hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
In vivoイメージングを用いた毛包幹細胞の恒常性維持機構の解明

自己複製能と多分化能を有し、組織の恒常性を支える幹細胞は、生涯に渡って細胞の供給源として機能するために、様々な内因性・外因性のストレスに対して柔軟かつ的確に対応し、自身を維持していると考えられる。本研究では、マウス成体毛包のin vivoイメージングシステムを確立し、連続あるいは間歇的に、毛周期を通して毛包と周囲組織の細胞動態を1細胞レベルの解像力で観察することを可能とした。本技術を用いて、毛包の特定の幹細胞集団を人為的に消失させた時の修復応答を解析することにより、毛包には、幹細胞の枯渇や損傷に対して可逆的に細胞運命を転換し、一定の比率で幹細胞を維持するシステムが存在することが強く示唆された。自己複製能と多分化能を有し、組織・臓器の恒常性を支える幹細胞は、生涯にわたって細胞の供給源として機能するために、様々な内因性・外因性のストレスに対して柔軟かつ的確に対応し、自身を維持していると考えられる。皮膚とその付属器官である毛包は、生涯にわたって再生を繰り返す器官であり、幹細胞研究の良いモデルである。そこで本研究では、従来の組織学的、遺伝学的解析に加えて、時空間的なin vivoライブセルイメージングを利用して毛包幹細胞の集団挙動を計測することにより、幹細胞システムの恒常性を支える柔軟でロバストな機構を理解することを目的とした。昨年度、マウス成体毛包のin vivoイメージングシステムを確立し、連続あるいは間歇的に、毛周期を通して毛包全体と周囲組織の細胞動態を1細胞レベルの解像力でin vivoにおいて観察することを可能とした。そこで本年度は、幹細胞集団の枯渇や周囲環境の損傷に対して、細胞はどのように備え、恒常性を維持しようとするのかを明らかにするために、特定の幹細胞集団や周囲環境を任意に消失させたときの幹細胞の修復応答を解析した。毛包における代表的な幹細胞領域のひとつであるupper bulge領域を、Gli1-EGFPマウスを用いて可視化し、本領域をレーザーアブレーションによって消失させたところ、1日後から細胞の流入が認められ、6日後には損傷領域が完全に修復し、Gli1EGFPの発現の回復も認められた。さらに広範囲にupper bulge領域と隣接するbulge領域の一部を消失させると、数日経過後も損傷した幹細胞領域は修復せず、しかしながら、そのまま成長期に入り毛包は伸長しうることが明らかになった。さらに、毛周期が回ったあとには、元通りの比率で各種幹細胞領域が修復することが確認された。このことから、毛包には、幹細胞の枯渇や損傷に対して、可逆的に細胞運命を転換し、一定の比率で幹細胞を維持するシステムの存在が強く示唆された。そこで本研究では、従来の組織学的、遺伝学的解析に加えて、時空間的なin vivoライブセルイメージングを利用して毛包幹細胞の集団挙動を計測することにより、幹細胞システムの恒常性を支える柔軟でロバストな機構を理解することを目指す。平成25年度は、多光子顕微鏡と細胞の核および細胞膜を蛍光標識した遺伝子改変動物を用いて、休止期、退行期のみならず、最も毛包が長く伸長した成長期においても、毛包全体と周囲組織を視野に捉え、毛の産生される様子を1細胞レベルの解像力でin vivoにおいて観察することを可能とした。さらに、こうした細胞動態を48時間の連続ライブイメージングにより安定的に捉えることを可能としている。また、数日おきに同一毛包を観察することを可能とし、従来の遺伝学的細胞系譜追跡法に加えて、光変換型蛍光タンパク質を発現する遺伝子改変動物を用いることで、同一毛包における特定の幹細胞を経時的かつ間歇的に長期追跡することを可能とした。さらに、特定の幹細胞集団を人為的に消失させた時の修復応答の解析を開始し、毛包において特定の幹細胞が損傷・消失しても、これを修復し、安定的に維持しようとするシステムの存在が示唆された。この独自に確立したin vivoイメージング技術は、生体内のより自然な幹細胞動態を明らかにするだけでなく、時空間的に加えられた環境変化に対する細胞の応答や動態の変化を、遺伝子発現の変化とともに解析することを可能とするものと考えられる。本研究計画において、初年度は本研究の核となる技術として、成体毛包のin vivoイメージングの確立を挙げていた。本目標は予定通り達成し、すでに正常時および損傷時における幹細胞動態の解析に着手している。

