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超伝導を用いたスピン流の制御と検出

スピンホール効果は、電流からスピン流もしくはその逆変換を可能にする手段としてスピントロニクス研究で幅広く利用されており、この変換効率を表すスピンホール角を増強することは重要な課題の一つである。本研究では、スピン軌道相互作用の弱い銅にビスマスを添加した合金のスピンホール角をスピン吸収法で算出したところ、白金のそれよりも1桁大きくなることが分かった。またスピン拡散長を算出する新たな手法として弱反局在効果に着目し、実際にスピン吸収法で得られる値と定量的に一致することを示した。さらに超伝導体ニオブを用いたスピン輸送測定も行い、超伝導転移温度以下でスピン緩和時間が長くなることを実験的に明らかにした。スピンホール効果は、電流からスピン流、もしくはその逆変換を可能にする手段として今日のスピントロニクス研究で幅広く利用されている。エネルギー損失を伴わないスピン流のデバイスへの応用という観点からも、スピン流-電流変換効率の指標となるスピンホール角をできるだけ大きくすることが、スピントロニクス分野で重要な課題の一つである。昨年度の研究では、スピン軌道相互作用の弱い銅にビスマスを0.5%添加した銅-ビスマス合金を用い、スピン吸収法と呼ばれる手法でスピンホール角を算出したところ、-24%まで増強されることが分かった。実際にスピンホール角を定量的に算出するためには、その物質のスピン拡散長を正しく算出する必要があり、特にスピン軌道相互作用の強い物質のスピン拡散長に関しては今日に至るまで激しい論争が続いているため、この問題を解決することは急務であった。そこで昨年度から、スピン拡散長を算出する新たな手法として弱反局在効果に着目し、実際に銀や銅、白金などではこれまでの強磁性体を用いて得られる値と一致することを示した。今年度は、この原理を単体金属だけでなく、銅-ビスマス合金に応用し、実際にスピン拡散長が2つの手法で一致することを示した(Y. Niimi et al., Phys. Rev. B 89, 054401 (2014).)。さらに、銅-ビスマス合金のスピンホール角も、過去の異常ホール効果の測定(A. Fert et al., J. Magn. Magn. Mater. 24, 231 (1981).)と同じ手法で算出し、この測定からもスピンホール角が-23%程度であることを確かめている。さらに今年度は、超伝導体Nbを用いたスピン輸送測定も行い、Nbの超伝導体転移温度以下では、スピンの緩和時間が実効的に長くなることを初めて実験的に明らかにした(T. Wakamura et al., Phys. Rev. Lett. 112, 036602 (2014).)。スピントロニクスでは、電荷とスピンの2つの自由度をもつ『スピン流』が電気信号制御において重要な役割を果たす。その中でも電荷の流れを伴わないスピン角運動量のみの流れ、『純スピン流』に関しては、低消費エネルギー素子への応用も期待されるため、その生成・検出・制御方法が近年集中的に研究されている。本研究では超伝導を用いた『スピン流の増幅』というこれまでにあまり研究されてこなかった新しいスピン流機能の実現を目指す。今年度は、スピン流と電流の変換効率の指標となるスピンホール角をこれまでに報告されている白金や銅-イリジウム合金の23%よりも大きくさせることを目標に、まずスピン軌道相互作用が大きいビスマスを銅に添加してスピンホール効果の測定を行った。その結果、わずかビスマスを0.5%添加するだけで、スピンホール角が-24%まで増強されることが分かった(Y. Niimi et al., Phys. Rev. Lett. 109, 156602 (2012).)。また、スピンホール効果を見積る際に、系のスピン拡散長を正しく算出必要があるが、これに関しては、これまでの強磁性体を使用する方法とは全く異なる、弱反局在効果を用いる手法を確立し、実際に弱反局在効果を用いて得られたスピン拡散長の値と、従来通り強磁性体を用いて得られた値が、定量的に一致することを示した(Y. Niimi et al., Phys. Rev. Lett. 110, 016805 (2013).)。さらに、上記の銅-ビスマス合金のスピンホール素子に酸化アルミニウム絶縁層を挟んで超伝導ニオブにバイアス電圧を印加して、スピンホール効果をさらに増大させることができるか試みたが、バイアス電圧依存性は観測されなかった。スピン流と電流の変換効率の指標となるスピンホール角は、スピン軌道相互作用が大きいとされる白金を用いても、これまで高々数パーセント程度にとどまっていたために、この値をいかに増大させるか、また高価な白金を用いることなく、安価な物質でそれを実現できるかが、将来の低消費エネルギー素子の開発にとって重要な点となる。本研究では、不純物効果に起因する外因性スピン

ホール効果に着目し、母体と不純物の組み合わせを変えることで、白金よりも1桁大きいスピンホール角を得ることができた。一方で、当初の計画ではこのスピンホール角の増大を超伝導体を用いて実現する予定であったが、実際にはそのような効果は観測できなかった。1つの要因として、絶縁層を介して超伝導体にバイアス電圧を印加してスピンホール角を増大させる場合、スピンホール効果を起こす物質のスピン拡散長が十分長いことが理論で要請されており、現在使用している銅-ビスマス合金のスピン拡散長は高々数十ナノメートルであるため、理論の要請を十分満たしておらず、スピンホール角の増幅が観測できなかった可能性がある。しかしながら、スピンホール角の1桁以上の増幅には成功したため、達成度として(2)を選択した。次年度は、本研究のもう一つの課題である、超伝導体を用いたスピンホール効果の観測を目指す。これまでスピンホール効果は、磁気光学効果や強磁性体を用いた電気的測定(強磁性共鳴を利用するスピンポンピング法も含む)によって観測されてきたが、本研究ではスピンホール効果によって蓄積したスピンを、試料直上に作成する超伝導量子干渉計(SQUID)を用いて観測する。通常のdc-SQUIDでは電流電圧特性を測定したときに、必ず熱の効果によるヒステリシスが生じるため、電流と電圧の関係が1対1対応しない。そこでSQUIDの下に発熱を防ぐ短絡層を敷けば、ヒステリシスを生じない『shunted SQUID』を作成することができる。この場合、電流と電圧は1対1に対応するため、ある電流で固定したときにSQUIDを貫く磁束の変化がそのまま電圧に変換されて読み取ることが可能となる。このような強磁性体を使用しない新たなスピン流検出方法を確立する。該当なし。
実験カンジダ症の免疫機序と免疫療法に関する研究

