理を待って実験を行う予定である。3については,走行中の自動車への電力供給ではなく,避難所等で停車中に種々の負荷に電力供給するシステムを検討中である。一方で,活性化Al微粒子の反応モデル構築については,29年度作成したプログラムの問題点について検討し,内部方向への亀裂成長速度と表面方向への亀裂成長速度との割合を温度により変化させることとした。実測値との比較から,温度ごとの内部方向へのき裂成長速度パラメータを決定したモデルを構築した。その結果,前年度よりも亀裂成長量と水素発生の関係についてより相関が強いことが確認できた。現在論文を執筆中であるが,「(3)やや遅れている」と判断した。1水素発生システムの改良と水素発生制御系の評価:平成30年度に改良した水素発生装置を用いて水素発生制御実験を行う。2活性化アルミニウム微粒子の反応モデル構築:定性的な反応傾向を実現できるモデルが完成したので,実験に基づいてパラメータ調整を行うことで,より実際の反応に近いモデル構築を目指す。特に,反応の時間変化を適切に考慮することが大きな課題となっており,検討する予定である。3電力マネジメントシステムの試作・接続:具体的な負荷を想定し,負荷への供給と自動車への充電を適切に切り替えるための電力マネジメントシステムの設計・実装を行う。具体的には携帯電話やスマートフォンを複数台接続して充電し,必要に応じて炊飯器や電気ポットなどの生活家電を駆動するためのシステム構築を目指す。水素発生制御のファジィルールを見直し,反応器内圧の変動がより小さい範囲に落ち着くような制御系を実装でき,100[W]の燃料電池を搭載した小型電動車両の走行実験により有効性を確認した。その成果については,国際会議で発表し,査読を経て論文として掲載された。現在は温度を考慮した制御系を設計中である。新たに,1[kW]燃料電池用の水素発生装置を試作し,トヨタコムスに搭載し,その特性試験を行った。発生した水素で,750[W]の負荷まで駆動することができたが,発生規模を大きくしたことから想定していなかった問題が明らかになった。具体的には,反応器内の温度と圧力が大きくなりすぎ,配管に使用していたチューブが変形したり,破裂したりした。さらに,急激な温度上昇が反応を加速し,20分程度でほぼすべての活性化アルミ微粒子が反応を終えてしまい,燃料電池を駆動する十分な水素が得られなくなってしまった。また,反応装置全体の体積が大きくなったことから,燃料電池接続前に十分に空気を排出する必要があることがわかった。発生装置の構成材料を含めて検討する課題がでてきた。活性化Al微粒子の反応モデル構築に関しては,粒子1つのミクロ的な反応のシミュレーションのモデル基盤を構築することできた。

これまでは,反応器内の微粒子全体をマクロなモデルとして扱ってきたのに対して,微粒子表面のき裂や粒子径が異なる個々の微粒子の反応特性を扱うことができるようになった。すなわち,1つの粒子に生成されている多数のき裂から水が侵入することを想定し,微粒子表面のき裂数と粒子径を変数として与え,水の侵入による水素発生のシミュレーションを行った。その結果,定性的に実際の反応特性に近い結果が得られた。計画では,平成29年度は,水素発生制御系設計と反応モデルの構築,水素発生装置の小型軽量化を中心に行う予定になっていた。新たに製作した水素発生装置は,小型軽量化を目指したものの発生の規模が大きくなったことから,一部の取り組みについて当初の計画よりも「(3)やや遅れている」と判断している。主な原因としては以下のようなものが挙げられる。1水素発生の規模が大きくなったことから,新たに試作した小型化した発生装置では,反応時の温度と圧力が急激に上昇し,配管等に不具合が生じ,それらの材料も含めた再検討が必要となったこと2ファジィルールの変更により,精度良く水素発生の制御ができるようになったものの,1で述べたように新たな発生装置での温度と圧力の上昇が大きくなったことから,使用するルールの見直しが必要となったこと1については,製造を依頼したハイドロデバイスと協議・実験を重ねており,平成30年度7月までに装置を改良する予定となっている。