また、これまでに成体毛包幹細胞の3次元in vivo動態解析についての報告は、1研究室からの報告に留まっており(Nature 487:496-9, 2012; Science 343:1353-6, 2014 )、これまでの報告では、最も長い連続観察時間は16時間程度に留まり、毛包が長く伸長する成長期毛包全体を捉えた報告は存在しない。しかしながら、本研究においてはこの点を大幅に改善し、48時間、連続的に細胞動態を観察することを可能とした。さらに、最も毛包が長く伸長した成長期においても、毛包全体を1細胞レベルの解像力で捉えることを可能としている。本技術の確立により、生体内のより自然な幹細胞動態を明らかにするだけでなく、時空間的に加えられた環境変化に対する細胞の応答や動態の変化を、遺伝子発現の変化とともに解析することを可能とするものと考えられる。以上の事由より、本研究は当初の計画以上に進展しているものと考えている。26年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度より、独自に確立したin vivoイメージングシステムを駆使して、毛包幹細胞の正常時における細胞挙動の解析に着手している。平成26年度は、本解析を継続するとともに、幹細胞集団の枯渇や周囲環境の損傷に対して、細胞はどのように備え、恒常性を維持しようとするのかを明らかにするために、特定の幹細胞集団や周囲環境を任意に消失させたときの幹細胞の修復応答を解析し、幹細胞の恒常性維持における細胞外環境の役割を理解する。本解析により複数の幹細胞・前駆細胞間の可逆的な分化能とヒエラルキー、ニッチ間の連携機能を明らかにするとともに、幹細胞の維持システムの恒常性を明らかにできると考えている。また、幹細胞の恒常性維持における幹細胞ニッチからのシグナルの寄与を検証し、幹細胞の生存と恒常性維持に対して、幹細胞自身の内因性性質と周囲の幹細胞ニッチからの外因性シグナルがどのように協調しているのかを明らかにする。幹細胞生物学26年度が最終年度であるため、記入しない。
超臨界水中での高効率分子変換

超臨界水と親和性の高い芳香族環を含む化合物を基本とし,水と相互作用しやすい極性官能基を含む化合物として,ベンジルアルコール,1-フェニルエタノール,ベンズヒドロール,シンナミルアルコール,α-フェニルベンジルアルコール,シンナムアルデヒド,ケイ皮酸等を取り上げ,これら化合物の超臨界水中での反応挙動を系統的に研究した.その結果,超臨界水中での新規反応として,酸化剤のない状態かつ無触媒条件下,超臨界水のみで第二級アルコールが酸化され効率よく相当するケトンと水素ガスとを発生することを見出した.特に,ベンズヒドロールを基質に用いた場合,反応温度460°C,反応時間3時間,水密度0.35g/mLで,酸化性生物であるベンゾフェノンを63%の収率で得ることに成功した.また,トリフェニルメタノールを用い,超臨界水中でのラジカル種の発生を,ESR測定,およびラジカル捕捉剤との反応により明らかにした.さらに,含酸素不飽和化合物が超臨界水中で,水素移動反応(シンナミルアルコール,α-フェニルベンジルアルコール),水酸基移動反応(シンナミルアルコール,α-フェニルベンジルアルコール),不飽和結合移動反応(シンナミルアルコール,α-フェニルベンジルアルコール),炭素-炭素結合開裂反応(シンナムアルデヒド),脱炭酸反応(ケイ皮酸)等を起こすことを明らかにした.これらの有機化学反応の反応メカニズムを計算機化学的に解明した.第二級アルコールであるベンズヒドロール(1)および1-フェニルエタノール(2),第一級アルコールであるベンジルアルコール(3)を,SUS316反応管中,無酸素・無触媒条件下の超臨界水で処理した.