細胞性免疫のメディエーターであるγーインターフェロン(γIFN-γ)と体液性免疫のエフェクターである抗Candidaalbicansマンナンモククローナル抗体(MAb)を用いてマウス実験カンジダ症に対する免疫機序を解析し、また抗真菌剤のマウス腹腔マクロファージ(MP)の殺菌能におよぼす効果、および免疫療法と化学療法の併用効果を検討した。1.MPを組換え型IFNーγ(γIFN-γ)で24時間刺激すると、MPのC.alb.に対する殺菌能が増強した。一方、γIFN-γにより48時間刺激したMPにおいては活性酸素産生能は増強したが、C.alb.に対する殺菌能は減弱した。さらに、γIFN-γ24時間刺激MPのリソソームから抽出した塩基性蛋白質の殺菌活性は正常MPよりも高かったが、72時間刺激MPの塩基性短白質の殺菌活性は正常MPと同様であった。したがって、γIFN-γ活性化MPのC.alb.に対する殺菌は酸素非依存性の、リソソーム内に通常存在する殺菌性物質の増量または新たな殺菌性物質の誘導によることが示唆された。2.抗真菌剤アンホテリシンB(AMB)存在下でC.alb.を食菌させた場合に、正常MPによる殺菌には変化がみられなかったが、γIFN-γ活性化MPによる殺菌はさらに増強された。3.γIFN-γ活性化MPに抗マンナンMAbと補体の存在下でC.alb.を食菌させると、発芽管の伸長が抑制されたが、正常MPにおいてはMAbの効果は認められなかった。4.γIFN-γ(200U)を感染前日からマウスに1日おきに投与した場合には、感染後の腎臓内菌数増加は対照群と比べて有意に抑制された。γIFN-γ投与マウスに抗マンナンMAb、あるいは単独では効果を示さない量のAMBを感染2時間前に投与した場合には、菌の増殖抑制はより顕著に認められた。これらの結果は、カンジダ症に対する感染防御には細胞性免疫と体液性免疫の協同作用が必要であることを示しており、またγIFN-γと抗マンナン抗体による免疫療法および免疫療法と化学療法の併用の有効性が示唆された。細胞性免疫のメディエーターでるあγ-インターフェロン(IFNγ)と抗マンナンマウスモノクローナル抗体(MA6)を用いてマウス実験カンジダ症に対する免疫の機序を解析し,またin vivoにおける免疫療法の可能性を検討した.1.マウス腹腔マクロファージ(MP)を組み換え型IFNγ(rIFNγ)で24時間刺激すると, MPのCandida albicansに対する殺菌能力が増強した. rIFNγにより48時間刺激されたEMPの活性酵素産生能は亢進したが, C.alb.に対する殺菌能は減弱した.さらに,活性化MPのリソソームからは正常MPよりも多量の塩基性蛋白質が抽出された.したがって, rIFNγ活性化MPのC.alb.に対する殺菌は酸素非依存性の機構によるものであり,リソソーム内における新たな殺菌性蛋白質の誘導によることが示唆された. 2.rIFN

γ200Uの静注24時間後に採取したマウス腹腔MPはC.alb.に対する殺菌能の亢進を示した.一方,腹水の形で得られた抗C.alb.マンナンMAb(凝集価1:640)を多波長UVモニターを用いてイオン交換およびゲル炉過方により高度に精製した後マウスに静注した.血中抗体価測定の結果, MAbは5日のインターバルで投与すべきことが示された. 3.rIFNγおよびMAb投与マウスのC.alb.感染に対する防御能を検討した.その結果, rIFNγ(200U)を感染前日から1日おきに,抗マンナンMAbを感染2時間前から5日目ごとにそれぞれ静脈内投与した場合に,対照マウスに比べて, rIFNγ投与群, MAb投与群においては感染2週後の腎臓内菌数増加が有意に抑制され,さらにrIFNγとMAbの両者を投与した群においては抑制はより顕著に認められた.したがって,カンジダ症に対する感染防御には細胞性免疫と体液性免疫の協同作用が必要であることが示され,またrIFNγと抗マンナンMAbによる免疫療法の可能性が示唆された.抗プロテアーゼ抗体のin vivo効果および抗真菌剤との併用効果は現在検討中である.1.昨年度に引き続き、組換え型γ-インターフェロン(rIFN-γ)によるマウス腹腔マクロファージ(MP)のCandida albicansによる殺菌能亢進の機序を解析した。その結果、C.alb.食菌後の食胞とリソソームの融合は高頻度で起こり、コルヒチンによるMPの食胞とリソソームの融合阻害はrIFN-γ活性化MPの殺菌能を低下させることが示された。さらに、高い殺菌能を示すrIFN-γ24時間刺激MPと、殺菌能が減弱しているrIFN-γ72時間刺激MPからそれぞれ抽出した塩基性蛋白質のC.alb.に対する殺菌活性を測定した結果、24時間刺激MPの塩基性蛋白質の殺菌活性は正常MPのそれよりも高かったが、72時間刺激MPの塩基性蛋白質の殺菌活性は正常MPのそれと同様であった。これらの結果は、rIFN-γ活性化MPのC.alb.に対する殺菌能亢進はリソソーム内に通常存在する殺菌性物質の増量または新たな殺菌性物質の誘導によることを示唆する。2.抗C.alb.マンナンモノクローナル抗体(MAb)はC.alb.のrIFN-γ活性化MP内における殺菌には影響しなかったが、活性化MP内におけるC.alb.の発芽管の伸長を抑制することが示された。正常MPにおいてはMAbの効果は認められなかった。3.抗真菌剤アンホテリシンB(AMB)存在下でC.alb.を食菌させた場合に、正常MPによる殺菌には変化はみられなかったが、rIFN-γ活性化MPによる殺菌はさらに増強された。4.rIFN-γ投与マウスにおいてはC.alb.感染後の菌の腎臓内増殖の抑制が認められた。rIFN-γとMAbの両者を投与した場合、およびrIFN-γ投与マウスに単独では効果を示さない量のMAbを感染2時間前に投与した場合には、菌の増殖抑制はより顕著に認められた。以上の結果は、カンジダ症に対する感染防御には細胞性免疫と体液性免疫の協同作用が必要であることを示しており、またrIFN-γと抗マンナン抗体による免疫療法および免疫療法と化学療法の併用の有効性が強く示唆された。
フレイルの悪循環サイクルにおける筋肉量減少とうま味感受性障害についての基礎的研究

フレイルでは、骨格筋の衰弱による筋肉量減少、筋力低下、身体活動量低下、食欲低下による低栄養の悪循環サイクルが生じる。本研究では、筋肉量減少が“うま味の感受性障害"につながり、食欲低下・摂取量低下を直接引き起こす可能性に着眼した。Tas1r3 KOマウスを用いた実験では、骨格筋の分解・減少、再生におけるうま味受容体の役割を明らかにする。ヒトへの調査では、若年成人を対象に、骨格筋量・体脂肪量等の体組成およびグルタミン酸ナトリウム水溶液によるうま味感受性検査を行う。これにより、うま味感受性と骨格筋量の相関を明らかにし、骨格筋局所に発現するうま味受容体の骨格筋代謝における役割を検討する。
光学活性多置換アゼチジンカルボン酸の触媒的不斉合成法の確立と医薬化学的展開