2については,現在種々の条件下での水素発生特性を測定中であり,ファジィメンバシップ関数を作成するための基礎データを取得中である。一方で,活性化Al微粒子の反応モデル構築については、複数のデータをまとめて管理するデータ構造の1種であるmapによる連想配列をプログラミングにより構築した。現在は、粒子径を変数、き裂数を定数として与えた状態で,水の侵入と水素発生のシミュレーションを実施している。当初の計画では,平成29年度内にき裂数を変数にした場合も完了している予定であったので、これについても「(3)やや遅れている」と判断した。これまでに設計した水素発生制御のファジィルールを簡略化し,より簡単な制御系で反応器内圧を一定の範囲に保つ制御系の設計を行った。100[W]の燃料電池に電子負荷を接続し,種々の負荷変動に対応できることを確認した。初年度に試作した1[kW]燃料電池用の水素発生装置では,反応器内の温度と圧力が急激に上昇することにより,配管のチューブの変形・破裂を招いたことから,燃料電池を駆動するのに十分な水素が得られなかった点を改良した。具体的には,発生容器を表面積の大きなものに作り変え,配管の一部をステンレスに変更した。さらに,高温の水素ガスを冷却するためのラジエータを並列に設置することで,ガスの冷却効果を高めるとともに必要な水素ガス流量を確保することができるようになった。また,自動制御だけでなく,手動で水素発生の調節ができるように足踏みポンプを併設し,余計な電力を使うことなく水素発生できるように改造した。1[kW]の燃料電池には発生させた水素を供給し,DC-DCコンバータあるいはDC-ACインバータを介して種々の負荷に接続し,駆動実験を行った。
貝類養殖における害虫多毛類の誘引・着底・穿孔のメカニズムとその起源を探る

貝類養殖の害虫である穿孔性多毛類は,幼生が宿主となる貝類に選択的に着底し,貝殻に穿孔して内部に侵入するという興味深い共生生態を示すため,共生生活の確立(宿主への幼生の誘引)や宿主への生理的適応(貝殻への穿孔)という観点から進化生物学的に興味深い研究材料である。本研究では,網羅的発現遺伝子解析により,宿主からの誘引物質を認識するための幼生の嗅覚受容体の特定と,穿孔(酸分泌)の分子メカニズムの解明を行う。同時に,分子系統解析により穿孔性の獲得に至る系統進化のプロセスを推定することで,誘引物質に対する嗅覚受容体や酸分泌メカニズムの起源とその進化プロセスを探る。
部分構造合成理論に基づく部材・構面・建物全体の微動振動モードと損傷の新同定法

本研究の目的は、構造解析学で構築された部分構造合成理論に基づいて、部材単体の振動モードと剛性を建物の微動データから効率的に同定する方法(FDD部分構造合成法)を提案すること、部材の損傷を検知する方法を提案することである。このために、1FDD部分構造合成法の提案、2FEM解析によるFDD部分構造合成法の検証、3振動台実験と微動測定によるFDD部分構造合成法の検証、4被災建物の全体振動モードと部分構造単体の振動モードの同定、5部分構造の損傷検出手法の提案と検証、6被災建物の損傷検出、である。実施項目1に関しては、昨年度と同様に、FDD部分構造合成法の検討と改良を基本理論に遡って行った。実施項目2、実施項目4、実施項目5、実施項目6に関しては東北大学人間環境系建物について竣工時、耐震改修直前モデル、耐震改修直後の計3種類の3次元FEMモデルを作成し、東京理科大学葛飾校舎については微動測定を新たに行い、FDD部分構造合成法で合成した振動モードとFEMの振動モードの比較を行い、FDD部分構造合成法の検証、損傷検出手法の検討を行った。実施項目3に関しては、振動台実験方法について検討を行った。スウェイ率・ロッキング率・弾性変形率の損傷前後の変化を調べた結果、損傷によりスウェイ率・ロッキング率が上部構造の損傷により低下し、逆に弾性変形率が上昇していることから、スウェイ率・ロッキング率・弾性変形率が変形(剛性)に基づく損傷検出の指標になることが分かった。