化合物1は,反応温度460°C,水密度0.35g/mL,反応時間3時間の条件で,酸化生成物であるベンゾフェノン,および還元生成物であるジフェニルメタンを,それぞれ62.7%,および10.2%の収率で与えた.石英管を用いる同様の反応では,同時に水素ガスの発生も確認した.また,化合物2は反応温度460°C,水密度0.35g/mL,反応時間3時間の条件で,酸化生成物であるアセトフェノン,および還元生成物であるエチルベンゼンを,それぞれ38.3%,および42.3%の収率で与えた.この反応を低温(360°C)で行うと,脱水生成物であるスチレンが65.3%の収率で得られた.一方,第一級アルコールである化合物3は,反応温度460°C,水密度0.35g/mL,反応時間3時間の条件で,酸化生成物であるベンズアルデヒド,および還元生成物であるトルエンを,それぞれ11.3%,および29.9%の収率で与えた.この反応ではベンズアルデヒドが脱COしたと考えられるベンゼンが22.3%副生した.以上のように,超臨界水と親和性の高いベンゼン環を有する第二級アルコールを基質とすることにより,無触媒・無酸素条件の超臨界水中で酸化反応が進行し,効率よく相当するカルボニル化合物と水素ガスを発生することを見出した.二重結合と水酸基を兼備するアリルアルコール誘導体であるシンナミルアルコール(1)を超臨界水(380°C,10min,水密度0.35g/mL)で処理すると38%の転化率で,単純な酸化生成物であるシンナムアルデヒド(2,<1%),二重結合が移動した4-フェニルプロピオンアルデヒド(3,7%),二重結合と水酸基の位置が入れ代わったα-ビニルベンジルアルコール(4,11%),化合物4の二重結合が移動したプロピオフェノン(5,2%)を得た.この反応のメカニズムを明らかにする目的で,反応に及ぼす温度,時間,水密度の効果を精査した.その結果,この反応は350°Cを過ぎたあたりから加速度的に反応が進行したことから,活性化エネルギーの高い反応であると言える.また,この反応は水密度に敏感で,水が存在しないときには単純な酸化性生物である化合物2と分解生物であると考えられるアリルベンゼンおよびスチレンが得られ,化合物35が全く得られないことを明らかにした.しかし水が存在すると分解反応が抑えられ,逆に化合物35の収率が向上することを見出した.以上の事実から出発物質1から生成物35にいたる反応過程に水分子を含む環状遷移状態を経ることが推測された.以上のように,二重結合と水酸基を兼備するシンナミルアルコールを亜臨界水あるいは超臨界水で処理すると,二重結合あるいは水酸基が移動した各種生成物を与えることを明らかにした.超臨界水と親和性の高い芳香族環を含む化合物を基本とし,水と相互作用しやすい極性官能基を含む化合物として,ベンジルアルコール,1-フェニルエタノール,ベンズヒドロール,シンナミルアルコール,α-フェニルベンジルアルコール,シンナムアルデヒド,ケイ皮酸等を取り上げ,これら化合物の超臨界水中での反応挙動を系統的に研究した.その結果,超臨界水中での新規反応として,酸化剤のない状態かつ無触媒条件下,超臨界水のみで第二級アルコールが酸化され効率よく相当するケトンと水素ガスとを発生することを見出した.特に,ベンズヒドロールを基質に用いた場合,反応温度460°C,反応時間3時間,水密度0.35g/mLで,酸化性生物であるベンゾフェノンを63%の収率で得ることに成功した.また,トリフェニルメタノールを用い,超臨界水中でのラジカル種の発生を,ESR測定,およびラジカル捕捉剤との反応により明らかにした.

さらに,含酸素不飽和化合物が超臨界水中で,水素移動反応(シンナミルアルコール,α-フェニルベンジルアルコール),水酸基移動反応(シンナミルアルコール,α-フェニルベンジルアルコール),不飽和結合移動反応(シンナミルアルコール,α-フェニルベンジルアルコール),炭素-炭素結合開裂反応(シンナムアルデヒド),脱炭酸反応(ケイ皮酸)等を起こすことを明らかにした.これらの有機化学反応の反応メカニズムを計算機化学的に解明した.