本研究計画においては初年度に、アゼチジンカルボン酸類の網羅的合成法につながる触媒系の創製に成功している。2年目の検討では、初年度の成果を踏まえつつ、実際に非天然型アミノ酸であるアゼチジンカルボン酸類の触媒的不斉合成を網羅的な合成に取り組んだ。様々な置換パターンをもつアルデヒドからイミンを調製し、さらにマンニッヒ型反応と続く立体選択的還元反応は問題なく進行した。なお、アンチ型のマンニッヒ反応においては当初計画した希土類触媒では望ましい結果が得られなかったが、ニッケル触媒を活用することで望みの反応を高い選択性で進行させることに成功した。最後に分子内環化反応を行うことで様々な構造的多様性を有するアゼチジンカルボン酸の化合物ライブラリーを構築することに成功した。一方、そこからの発展系として合成した非天然型アミノ酸を医薬候補化合物や天然物に組み込むことで生物活性の増強を目指した検討をすすめるべく、検討を行う予定であった。その研究の基盤となる天然物合成に海外研究所で取り組んだが、当初想定した通りにうまく研究が進展せず、合成達成のために年度末まで海外滞在する必要が生じてしまった。そのため、化合物ライブラリーを構築した非天然型アゼチジンカルボン酸を目的とする天然物および医薬候補化合物に組み込む検討まで行うことができなかった。初年度には、研究計画に沿って検討を進めた。アゼチジン化合物群の網羅的合成法の確立を視野にいれ、まずは残された課題であった「anti-選択的直接的触媒的不斉マンニッヒ型反応」の実現に向けて取り組んだ。トリクロロメチルケトンを用いた反応においては、希土類錯体に立体的にかさ高いルイス塩基配位子を加えることで、高いanti選択性を実現することはできたが、種々の検討したが、残念ながら高いエナンチオ選択性を実現することはできなかった。そこで、あらたな合成戦略として、α-ケトアニリドを求核剤とするマンニッヒ型反応を基盤とすることを計画した。綿密な反応遷移状態に対する考察を基盤とした新規不斉触媒の設計を行った結果、トリクロロメチルケトンsyn選択的な反応に有効であった希土類触媒はやはりsyn選択性を発現した一方、遷移金属を活用した複核金属触媒系が優れた結果を与えることを見いだした。そこで、α-ケトアニリドのマンニッヒ型反応により得られたsyn-およびanti-選択的な生成物を立体選択的な還元、および分子内光延閉環反応の条件に付すことで、望みのアゼチジンカルボン酸誘導体を高い立体選択性にて得ることに成功した。また、類似の触媒系のさらなる有用性を探索するべく検討を進めた結果、α-イソチオシアネートが優れた反応剤となりうることを見いだし、その応用展開にも成功した。今後は、この反応性を活かした研究展開を進めると同時に、初年度に合成法を確立したアゼチジンカルボン酸の全合成への応用研究を鋭意すすめる。
強磁性トンネル接合界面における波動関数の対称性を測る

Fe/MgO磁気トンネル接合(MTJ)界面における波動関数の対称性を磁気コンプトンプロファイル測定で調べた。さらに、DV-Xα法によりMTJ界面の理論計算と測定結果を比較した。その結果、MTJ界面のFeと層内部のFeの波動関数の対称性は同じであった。一方、MTJ界面のFeが酸化すると波動関数の対称性が変化する。本研究の目的は、強磁性トンネル接合界面の磁性電子の波動関数の対称性とコヒーレントトンネル状態にある電子の直接観測と解析である。そのために(1)DV-Xa法を用いた磁気コンプトンプロファイルシミュレーターの開発と理論的検討(2)Fe/MgO人工格子などの試料作製と界面の波動関数の対称性の観測(3)コヒーレントトンネル電子の波動関数のΔ1対称性の直接的観測への挑戦。の3つの課題を設定している。(1)に関しは、クラスターモデルを使った界面のモデル化を行い、電子構造の計算を行った。その結果、Fe/MgO界面においては、OはMgとの親和性のためFeと結合せず、Feは真空表面に近い電子状態となって磁気モーメントが増大した。さらに、Fe界面の磁気モーメントの増大に示すように界面のFeの電子状態は変わっているが、波動関数の対称性のみに着目するとFe層内部と界面で変化してなかった。一方、界面でFeが酸化すると界面の波動関数の対称性が変化し、磁気量子数|m|=1の割合が増加し、|m|=0の割合が減少した。(2)に関してFe/MgO多層膜を作製した。X線回折による評価からFe(001)/MgO(001)配向が確認された。界面で酸化している試料ではFeOの存在が確認された。磁化測定から、酸化していない試料では界面のFe磁気モーメントの増大が確認された。Sprin-8-BL08Wで磁気コンプトンプロファイルを測定し、波動関数の対称性を解析した。その結果、界面のFeの波動関数の対称性が(1)で予測された通りであることがわかった。そのために(1)DV-Xa法を用いた磁気コンプトンプロファイルシミュレーターの開発と理論的検討(2)Fe/MgO人工格子などの試料作製と界面の波動関数の対称性の観測(3)コヒーレントトンネル電子の波動関数の△1対称性の直接的観測への挑戦。(1)に関して、平成22年度はコンプトンプロファイルを直接計算する計算コードの開発に成功した。構成原子の少ない簡単な系について、実験で得られたコンプトンプロファイルと理論計算を比較した。(2)に関しては平成21年度でほぼ計画が終了し、発表、論文執筆の準備を開始した。(3)に関して、Fe/MgO多層膜の磁気コンプトンプロファイルの磁場依存性を測定し、コヒーレントトンネル電子の波動関数の直接的抽出に挑戦した。その結果、磁気コンプトンプロファイルの磁場依存性が観測され、△1対称の波動関数の磁場依存性が顕著であることがわかった。この成果が初めての磁気トンネル電子の直接観測の成功なのかを慎重に見極める必要がある。そこで、TMR効果を示さない界面の酸化したFe/MgO試料、コヒーレントTMR効果を示さないFe/Al2O3磁気トンネル接合膜について試料を作製した。さらに、磁気コンプトンプロファイルの磁場依存性を測定するためSPring-8課題申請し、2011A1115として採択された。開発されたコンプトンプロファイル計算コードについて、Xaポテンシャルの取り扱いを検討した。簡単な系について、コンプトンプロファイルのシミュレーション結果と実験を比較した。次に、クラスターモデルで表現された磁気トンネル接合など人工格子界面における電子状態について、磁気コンプトンプロファイルシミュレーターで検討した。さらに、磁気コンプトンプロファイルの磁場依存性をシミュレーションする手法を開発した。放射光施設(SPring-8)採択課題2011A1115によって、Fe薄膜、Fe/Al2O3人工格子の磁気コンプトンプロファイルの磁場依存性を測定し、コヒーレントTMR効果を示すFe/MgOの測定結果(平成22年度測定済み).と比較した。これらの結果を磁気コンプトンプロファイルの磁場依存性をシミュレーションと比較した。さらに、界面における波動関数の対称性を検討するために、『放射光施設(SPring-8)採択課題2011B1516によって、垂直磁気異方性を有するCo/Au人工格の磁気コンプトンプロファイルを測定した。これらの結果を磁気コンプトンプロファイルのシミュレーション結果と比較した。4.以上の成果を総説、英文ジャーナル、国際会議などで成果報告した。
小学校高学年外国語活動における「言語文化理解教育」を促進する教材開発