梁と床スラブの損傷につて調べた結果、床スラブの上下振動は卓越振動がスラブの場所で異なり、かつ、複雑な振動モード特性であることから、床スラブの損傷検出については更なる検討が必要であることが分かった。梁の損傷検出については、曲げ変形より軸変形の変化に着目するのが良いことが分かった。このために、1FDD部分構造合成法の提案、2FEM解析によるFDD部分構造合成法の検証、3振動台実験と微動測定によるFDD部分構造合成法の検証、4被災建物の全体振動モードと部分構造単体の振動モードの同定、5部分構造の損傷検出手法の提案と検証、6被災建物の損傷検出、を実施する計画である。初年度では1、2、4に関して研究を行った。1に関しては、同定した部分構造の振動モードを合成する方法を展開し、微動測定データを使ってこの方法の問題点を検討した。合成が上手くできない場合もあったことから、合成法の改良が必要であった。2と4に関しては、はじめに、建物の微動測定データを使い全体振動モードを同定し、また、部材の振動モードなどの振動特性を調べた。地盤と建物の連成振動が振動モードに影響を与えていた建物が見つかり、提案法の精度向上には地盤と建物の連成振動の考慮が必要であった。部材の振動特性については、耐震壁側柱、柱、床組みについて調べた。同一形状の部材でも、配置された箇所(階、通り)の異なると高振動数側の卓越振動数に違いが見られ、また、損傷を受けると卓越振動数が低下することが認められたことから、高振動数領域での振動モードを使って損傷同定が可能と思われた。FEM解析によるFDD部分構造合成法の検証を行うために、東北大学人間環境系研究棟などの建物の3次元FEMモデル(柱と梁は3次元ビーム要素、壁と床スラブはシェル要素)を作成した。また、地盤と建物の連成振動を考慮するために、建物の立地している青葉山の3次元FEMモデル(平面:約3km×2km、高さ:120m)を作成した。1FDD部分構造合成法の提案については、一つの手法を提案した。ただし、手法の改良を行う必要があり、地盤と建物との連成振動を考慮した合成法も提案することが重要と思われた。2FEM解析によるFDD部分構造合成法の検証はFEMモデルを作成した。今後は、合成法の提案と同時に手法の検証を行う。提案手法が十分な精度を有していない場合には、問題点を明らかにし、手法を改善できるようにしたい。3振動台実験と微動測定によるFDD部分構造合成法の検証は、2年度目から着手する。4被災建物の全体振動モードと部分構造単体の振動モードの同定は実施し、研究実績の概要に述べた通り、合成法の提案に有効な知見が得られた。2年目以降も継続的に検討を行う。5部分構造の損傷検出手法の提案と検証、6被災建物の損傷検出は2年度目から着手する。以上のことを踏まえて、初年度の進捗状況は概ね予定通りと思わる。本研究の目的は、構造解析学で構築された部分構造合成理論に基づいて、1)建物の微動データから部材単体の振動モードと剛性を効率的に同定する方法(FDD部分構造合成法)と、2)部材の損傷を検知する方法を提案することである。研究計画で実施する項目は、1FDD部分構造合成法の提案、2FEM解析によるFDD部分構造合成法の検証、3振動台実験と微動測定によるFDD部分構造合成法の検証、4被災建物の全体振動モードと部分構造単体の振動モードの同定、5部分構造の損傷検出手法の提案と検証、6被災建物の損傷検出、である。