光親和性標識と質量分析による発光タンパク活性部位の動的変化解析

発光タンパクが効率よく発光している分子機構を明らかにすることを目的として、イクオリンを光親和性標識した。既に合成したアジド化デヒドロセレンテラジンを用いてイクオリンを再構成し、発光前後において光照射した。トリプシン消化した後、質量分析した結果、システイン残基が特異的に酸化修飾されていることが判明した。この現象はこれまでに報告例が無く、発光前後におけるタンパクの動的変化解析に利用できる手法を確立できた。オワンクラゲ発光タンパク(イクオリン)とアジド化セレンテラジンを用いて光照射を行った。電気泳動装置と高分解能緩衝液を組み合わせて、分子量数百の差をゲル上で確認しようと試みたが、光照射前後における有意な差は観測されなかった。そこで、光照射したイクオリンを電気泳動したのち、イクオリン部分を切り出し、ゲル内消化酵素でペプチド断片へと分解した。得られた試料をナノLC-Q-TOF型・イオントラップ型質量分析装置で解析した。その結果、セレンテラジン近傍のアミノ酸が酸化修飾を受けていることが判明した。非照射のイクオリンも同一条件で解析し、光照射に依存した酸化修飾であることを確認した。すでに報告されているイクオリンのアミノ酸配列をもとに、トリプシン消化のペプチドマップを作製して解析を進めた。イクオリンの過酸化物の周辺が特に酸化修飾を受けていることを確認した。アジド基を用いて修飾する予定であったが、過酸化物中間体による部位特異的酸化修飾が可能となった。イクオリンで一連の解析が終了したので、同じ手法を用いて、トビイカ発光タンパク(シンプレクチン)に適用し、発光前後における活性部位の動的解析を現在検討している。1.発光タンパクが効率よく発光している分子機構を明らかにすることを目的として、イクオリンを光親和性標識した。2.フッ素基を2個導入したDCTを用いて、シンプレクチン活性部位のシステイン残基を390番目であることを突き止めた。2種類のDCT誘導体を合成して活性を測定したところ、フッ素基の置換位置によって、活性に大きな差が生じることが明らかになった。その原因について種々検討した結果、システイン残基との反応性が大きく異なることが明らかになった。反応性が大きすぎる場合、活性のあるクロモフォアを形成できなくなるために、発光活性が低下することが明らかになった。3.ホタルイカルシフェリンの構造に関する研究を展開した。硫酸化、リン酸化ルシフェリンをそれぞれ合成し、天然物と詳細に比較した結果、硫酸化セレンテラジンで間違いないことを確認した。
残留日本兵の社会史的研究

今年度は国内外での現地調査を積極的に実施し、当初の研究目的のうち進捗が遅れていた残留日本兵とその家族の実像解明を行うことができた。そして、その結果としてつぎのような研究成果を挙げることができた。第一に、東京都と宮城県でタイとベトナムの残留日本兵家族へのインタビューを行うことに成功した。両者は残留日本兵であった父とともに高度成長期の日本社会を生きたという共通体験があり、その体験を小説や写真などの形で発表していた。ふたりの語りを通じて、戦後日本を生きた残留日本兵家族の小さな歴史を再構成することができた。第二に、インドネシアとベトナムに残留した台湾人日本兵の事例研究について、京都大学東南アジア地域研究研究所東南アジア研究の国際共同研究拠点「ミクロヒストリーから照射する越境・葛藤と共生の動態に関する比較研究」研究会の場で報告し、参加した地域研究者たちから有意義なアドバイスを得ることができた。そしてそれを基にして、論文「東南アジア残留台湾人日本兵のミクロヒストリー」を執筆した。第三に、アメリカから来日した研究者と、残留日本兵の故・横井庄一氏を中心に残留日本兵についての意見交換を行い、有意義な情報とアドバイスを得ることができた。なお、残留日本兵とその家族の虚像についても、図書館・研究機関での文献調査、資料収集によって得られた情報を精査していくことによって、新たな知見を得ることができた。