台湾、韓国における小学校英語教育の授業観察により、両地域とも教育の力点が運用能力の育成に置かれていることがわかった。台湾、韓国の現職教員を対象に言語文化教育に関するインタビュー調査を実施した結果、言語文化面への着目は不要とする傾向が明らかになった。小学校で言語文化理解を促す授業を試みた結果、児童の関心傾向から、英語入門期の言語文化教育には、日本語の表記の特徴(表意文字と表音文字の使用)、低文脈性、膠着語性や語順のゆるさなどにポイントを絞るのが望ましいとの結論を得た。本年度の「研究の目的」は、主として言語文化教育と異文化コミュニケーション能力育成の観点から、「英語ノート」を内容分析すること、台湾における英語教育の授業観察と聞き取り調査、及び韓国・台湾における情報収集であった。本年度、実施したことは、具体的に次の四点である。(1)まず、「英語ノート」の内容を教育意図から分析した。その分析に基づき、言語文化上の気づきを促すという観点から「英語ノート」に不足しているポイントを整理した。(2)国内における「英語ノート」を使用した英語教育実践の活動状況を、観察とインタビューにより把握した。(3)韓国に出張し、調査協力者から、韓国における小学校英語教育の現状について貴重な情報を収集した。また、参考文献としての論文、小学校英語教育の教材などを入手した。(4)台湾に出張し、調査協力者から貴重な情報を収集した。また、台北市で使用されている英語教科書と副教材を入手した。高雄市において、授業観察を実施した。上記のような研究実施を通して、次年度以降の研究計画に、次のような修正の必要性が明確になった。本研究の申請時、先行研究により、韓国、台湾における言語文化面の教育効果が認められていたため、韓国、台湾での現地調査の方向性を言語文化教育的側面に絞った。しかしながら、実際に現地で得た情報、授業観察、英語教育者の談話などから、現在の韓国、台湾の小学校英語教育においては、言語運用能力の向上が教育の主目的となっていることが明らかになった。したがって、本研究の最終目的である言語文化教育の教材開発に参考となり得るようなヒントが期待したほどは得られない可能性が色濃くなった。そこで、次年度に計画していた現地の英語教育者に対するインタビュー調査は見送り、韓国と台湾で使用されている教材の内容分析と、英語教育者の実践報告ならびに論文などの文献購読を次年度の研究実施の中心に据えるべく、計画を変更した。当該年度の研究の目的は、韓国、台湾における小学校高学年の英語教育に関し、言語文化教育と異文化コミュニケーション能力育成の観点から、授業観察を行うこと、指導教員への聞き取り調査の実施、現地で使用されている教材の分析、教材の一部の試作と試用であった。実施計画は、それらの目的を遂行すべく立てられた。しかしながら、本年度は計画通りに研究を推進することが困難であった。その理由は、研究代表者に弔事が続いたこと、母親が倒れ介護を余儀なくされたことによる。本年度実施したことは、(1)台湾・高雄市における授業観察[研究分担者](2)台湾・台北市における教員への聞き取り調査[研究分担者]、(3)韓国・ソウル市内2校における授業観察[研究代表者](4)博多市の小学校英語教育現場における試作版教材の一部を用いた授業[研究分担者が担当]とその観察[研究第業者が参与観察]の4点である。韓国の英語教員への聞き取り調査および台湾・韓国における使用教材の分析は来年に持ち越した。成果として得たことは、次の通りである。A.台湾、韓国ともに社会的場面での言語運用能力養成を非常に重視する授業構成であり、言語文化面への眼差しは一切見られないこと、B.各教室に最新のIC機器が設置され、紙媒体以外の教材、副教材が大変充実していること、C.教師用マニュアルが細部に至るまで授業の手順を指示していること、D.担当する英語教員の英語力がおしなべて高いこと、D.運用スキル向上をめざす授業と教材に関し、多くの教員は肯定的に支持しているが、一部、スキル偏重を危惧する意見もあること、などである。来年度は、成果の一つであるDに着目し、さらに調査を進め分析する予定である。20122013年は、前年度に実施した台湾および韓国における小学校の授業観察の結果を踏まえ、次の2つを目的とした。1台湾と韓国の小学校英語教員に対する質問紙調査を実施し、小学校英語教育10年を経て教員が言語文化教育についてどのように振り返るかを考察すること、2福岡の小学校において研究分担者が言語文化教育のための教材試作版を使用した授業を試み、そのフィードバックをまとめ、教材開発につなげることである。目的1の結果は次の通りである。台湾ではパイロット調査の段階で、英語の運用能力と実践能力育成にのみ教育の力点が置かれており、言語文化教育に関する回答は得られないということが判明した。韓国では勤務校の異なる20名の現職英語教員を対象に母語によるインタビュー調査を実施した。

その結果は台湾と同様のものであった。言語文化教育について1名が韓国語を背景とした文化の軽視を憂慮したものの「必要なし」とする回答が大半を占め、英語教育の目的を実践能力と運用能力育成のみとし、英語教員の英語力の高さがその育成に役立っているとする傾向が認められた。調査結果を考察し、台湾では中国語と英語の構造が近いこと、韓国ではハングルが英語と同じく表音文字であることが言語文化教育への着眼を不要とする見方につながるのではないかと結論づけられた。目的2については、研究分担者が博多小学校において言語文化理解を促す授業を教材の試作版を使用して実施した。その後、研究代表者と研究分担者、現場の教員とで教材について協議した。上記1の考察結果と2で観察された児童の関心傾向から、英語入門期の言語文化教育には、日本語がひらがなカタカナ漢字の表音、表意両方の表記をもつこと、膠着語であること、日本語が低文脈言語であることにポイントを絞るのが望ましいのではと結論を得た。以上の成果を今後の具体的な教材開発に活かしたい。研究代表者の家族に弔事が続いたこと、研究代表者が親の介護を抱えたことなどから、物理的に時間がとれず、まとまった時間をとって研究分析を行うことが不可能であったため。24年度が最終年度であるため、記入しない。韓国と台湾における小学校教員を対象に記述式の質問紙調査を実施し、小学校英語教育が10年たった現在、教員が小学校英語教育をどのように振り返るかを考察する。その結果を踏まえながら、韓国、台湾の教材分析・参考文献の分析をさらに進める。研究分担者がおこなっている小学校英語教育の授業現場において、言語文化教育を反映した教材の試作版の使用を試みる。そのフィードバックをさらなる教材開発に活かす。
心筋興奮の発生と伝導のシミュレーション