実施項目1に関しては、昨年度と同様に、FDD部分構造合成法の検討及び改良を基本理論に遡って検討を行い、実施項目2に関しては、東北大学人間環境系建物、東北大学免震実証建屋、東京理科大学研究棟の3次元FEM解析モデルの作成または改良を行い。実施項目3に関しては、模型試験体の設計及び測定計画の立案を行い、東京理科大学研究棟の微動測定を実施した。実施項目4に関しては、昨年度の結果を細かく検討するために、葛飾キャンパス・研究棟の微動データの分析を行い、FDD法で得られる振動モードは地盤と建物の連成系の振動モードであることを理論と実測により明らかにした。実施項目5に関しては、人間環境系建物及び免震実証建屋の微動データを使って、大梁の曲げ撓み及び軸変形の伝達特性について調べ、軸変形については振動数2030Hzあたりで軸変形が著しく増大する大梁があり、この増大は損傷と関係する可能性があること指摘し、曲げ撓みについては、たわみが増大する振動数は大梁間での増大率に違いがみられ、損傷との関係の解明が課題となった。FDD法で同定した振動モードが地盤と建物連成系のモードであることを実測と理論により明らかにしたことはFDD部分構造合成法の提案からみると前進した。また、曲げ撓みと軸変形の伝達特性を調べた結果、20Hz以上に存在する卓越振動数が部材の損傷と関係する可能性を見出したことも成果である。しかし、振動台実験と免震実証建屋の微動測定が本年度実施できず、来年度になった点で少し遅れいていると判断した。本研究の目的は、構造解析学で構築された部分構造合成理論に基づいて、部材単体の振動モードと剛性を建物の微動データから効率的に同定する方法(FDD部分構造合成法)を提案すること、部材の損傷を検知する方法を提案することである。このために、1FDD部分構造合成法の提案、2FEM解析によるFDD部分構造合成法の検証、3振動台実験と微動測定によるFDD部分構造合成法の検証、4被災建物の全体振動モードと部分構造単体の振動モードの同定、5部分構造の損傷検出手法の提案と検証、6被災建物の損傷検出、である。実施項目1に関しては、昨年度と同様に、FDD部分構造合成法の検討と改良を基本理論に遡って行った。実施項目2、実施項目4、実施項目5、実施項目6に関しては東北大学人間環境系建物について竣工時、耐震改修直前モデル、耐震改修直後の計3種類の3次元FEMモデルを作成し、東京理科大学葛飾校舎については微動測定を新たに行い、FDD部分構造合成法で合成した振動モードとFEMの振動モードの比較を行い、FDD部分構造合成法の検証、損傷検出手法の検討を行った。実施項目3に関しては、振動台実験方法について検討を行った。スウェイ率・ロッキング率・弾性変形率の損傷前後の変化を調べた結果、損傷によりスウェイ率・ロッキング率が上部構造の損傷により低下し、逆に弾性変形率が上昇していることから、スウェイ率・ロッキング率・弾性変形率が変形(剛性)に基づく損傷検出の指標になることが分かった。梁と床スラブの損傷につて調べた結果、床スラブの上下振動は卓越振動がスラブの場所で異なり、かつ、複雑な振動モード特性であることから、床スラブの損傷検出については更なる検討が必要であることが分かった。梁の損傷検出については、曲げ変形より軸変形の変化に着目するのが良いことが分かった。当初の計画通りに研究を実施する。2年目は、3振動台実験と微動測定によるFDD部分構造合成法の検証を中心に研究を行う。1では手法の改善を試み、4被災建物の全体
周期的ナノ空間に閉じ込められた4f電子が可能にする新奇特性の探索

当初計画に従い、(a)興味深い特性が期待されながらこれまで純良単結晶が育成できずに特性評価が遅れているSm及びYb系の充填スクッテルダイト化合物と、(b)新奇特性が期待できるカゴ状構造を持つ物質群の、二つの系について、単結晶を育成し基礎物性評価を進めた。(a)SmRu_4Sb_<12>を除き、残されたSm系(SmTr_4As_<12>:Tr=Fe,Ru,Os)の全てについて、単結晶を用いた基本的な基礎物性評価を行った。何れも変化に富んだ相転移を示し、電気抵抗も共通して転移温度以上で明白な対数依存を示す。特に、非磁性相転移を示すSmRu_4As_<12>は、大きな電子比熱係数と磁場に対する鈍感性の視点から興味深い。Yb系では、格子定数が最も小さいYbFe_4P_<12>(金属的伝導と非フェルミ液体的振舞)と最も大きなYbOs_4Sb_<12>の単結晶で物性評価を行った(多結晶の既報と比較し、Yb^<3+>の磁気的転移とされた比熱の大きなピーク(0.7K)が不純物によること、結晶場によるとされた30KのピークがYbイオンの籠内ラットリングによることを示すなどの新しい情報を得て、結果として充填スクッテルダイトの全体像を把握する材料を揃えることができた。