小野田寛郎と横井庄一という戦後日本社会のなかでもっとも大きな注目を集めた残留日本兵二人に関する言説を広く収集した。その上で、他の大勢の残留日本兵たちと異なり、なぜ二人がそれほどまでに大きな脚光を浴びたのかを考察した。その結果、背景には、1970年代という同時代状況のなかで、日本人の戦争体験の断絶とアジア認識の連続が大きく関わっているということが明らかとなった。すなわち、対外関係、経済成長、戦後教育世代の台頭によって、戦後の日本人の価値観が変化したことが、二人への好奇なまなざしへとつながっていた。しかしその一方で、アジアを「野蛮」とみなすような日本人のアジアに対する帝国意識は連続していた。総じて二人の残留日本兵が注目されたのは、冷戦下で経済成長を遂げた日本社会における戦争の記憶の変遷の通過点という特殊な条件が影響しており、それらの反応をみることで、戦後の日本社会の断絶と連続を同時に捉えることができた。上記のような視点を踏まえ、「小野田寛郎と横井庄一ー豊かな社会に出現した日本兵ー」という論文を執筆した。この論文は編集作業を経て、岩波書店の『岩波シリーズひとびとの精神史』の第6巻目の一章として、2015年に発表される予定である。また『週刊新発見!日本の歴史』(2014年5月18日号)、『歴史街道』(2014年9月号)、『東京新聞』(2014年8月16日付朝刊オピニオン面)、『じゃかるた新聞』(2014年8月26日)、『読売新聞』(2015年3月16日付夕刊社会面)紙上にて、残留日本兵に対する自身の見解を述べた。さらに2015年に吉川弘文館から刊行予定の『アジア・太平洋戦争辞典』の残留日本兵に関する項目について執筆した。本研究の目的は、残留日本兵の虚像と実像を解明することにあったが、本年度は双方において研究の進展がみられた。まず虚像の解明については、杉田敦編『シリーズひとびとの精神史第6巻日本列島改造』のなかの拙論「小野田寛郎と横井庄一ー豊かな社会に出現した日本兵ー」で、小野田寛郎と横井庄一という日本の高度成長期に脚光を浴びた二人の残留元日本兵に関する言説に着目し、戦後の日本社会のなかで残留日本兵が他律的な存在としていかに描かれ、受容されてきたのかを考察することで、日本人の戦争観や歴史認識を明らかにした。つぎに、実像の解明については、大阪経済法科大学アジア研究所『東アジア研究』第64号のなかの拙論「ベトナム戦争の時代を生きた台湾人日本兵ー中村輝夫と荘百バンー」で取り上げたように、ベトナムに残留した台湾人日本兵の家族史を辿ることで、残留日本兵のローカルかつグローバルな経験を明らかにする糸口を掴むことができた。また、博士学位請求論文「インドネシア残留日本兵の社会史的研究1942-2014」において、インドネシアのナショナル・ヒストリーを形成する上で重要な歴史的出来事を、残留日本兵というマイノリティの存在の視点を通じて捉え直すことで、国軍中心史観を実証研究によって相対化し、インドネシアの多元主義と排他的ナショナリズムの相克を展望することができた。上記の他にも、戦後70年の節目の年ということもあって、講演、新聞紙上にて残留日本兵に対する自身の見解を述べる機会があった。従来取り組んできたインドネシア残留日本兵の家族史、地域史については、博士学位請求論文のなかでまとめることできた。また新たにベトナムに残留した台湾人日本兵の家族史を描く糸口を掴むという成果も得られた。その一方で、朝鮮戦争に参加後に残留した在日義勇兵との比較研究を試みたが、手がかりが乏しく、断念せざるを得なかった。本研究の目的である残留日本兵の虚像と実像の解明について、本年度は文献調査を中心に進めた結果、以下のような研究成果を挙げることができた。第一に、残留日本兵の虚像の解明については、中世の終わりに西欧人によって海外に流出した日本人船員・傭兵・労働者・捕虜・奴隷などの存在に着目し、そのなかで傭兵を残留日本兵のアナロジーと捉えた。