1)心拍リズムの中枢となる洞結節細胞の興奮発生には電位および時間依存性の各種イオンチャネル電流(I_<Ca>,I_f,I_<Kl>,I_K)が重要ではあるが、加えてI_<Na-Ca>交換電流、Na-Kpump電流、I_<KAch>,I_<Cl>などによる背影電流も重要であることが洞結節細胞膜電位固定実験とそれに基づくシミュレーションにより明らかとなった。2)これまで困難であった作業心筋の興奮伝導を規定するNaチャネル電流のモデルを、膜電位固定実験と生理的条件下で記録した活動電位立ち上がり相の総膜電流測定から構成し、心筋組織の細胞構築を配慮した2次元モデル上で興奮伝導をシミュレートすると、心筋多細胞標本で得られた興奮伝播特性をよく反映した。3)心筋細胞の不応期を規定する再分極では種々の電流系が関与するが、病態生理的には細胞内Ca^<++>により修飾されるI_<Na-Ca>交換電流、I_K,I_<to>,I_<Cl>が重要な役割を果たしていることがシミュレーションで想定され、実験的にもこれが裏付けられた。4)ヒト心房と心室の立体構築を約50,000ユニットに分割してコンピュータ中に記憶させ、各ユニットのそれぞれに実験的に得た固有の膜活動電位特性を与え、心臓の興奮伝播をシミュレートさせた。致死的不整脈、なかでも最も危険な心室細動の機構としては、ユニット間での再分極特性の不均一性の増大が重要であり、とくに実験的に得たPurkinje線維と心室筋間でのそれを設定することにより心室細動をシミュレートすることに成功した。これにより、心室細動の予防と治療の可能性を検討することが可能となった。
中国湖沼をモデルとしたバイオ・エコシステム導入アオコ発生防止効果の調査研究

本研究では中国貴州省の湖沼を中核とし、同時に近隣アジア諸国の富栄養湖沼を比較水域として、バイオ・エコエンジニアリングの導入のアオコ発生防止効果を解析・評価するための調査研究を以下のように行った。水域の負荷削減対策として、(1)高度処理浄化槽の余剰汚泥の引き抜きなど維持管理を適正化することにより処理水の窒素およびリンを各々20mg・r^<-1>以下、1mg・1^<-1>以下にまで安定的に削減可能、(2)無動力型嫌気性ろ床土壌トレンチ浄化施設の適正負荷(30m^3・d^<-1>)運転により窒素およびリンを各々10mg・1^<-1>以下、0.5mg・1^<-1>以下にまで省エネにて削減可能、(3)間欠曝気揚水筒の稼働により藻類増殖を抑制し、ダムサイト部のChl.a濃度で6割削減が可能、同時に底層部の好気化に伴い窒素、リンの溶出防止による負荷削減が可能、(4)水生植物群落の育成により、ろ過捕食者ミジンコ類の生息密度を高く維持し有毒アオコの現存量を低減が可能、などの実証的な成果が得られた。また、バイオ・エコエンジニアリングの導入を視野に入れ近隣諸国の現状をモニタリング調査した結果、インドのボパール湖、フセインサーガル湖、カンボジア王国のトンレサップ湖、ベトナム社会主義共和国のトリアン湖、ダウティエン湖、タイ王国のクワンパヤオ湖、ブンボラペット湖、ソンクラー湖、ミャンマー連邦のインレー湖・カンドーヂー湖・インヤー湖、ラオス人民民主共和国のナムグム湖などにおいて、有毒アオコの現存量が15万細胞・ml^<-1>にも達するなど、中国の富栄養湖沼と同様に有毒アオコの現存量増大に伴う利水上の社会問題が顕在化しつつあることが解明された。これら水域の富栄養化抑制を図る上で、有毒アオコ発生防止に有効なバイオ・エコエンジニアリング手法適用による窒素・リン除去が極めて重要な位置づけにあること、またその有用性が大きく期待されていることなどを明かにできた。本研究では中国貴州省の湖沼を中核とし、同時にタイ王国、インド等の湖沼等を比較水域として、バイオ・エコエンジニアリングの導入のアオコ発生防止効果を解析・評価するための調査研究を以下のように行った。貴州省のパイロット施設としてのバイオ・エコエンジニアリングシステムを用いた水域の負荷削減対策の効果を調査した。窒素の効果的な除去が行われたが、高度処理浄化槽については、維持管理として余剰汚泥の引き抜きの適正化のため調整強化が必要なことがわかった。無動力型嫌気性ろ床土壌トレンチ浄化施設については、30m^3/dで運転すると同時に中国政府の補助により処理水の自動モニタリング(CODと流量)を行いテレメーター監視を実施したところ、確実に窒素・リンの削減可能なことがわかった。曝気揚水筒については、運転休止時にはChlaが最大50μg/L程度まで増大するものの、曝気揚水筒の稼働によりダムサイトではChlaを60%抑制できることがわかった。また、無曝気時のChla最大時のMicrocystis aeruginosaの個体数は約20,000N/L、有毒アオコ産成毒性物質ミクロキィスチン濃度は0.17μg/Lまで増大するが、曝気時には著しく減少することがわかった。また、中国湖沼対策を有効に進めるために、タイ王風、インドでの比較調査を行った。