(b)希土類濃度が比較的近く、籠構造をもつ立方結晶系である、RT_2Al_<20>(T=遷移金属元素)、を重点対象として、主にT=4d、5dに注目して単結晶育成と基礎物性評価を行い、Yb系では測定された全ての系でYbが2価の状態にあることを確かめた。1例として、Γ_3非磁性基底状態を持つPrTa_2Al_<20>は、相転移(0.6K)の磁場依存性は4極子秩序を示唆するが、電子比熱係数や抵抗は、通常のフェルミ液体に従うという不可思議な特性を示す。これらの結果の系統的な評価により、籠構造により増強されたc-f混成効果について理解が進むことが期待できる。◆充填スクッテルダイト:報告されている多結晶の試料に比べ電気抵抗率が1桁以上小さい、YbFe_4P_<12>として初の純良単結晶を育成し、物性評価を行った。その結果、(1)抵抗は30Kに極小を示したのち-logTで増大し続け、(2)帯磁率は多結晶に比較してPauli常磁性的に大きく抑制されるが、50K以下で急激な増加を示す。更に、(3)電子比熱係数は2Kで100mJ/molK^2と大きな値を示し、より低温で非フェルミ液体的振舞いを示す興味深い物質であることを明らかにした。また、高圧下フラックス法により、SmRu_4As_<12>、SmOs_4As_<12>、YbOs_4Sb_<12>の単結晶育成に成功し、初めての物性測定を進めた。そのうち、SmRu_4As_<12>に於いて、非磁性の2段転移を発見し、SmOs_4As_<12>では、約5Kにおける強磁性転移に加え約9Kに明白な異常を見出した。YbOs_4Sb_<12>の帯磁率は低温を除いて、2価のYbで期待される極めて小さい値を示すが、低温で異常な増大を見出し、起源の解明を進めている。◆充填スクッテルダイト以外の4f電子系配列ナノ空間物質:RT_2Al_<20>(R:希土類、T:遷移金属)、RAu_3Al_7の単結晶育成を進めた。RT_2Al_<20>のうち、特に、SmT_2Al_<20>系(T=Ti、V)に重点を置いて結晶合成を行い、残留抵抗比が大きな純良単結晶の育成に成功した。T=Tiを例に、得られた特徴を説明する。帯磁率は、室温より温度低下と共に減少し、50Kで極小示した後6Kに反強磁性的な転移を示す。電気抵抗は100Kに極小を示したのち、顕著な-logT依存を示し近藤効果を示唆している。ホール係数は転移に伴い大きく増加し2Kでは転移温度での値の約5倍となる。これは反強磁性転移に伴う超格子構造によるキャリヤー数の減少を反映すると考えられるが、極めて小さな磁場依存は、新奇な機構の寄与を期待される。

Yb系では、格子定数が最も小さいYbFe_4P_<12>(金属的伝導と非フェルミ液体的振舞)と最も大きなYbOs_4Sb_<12>の単結晶で物性評価を行った(多結晶の既報と比較し、Yb^<3+>の磁気的転移とされた比熱の大きなピーク(0.7K)が不純物によること、結晶場によるとされた30KのピークがYbイオンの籠内ラットリングによることを示すなどの新しい情報を得て、結果として充填スクッテルダイトの全体像を把握する材料を揃えることができた。(b)希土類濃度が比較的近く、籠構造をもつ立方結晶系である、RT_2Al_<20>(T=遷移金属元素)、を重点対象として、主にT=4d、5dに注目して単結晶育成と基礎物性評価を行い、Yb系では測定された全ての系でYbが2価の状態にあることを確かめた。1例として、Γ_3非磁性基底状態を持つPrTa_2Al_<20>は、相転移(0.6K)の磁場依存性は4極子秩序を示唆するが、電子比熱係数や抵抗は、通常のフェルミ液体に従うという不可思議な特性を示す。これらの結果の系統的な評価により、籠構造により増強されたc-f混成効果について理解が進むことが期待できる。