そして戦時期に学校教育等を通じて軍事的英雄としてもてはやされた、シャムの日本人傭兵の象徴的存在である「山田長政」の表象過程を詳しく追うことで、日本人の支配と被支配の歴史を重ね合わせ、両者の比較検討を試みた。第二に、残留日本兵の実像の解明については、天皇皇后両陛下の公式訪問で脚光を浴びたベトナム残留日本兵家族の存在に注目した。この「慰霊の旅」に関する一連の報道は、残留日本兵は、民族解放統一戦線組織・ベトミンとともに戦って独立に貢献したが、家族離散の憂き目にあい、残された妻子は苦労したというストーリーで完結していた。しかしベトナム残留日本兵家族についての体系的な学術研究は未だなく、その全貌ははっきりしないことから、まずは先行研究の洗い直しと再検討を試みた。その結果、「慰霊の旅」によって光を浴びた日本兵とその家族がいる一方で、さらなる歴史の闇のなかに埋もれ、看過されてしまった日本兵とその家族がいることが浮かび上がってきた。そこで後者のタイプの残留日本兵についての事例研究を深め、研究成果の一部を新聞紙上で発表した。昨年インドネシアの事例との比較対象を変更した結果、基本的な文献収集と知識の習得に時間がかかった。くわえて体調不良でフィールドワークを思うように進められない時期があった。今年度は、つぎの三つの方向から研究を進めていくことができた。第一に、2017年3月の天皇皇后両陛下ベトナム公式訪問によって、急速に事態が推移したベトナム残留日本兵家族を取り巻く状況を参与観察によって明らかにした。両陛下の残留日本兵家族との面会は「慰霊の旅」として注目され、その前後に報道が相次いだ。申請者も関連行事への参加や関係者から間接的情報を得ることによって、ベトナム残留日本兵家族の歴史的背景を明らかにすることができた。第二に、ベトナム元残留日本兵の生存者へのオーラル・ヒストリーを行った。この人物については、これまでにも新聞やテレビによる報道があったが、それらは第一次インドシナ戦争とのかかわりが主であった。これに対して、筆者は当該人物の戦前の生い立ちや戦後の生活、ベトナム戦争とのかかわりを含めた聞き取りを行うことで、ライフヒストリーを発掘することに成功した。第三に、歴史認識論、移民・難民・ディアスポラ論、戦争論、東南アジア論、地域研究等に関する文献を幅広く収集し、分析した。そのなかでもとくに日清・日露戦争、アジア・太平洋戦争、ベトナム戦争に関するものに着目し、そこから最新の知識や知見を学ぶことができた。以上の三つの取り組みを通じてそれぞれ得られた知見を、ひとつの成果物にとりまとめて発表する予定であったが、時間的制約等で次年度の課題となった。その一方で、成果の一端については新聞紙上で紹介することができた。参与観察、聞き取り調査に際し、研究対象者と仲介者との日程調整が円滑にいかなかった。また研究に必要な書籍等を入手するのに予想以上に時間がかかった。そのため研究成果の発表や論文化に時間がかかっている。今年度は国内外での現地調査を積極的に実施し、当初の研究目的のうち進捗が遅れていた残留日本兵とその家族の実像解明を行うことができた。そして、その結果としてつぎのような研究成果を挙げることができた。第一に、東京都と宮城県でタイとベトナムの残留日本兵家族へのインタビューを行うことに成功した。
シリコンスラッジと銅粉との赤外線焼結による次世代リチウムイオン電池製作の試み

近年,電気自動車などに用いられているリチウムイオン電池の高容量化が求められている.本研究では,シリコンウェハ製造時に大量に排出される廃シリコン粉末を再利用し,赤外線焼結による低コスト・高容量リチウムイオン電池のシリコン負極の創製を試みた.負極の強度と導電性を付加するために銅粒子やCNFを廃シリコン粉末に混合し赤外線焼結を行い,赤外線焼結条件が膜の特性に対する影響の評価を行った.その結果,本提案手法により多孔質複合膜のシリコン負極を創製する可能性が示され,本技術の実用化に向けての課題が抽出された.近年,電気自動車などに用いられているリチウムイオン電池の高容量化が求められている.