タイ王国汽水性の富栄養湖ソンクラー湖では、塩分濃度が海水の1/10以下でM.aeruginosaが、同1/3程度でM.viridisが優占する傾向にあり、種により,塩分の影響の違いがあることがわかった。インドの富栄養湖沼であるボパール湖、フセインサーガル湖、サーガル湖の有毒アオコの発生およびミクロキィスチン濃度の実態調査を行ったところ、インド国内で最も富栄養化が著しいフセインサーガル湖では最大7,300μg/Lに達し極度に毒性の高い湖沼があることがわかった。以上の調査研究により、これらの流域においては、バイオ・エコエンジニアリングを導入することが、負荷削減対策を行う上で極めて重要であることが示唆された。バイオ・エコエンジニアリングの技術移転効果に対し、中国貴州省において解析した結果、高度処理浄化槽、土壌浸透浄化施設および間欠式空気揚水筒のばっ気循環施設は有効であることを明らかにできた。すなわち、高度処理浄化槽においては、窒素およびリンを安定的に各々20m/l以下、1m/iにまで削減できることまた、土壌浸透施設においては窒素およびリンを安定的に各々10m/1以下、0.5m/l以下に省エネルギー型で削減できること、および間欠式空気揚水筒のばつ気循環施設ではアオコの増殖抑制と同時に低層部の好気化が図れ、窒素、リンの溶出防止による負荷削減の可能なことを明らかにできた。更に、これらのシステムの東南アジア地域でのアオコ発生防止対策につなげるための現地調査を行った。その結果、富栄養湖沼としての、東南アジア地域で最大面積のカンボジア王国のトンレサップ湖、ベトナム社会主義共和国のトリアン湖、ダウティエン湖、およびタイ王国のクワンパヤオ湖、ブンボラペット湖において、有毒物質産生藍藻類のアオコ(Microcystis属)等の現存量が高く、かつ総ミクロキスチン濃度の高いこと、タイ王国の湖沼において、雨期においても有毒アオコの現存量が高く維持され、総ミクロキスチン濃度が高く残存し、年間を通じて有毒アオコが優占化している事実を明らかにすることができた。このことは中国と共通するものであり、生活系排水対策の重要な位置づけにある富栄養化抑制を図る上で、アオコ発生防止につながる窒素、リン除去の重要性を明らかにできた。バイオ・エコエンジニアリングシステムを有効に活用するため以下のような知見を集積した。中国雲南省アルハイ湖において水温成層特性調査を実施しその成層構造を明らかにした。またデンチ湖流域の汚濁負荷実態調査を行い、主要流入河川の流量観測および水質調査を実施した。この結果、最も汚濁した市内河川のCODは約70mg・:L^<-1>に達する実態が判明した。また、昨年度に引き続き貴州省の紅楓湖の湖内富栄養化調査を実施するとともに、紅楓湖流域に2000年3月に設置した高度処理浄化槽および土壌浸透浄化施設の処理水質状況について調査し、紅楓湖の底層溶存酸素濃度が欠乏状態にあることを確認、また高度処理浄化槽の継続運転、土壌浸透の浄化能力の安定性を確認した。その結果、貴州省阿吐ダムでは水深6m以深で無酸素状態であり、硫化物生成が確認されること、ミャンマー連邦のインレー湖・カンドーヂー湖・インヤー湖、ラオス人民民主共和国のナムグム湖など近隣諸国の富栄養水域では、有毒物質産生藍藻類のアオコ(Microcystis属、Anabaena属)等の現存量が高く、その生息密度は1mlあたり最大で15万細胞にも達することなど緊急対策の必要性を明らかにできた。
重い電子系の磁気秩序状態における低エネルギ-磁気励起の研究

本研究は、希土類元素或はUの化合物に見られる、singleーsiteの近藤効果(対応する特性温度T^*)と、interーsiteの磁気相互作用(対応する特性温度T_M)との競合系の、磁気秩序状態における低エネルギ-磁気励起の特徴を、T^*とT_Mの相対比の異なる幾つかの典型的なCe系及びU系の物質を選んで、主にNMRの核磁気緩和率T_1^<ー1>の温度変化の測定より系統的に解明することを目的としている。以下、本研究により得られた成果を、とりあげた物質ごとにまとめる。1.UP:反強磁性状態の最低温度領域で、T_1^<ー1>がenhanceされたKorringa様の温度変化を示すことを見いだした。これは定性的には低温比熱のγT項に対応しており、磁気秩序状態の低エネルギ-磁気励起がsharpなスピン波ではなく、少なくとも一部は極度にdampした連続様の励起になっていることを示している。更に、低温のdoubleーk構造から高温のsingleーk構造への磁気転移に伴いT_1^<ー1>が約500倍という極めて大きな変化を示すこと、singleーk相のT_1^<ー1>が秩序状態としては例外的に非常に大きいことを見いだした。現在、理論的な解析を行っている。2.UAs:常磁性状態のKnight Shift及びT_1^<ー1>の温度変化を測定し、Uの5fモ-メントの緩和率が大きくかつ温度変化も大きいことを明らかにした。これは、この物質が先に述べた競合系であることを示しており、上記UPとの比較においても大いに興味がもたれるが、現在までのところ秩序状態におけるNMR信号の発見には到っていない。3.Sm_3Se_4:伝導電子のない“重い電子系"として注目されているSm_3Se_4の基底状態及び低エネルギ-磁気励起の特徴を調べるためまず高温の状態につき^<77>Se核のNMRによる研究を行い、この物質で熱的価数揺動が起こっている確たる証拠を見いだした。現在、低温相へ研究を拡げている。
イチゴのディジタル画像における幾何学的特徴パラメータを用いた選別アルゴリズム

本研究では、汎用の画像解析ソフトウェアを用いて、イチゴ形状の特徴パラメータを詳細に解析することで、画像処理による、より有効な選別アルゴリズムを確立することを目的とした。今回は、有効な幾何学的特徴パラメータの抽出、および、イチゴ果実の方向決定アルゴリズムの構築について検討した。1.有効な幾何学的特徴パラメータの抽出現在までの研究成果や、選別アルゴリズム開発の過程の中で、基本的な線形変換に対して不変な幾何学的特徴パラメータを経験的に抽出した。イチゴ形状の良否は、主に果実の先端部で決まるので、その形状特徴を表現しうる特徴とした。また、果実の方向に対して、ある程度頑健性を持つと考えられるものを選択した。今後は、より有効な特徴を、少数個抽出するために統計的な方法を用いて解析することが必要である。その後、それらを組み合わせた選別アルゴリズムを構築していかねばならない。2.イチゴ果実の方向決定アルゴリズムの構築果実方向決定のために3つのアルゴリズムを提案し、それらを比較検討した。一つは、カラー画像処理を用いて、果実とへたの部分の画像の重心位置を抽出し、それらを通る直線の傾きから方向を決定する。次は果実全体の画像に対して、面積、1次および2次度数モーメントが等しい相等楕円の傾きから方向を決定する。さらに、へたを除いた果実部のみに対する相等楕円の傾きから決定するものである。これらを比較検討した結果、10°程度の誤差を含むものの、画像の重心位置を用いる方法が、最も適していると判断された。
オリビンの水素粒界拡散と電気伝導度異常への役割

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
東京大空襲の体験記と空襲記録運動に関する研究

1970年代、東京空襲を記録する会が収集した空襲体験記は、戦後日本における「庶民の戦争体験記の記録化」の代表的な事例の一つとされる。本研究では、東京大空襲・戦災資料センターが所蔵するその空襲体験記の原稿をデジタル化し、資料として活用する方法を研究すると共に、その資料を学問的な歴史叙述や資料館などを通じた社会教育にどのように生かしていけばよいかを研究する。
発癌プロモーター活性物質を生産する淡水微生物およびその有害物質の免疫学的識別法