本研究では,シリコンウェハ製造時に大量に排出される廃シリコン粉末を再利用し,赤外線焼結による低コスト・高容量リチウムイオン電池のシリコン負極の創製を試みた.負極の強度と導電性を付加するために銅粒子やCNFを廃シリコン粉末に混合し赤外線焼結を行い,赤外線焼結条件が膜の特性に対する影響の評価を行った.その結果,本提案手法により多孔質複合膜のシリコン負極を創製する可能性が示され,本技術の実用化に向けての課題が抽出された.単結晶シリコン(Si)のインゴットからウエハへと切断する工程では,スラッジと呼ばれる大きさが数ミクロン程度のSi粉末が大量に発生する.ウエハが薄くなり口径が大きくなるに伴い,スラッジの発生量も増加する.スラッジには砥粒などの除去困難な不純物が混在するため,インゴット生産への再利用ができず,産業廃棄物として処理されている.本研究では,銅粉(Cu)をSiスラッジへ混合し,赤外線加熱を用いて銅粉のみを瞬間的に溶融・再凝固させることで優れた機械的・電気的特性を有するSi/Cu複合膜を創製する.最終的に,複合膜の組成や気孔率などを制御することで大容量リチウムイオン電池負極の製作へ適用する.H25年度では,まず赤外線加熱装置をXYステージに搭載し,赤外線をXY方向にスキャンできる簡易焼結装置を構築した.また,膜厚均一化と気孔率制御のために,Siスラッジ/銅粉の混合・分散方法の検討を行った.高品質の複合膜を得るには2種類の微粒子の均一分散が非常に重要であり,粉体ミキサなどを用いて攪拌方法や分散条件の最適化を行った.そして,混合物を銅基板へ塗布し,膜厚の均一化を行った後,赤外線照射実験を行った.さらに赤外線照射で焼結した複合膜の膜厚や表面・断面性状を走査電子顕微鏡などを用いて観察し,赤外線の照射条件による膜構造への影響を特定した.これらの基礎実験によって,ポーラス複合膜の形成を確認することができた.以上の成果は大容量リチウムイオン電池負極の製作の可能性を示すもので,今後の開発に対して重要な指針を与えるものであると考えられる.H26年度では,各種条件で作製した複合膜の電気的特性評価などを実施する予定である.本研究では,単結晶シリコン(Si)のインゴットからウエハへと切断する工程で大量に発生するミクロンオーダーのSi粉末を主原料として,ミクロンサブミクロン粒径の銅粉(Cu)を混合し赤外線焼結を行うことで大容量リチウムイオン電池負極の製作を目的としている.赤外線加熱を用いて銅粉のみを瞬間的に溶融・再凝固させることで優れた機械的・電気的特性を有するSi/Cu複合膜を創製し,さらに膜の組成や気孔率などを制御することでリチウムイオン電池負極の機械的・電気的特性の最適化を目指している.最終年度(H26年度)では,主に複合膜の微視的構造分析および物性評価実験を行った.まず,焼結した複合膜を切断し,走査電子顕微鏡により断面観察を行い,複合膜の微視的構造やSi/Cuの界面結合現象を調べた.そして,顕微レーザラマン分光光度計を用いてSi粒子相変態の有無を確認した.さらに,焼結したSi/Cu複合膜をリチウムイオン電池負極として用いた際の導電性やイオン吸収性などの電気的特性を評価した.最後に,本研究で製作した電池負極の特徴および問題点を明らかにし,本技術の実用化に向けての課題抽出を行った.以上要するに,本研究では研究期間全体(H2526年度)を通じて,まず赤外線焼結装置の構築とSiスラッジ/銅粉の混合・分散方法の開発,そして焼結実験および複合膜形成機構の基礎検討を行った.また,複合膜の微視的構造分析,CuとSiとの界面現象および物性評価を行い,リチウムイオン電池負極としての複合膜の電気的特性を明らかにした.本研究で得られた成果は産業廃棄物とされているSiスラッジを高性能リチウムイオン電池生産へ再利用する可能性を示した.生産加工学まず,構築したXYステージ搭載の赤外線加熱装置は,赤外線をXY方向に精密な高速スキャンできる簡易焼結装置であり,本実験の性能を満たしている.また,膜厚均一化と気孔率制御のためにのSiスラッジ/銅粉の混合・分散方法について,その有効性を実験的に確認した.