世界各地の湖沼ではアオコによる景観の悪化、悪臭、動物の死亡などが問題になっている。アオコの発生原因を究明するには、原因微生物の生態を解明する必要があるが、その前提として、これらの微生物の確実な種の識別が不可欠である。現在、アオコの識別は全く形態学的分類に依存しているので、環境の変化によって形態が変化する場合や形態形成が不十分な場合には、本法は全く無効である。したがって、本研究ではMicrocystisの種に特異的に反応するモノクローナル抗体を作製し、形態学的分類ではなく、免疫学的手法を用いて本属を識別する方法の確立を目的とした。モノクローナル抗体の作製には、本属微生物でマウスを免疫した後、脾臓細胞とミエローマ細胞を融合させ、ハイブリドーマを樹立した。これらのハイブリドーマを培養して得られた抗体の本微生物に対する反応性は間接蛍光抗体法を用いて判定した。一連のハイブリドーマ樹立過程を経て、3種類のモノクローナル抗体を作製した。これらと5種38株のMicrocystisの株化細胞との反応性を検討した結果、16SrDNAの遺伝子解析から得られた結果に酷似した。したがって、本法において得られたグループは形態学的分類において定められた種よりも、より正当な分類である可能性が高い。また,得られた抗体は対数増殖期および定常期の細胞に対しても反応し、0.5%5%グルタルアルデヒドで固定した細胞にも反応性が保持されていたので、保存サンプルの識別に十分有効であると考えられる。この反応はフローサイトメーターを用いてより迅速、かつ正確に計測できることも明らかになった。したがって、本法は、フィールドから得られたMicrocystisサンプルを正確にグル-ピングできる最良の方法であることが強く示唆された。一方、Microcystisの生産する有害物質であるミクロシスチンに反応するモノクローナル抗体との反応性を検討した実験では、固定剤として5%ホルマリンでMicrocystisを固定し細胞膜を破壊すると、抗体が細胞内に入り良好な反応が見られることが明らかになった。形態学に依存しないMicrocystis属の種間識別法を確立する目的で、本属の種に特異的なモノクローナル抗体の作製を試みた。まず、M.aeruginosa f.aeruginosaをBALB/cマウスの腹腔内に投与し、マウスの免疫を行った。このマウスの血液を採取し、その中にMicrocystisに対する抗体が含まれているかどうかを、FITCで標識したGoat anti-mouse immunoglobulinを用いた間接蛍光抗体法で判定した。その結果、免疫を8週間行ったマウス血液中に陽性反応を確認することができたので、本法を用いると抗体の検出が可能であること、マウスに免疫が成立していることが明らかになった。次に、モノクローナル抗体を作製するために、免疫の成立したマウスの脾臓細胞とマウスミエローマ細胞をポリエチレングリコールで融合させた後、HAT選択培地を用いて融合細胞(ハイブリドーマ)のみを増殖させ、限界希釈法によってそれらの細胞のクローニングを行った。その結果、M.aeruginosa f.aeruginosaには反応するが、M.aeruginosa f.flos-aqua,M.viridisやM.wesenbergiiには反応しないモノクローナル抗体を産生するハイブリドーマを得ることができた。Microcysticsの分類は形態学に全く依存しているが、アオコ発生現場から分離した株は培養するにつれて、群体の形態が崩れて来る場合が多い。また、自然界においても、群体形成前や崩壊後では識別が困難である。

したがって、筆者は形態に依存しないMicrocystics属の分類を確立する目的で、本属の種に特異的なモノクローナル抗体の作製を試み、前回はM. aeruginosa f. aeruginosaに特異的に反応する抗体を得た。今回は、M. wesenbergiiを免疫源として本藻類に特異的な抗体の作製を試みた。今回は免疫のためにアジュバンドを藻体の懸濁液に加えた所、免疫の成立が以前より早くなることが明らかになった。したがって、本法を用いてモノクローナル抗体の作製を行った。その結果、M. wesenbergii以外の種(M. aeruginosa, M. ichthyoblabe, M. novacekii, M. viridis)には全く反応しないが、M. wesenbergiiの多くの株に反応する2種類の抗体を得ることができた。しかし、M. wesenbergiiの一部の株には反応しなかったので、その理由について検討しているところである。また、間接蛍光抗体法によりFITCを細胞表面に結合したM. wesenbergiiを蛍光顕微鏡やフローサイトメーターで解析した所、90%以上の細胞に顕著なFITCの蛍光を確認することができたので、良好な反応性をもつ抗体を作製することができたと考えている。アオコ原因微生物であるMicrocystisの分類は形態学的分類によって行われている。しかし、環境の変化によって群体の形状に変化が生じた場合や、群体形成が不十分な場合には形態学的分類法は全く無効である。本研究では、Microcystisに特異的に反応するモノクローナル抗体を作製し、形態学的分類ではなく、免疫学的手法を用いて本属を識別することを目的とした。モノクローナル抗体は従来から私達が用いている方法にしたがって作製した。一連のハイブリドーマ樹立過程を経て、以前に作製した3抗体(特異性の異なるものは2種類)に加え、1種類のモノクローナル抗体を追加作製した。これらの抗体を38株のMicrocystis株化細胞に反応させた。その結果、得られた反応パターンは予想に反して形態学的分類よりも、むしろ16SrDNAの塩基配列の解析結果から作製されたグル-ピングに酷似することが明らかになった。したがって、本法を用いれば、Microcystis属内の新しい、正確なグル-ピングができるものと考えられる。また、得られた抗体は、対数増殖期および定常期の細胞に対しても反応した。さらに、0.5%5%グルタルアルデヒドで固定した細胞にも反応性が保持されていたので、保存サンプルの識別も可能であると考えられる。次に、FITCで標識した抗体を反応させた本属微生物をフローサイトメトリーを用いて解析した。まず本法によって標識された細胞と未標識細胞が区別できることを確認した後に、それらを3:7、1:1、7:3に混合し、同様の実験を行った。その結果、理論値に近い測定値が得られたので、本法は本属微生物の識別および定量に極めて有用であると考えられる。
幾何学的変分問題とその幾何学的視覚化の研究

リーマン多様体と実直線の直積上のリーマン計量に共形変形を行い、調和写像から2調和写像を誘導できるか否かを考察し、リーマン多様体の次元が3または4の場合には、そのような共形変形が存在することを証明した。平面の有界領域において、二値の熱伝導率をもつ媒体が存在するときに、その熱伝導性を最適化する問題を考察し、種々の境界条件において、領域形状とラプラシアンの第一固有値の最適化との関係を調べた。有限長カーボンナノチューブの"length Index"の定義に関する研究を行い、その指標となるべき「長さ方向にいくつのベンゼン環が存在するか」を数値化した。今年度は、第一ペッチ数が4となる有限グラフを基本グラフとして持つ結晶格子の3次元空間への実現についての研究を行った。それらの最大被覆グラフによる4次元空間への標準実現を3次元空間へ射影した結晶格子について、それら全てを記述することを行った。現時点では、それらの全てをシステマティックに書き出すことには成功していない。この研究は、3次元空間における結晶格子がどのようにして生成されるかの全ての情報をリストアップするための最初のステップであると考えている。現時点では、K33と呼ぼれる、第一ペッチ数が4となる有限グラフの中で、もっとも対称性が高いグラフについて、その4次元空間への実現かちのプロジェクションを全て書き出し、それらの視覚化を行っている。また、一方では、平面の有界領域において、与えられた全熱伝導率の下で、最も効率的な熱伝導を与える熱伝導率分布の計算に着手した。現時点では予備的な計算のみを行っている。特に、境界条件を周期境界条件、第3種境界条件、ノイマン境界条件などをつかい、それらのラプラス方程式の境界値問題の解を数値的に計算している。この研究では、平面上のラプラス方程式に対しては、現時点で予測の範囲の解答が得られているが、空間内のラプラス方程式に対する同様の問題を考察することが必要であると考えている。また、得られた解が「格子的」な形状をしているように観察できるが、この問題と結晶格子の対称性についての研究に発展擦る可能性がある。今年度は、平面の有界領域において、与えられた全熱伝導率の下で、最も効率的な熱伝導を与える熱伝導率分布を考察した。より詳しくは、昨年度に引き続き、境界条件をディレクレ境界条件に設定し、1次元および2次元の矩形領域において、2種の材料を与えた時の最適な熱伝導を実現する材料分布の存在を考察した。昨年度の時点では、「最適な熱伝導」を与える汎関数の設定を、全エネルギーとして計算していたが、今年度は「第一固有値」を与える汎関数を考察し、人工的な配置に対しての第一固有値の挙動を数値的に計算するとともに、その最小解または最大解における解の特徴づけを考察した。数値的には、固有関数の値とその導関数の値に関する不等式が成り立つことが予想できたが、その厳密な証明には、一部ギャップが残っている。また、今年度末には、第一固有関数の解の正則性または部分正則性の証明に着手し、「第一固有値」を汎関数とした時の、「最適な熱伝導」を与えるフレームワークを得つつある。ただし、残念ながら、数学的にリゴラスな証明を完了したのではなく、一方、数値解析による視覚化も、予備的な計算にとどまっている。本研究を通じて、以下の研究成果をあげることができた。リーマン多様体上の2調和写像の研究を行った。そこではリーマン多様体上の調和写像を与えた時、その多様体と実直線の直積上のリーマン計量に共形変形を行い、調和写像から2調和写像を誘導できるか否かを考察した。その結果、多様体の次元が3または4の場合には、そのような共形変形が存在すること、次元が5以上の場合には、そのような共形変形は存在しないことを証明した。この問題は、3階非線形常微分方程式の正値解の存在に帰着される。また、平面の有界領域において、二値の熱伝導率をもつ媒体が存在するときに、その熱伝導性を最適化する問題を考察した。この研究では、そのような状況において、ラプラシアンの第一固有値を最小化または最大化する熱伝導率関数を求めることを考えた。すなわち、二種類の物質が平面上に配置されていると考え、その配置とラプラシアンの第一固有値との関連を考察した。この問題は、解析的に解くことが極めて困難であると考えられ、本研究では、数値計算により、最適配置を求めることを考えた。その結果、種々の境界条件の下で最適配置を計算した。さらに、有限長カーボンナノチューブの"length Index"の定義に関する研究を行った。カーボンナノチューブの数学的指標として、chiral indexが広く知られているが、カーボンナノチューブの「長さ」を測る指標は、これまでには知られていなかった。

そこで、その指標となるべき「長さ方向にいくつのベンゼン環が存在するか」を数値化し、length indexを定義することができた。また、この研究では、単にそれを定義するだけでなく、具体的なカーボンナノチューブの結合状態を与えることでlength indexを計算するプログラム(ウェブアプリケーション)を開発した。幾何学的変分問題の例の一つである2調和写像で、調和写像とは異なるものを構成することに成功した。この研究は、東北大学の浦川肇氏との共同研究であり、既に調和写像の存在がわかっている多様体の間で、定義域及び値域の多様体に1次元ユークリッド空間を直積し、そのユークリッド空間の計量を共形的に変形することにより、調和写像とは異なる2調和写像の存在と、その手法による2調和写像への変形の非存在を証明した。この研究では、実数上のある常微分方程式の解の大域的存在が、2調和写像の存在と同値になるが、この常微分方程式の解を数値的に構成し、その解を視覚化することによって、解の存在定理および非存在定理の証明の方針を得ることができた。また、ユークリッド空間内の有界領域上に、2種類の値をもつ関数をその熱伝導率とするラプラス方程式を考察し、与えられた体積制限条件の下で、その第一固有値の最大・最小を与える熱伝導率の分布を考察した。この問題は、2種類の物質によって、より効率的な冷却を行う物質の構成という動機の下、その効率の一つの例として第一固有値を考え、物質配置の形状最適化を考察したことに他ならない。この問題は、東北大学の小谷元子氏および松江要氏との共同研究であり、熱伝導率関数が連続ではないため、解析的に考察することは必ずしも容易ではない。そのため、有限要素法による数値解析を中心に研究を行い、数値解析結果の視覚化を通じて、最適配置の特徴付けの数学的予想を得ることができた。その予想は、視覚化を行わない限り得ることが困難な予想であり、現時点で、その予想に対する厳密な証明を行なっている。効率的な熱伝導を実現する物質配置について、種々の数値計算を行なっているが、「効率的な熱伝導」を与える汎関数として、新しく第一固有値を考察することに方針を変更した。そのため、その変分問題の解の正則性定理の証明を必要とすることとなり、現在その証明に着手している段階である。25年度が最終年度であるため、記入しない。変分問題として定式化されるいくつかの問題について、その数値計算に基づく視覚化を通じて、数学として意味のある結果を得ることができた。第一に、2調和写像の存在については、常微分方程式の数値解析及びその視覚化をなしには、大域的な解が存在するか否かの予想さえも考えることが困難なものであった。事実、この問題に関しては、Baird-Kammisokkoによる2000年頃の予想に対する完全な解答を与えたものであり、Baird-Kammisokkoたちも数値計算による予想を行なっていたが、計算結果の解釈(視覚化)が不十分であったため、存在定理の基本的な予想を得ることができなかったと考えられる。本研究では、その部分を標準的ではあるが、有意義な視覚化を行うことによって、完全な解答を得た意義は大きいと考えられる。また、物質の最適配置問題については、基本的には数値計算が主となると考えられる研究内容であるが、単に計算を行うだけでなく、その計算結果の視覚化から、リゴラスな数学的な予想を立てることができた。
遊戯概念に定位したニーチェの道徳思想の研究

本研究は,ニーチェ思想における重要な概念の一つである「遊戯」に定位することにより,力への意志に依拠した価値転換によるニヒリズムの克服とは何か,というニーチェ道徳思想に関する核心的問いに対して,斬新で説明力の高い解釈を提示する。また,それにより,彼のメタ倫理学的立場についても新しい解釈視点を切り開き,彼の改革的虚構主義者としての特徴を明らかにする。さらに,以上の解釈をふまえ,ニーチェの遊戯の思想がメタ倫理学に与え得る意義を示す。