さらに赤外線照射で焼結した複合膜の膜厚や表面・断面を走査電子顕微鏡などを用いて観察した結果,ポーラス複合膜の形成を確認することができた.以上により,本研究は概ね順調に進展していると考えられる.H26年度では,顕微レーザラマン分光光度計などを用いてSi粒子相変態の有無確認し,膜の硬さやヤング率などの機械的特性を調査する.また,溶融CuとSi粒子との結合や拡散現象について微視的な観察や解析を行う予定である.さらに,焼結したSi/Cu複合膜をリチウムイオン電池負極として用いた際の導電性やイオン吸収性などの電気的特性を評価し,不純物による影響の有無を確認する.最後に,本提案技術の実用化に向けての課題抽出を行う予定である.
可視域光断層像再生によるFRCプラズマ内部構造の動的変化研究

FRCプラズマのプラズマ内部構造の測定方法を開発することを目的とする。本研究では、プラズマからの輻射光空間分布をフォトダイオードアレイにより測定し、計算機トモグラフィー(CT)の手法を用いて、断層像の時間発展を得た。成果:今年度の研究結果は、以下の通りである。(1)光検出器として、フォトダイオードアレイを用いたピンホールカメラの試作を行った。(2)前置増幅器および主増幅器を製作した。(3)真空容器壁面からの反射光を低減するために、黒色アルマイト板を用いた反射防止措置を行った。(4)FRCプラズマからの輻射光の空間分布の測定を行った。(5)実験データを解析するために、フーリエ-ベッセル展開を用いた像再生コードの開発を行った。(6)実験データの解析を行い、FRCプラズマの中心軸が真空容器の中心から変位している現象を見いだした。背景:反転磁場配位(FRC)プラズマは、プラズマベータ値が90%程度と他の装置に比して極めて高い。そのため、FRCプラズマはヘリウム3核融合炉として成立する可能性があり、ゆえにFRCプラズマの物理を明らかにすることは、重要な研究テーマである。目的:FRCプラズマのプラズマ内部構造を測定する方法は、未だ充分には開発されていない。当研究では、プラズマからの可視域光輻射強度分布を多チャンネル計測し、計算機トモグラフィー(CT)の手法を用いて断層像の時間発展を得ることを目的としている。成果:今年度の成果は以下の通りである。(1)検出器としては、従来光電子増倍管が使用されていたが、これにはチャンネル間の相対較正が困難などの問題がある。そこで、検出器として16チャンネル一体型のフォトダイオードを使用することにした。(2)可視域光によりCTを行うには、測定光を分光することが不可欠である。分光器を使用することが考えられるが、これではシステムが高額になってしまう。検討の結果、色ガラスフィルターが最も適切であることが分かった。(3)可視域光によりCTを行うには、真空容器壁面からの反射光を低減する必要がある。黒色塗料を使用する方法がこれまで用いられて来たが、真空を劣化させてしまう欠点がある。黒色アルマイトによる反射防止板を制作し、これが充分な性能を持っていることを明らかにした。
分冊型調査票と短縮型調査票の統計学的比較

心理学の研究では,外向性や自尊心などの構成概念を扱う。構成概念の測定には,一般的には質問紙調査が用いられるが,1つの構成概念を測定するために多くの項目が必要になることもある。このため,心理学の研究では項目数を減らした短縮版がしばしば使用されてきた。しかし,短縮版はフルバージョンのものと比べて使用する項目数が少ないため,信頼性や妥当性が十分に確保できない。本研究では,各対象者にとっては少ない項目数で調査をしつつも,全項目についてデータを得ることができる分冊型調査票を提案し,その統計的性質を調べた。この結果,分冊型調査票の優位性をいくつかの側面で示すことができた。平成25年度は,平成26年度に実施予定の調査仕様を決定するためのシミュレーション研究を行った。社会科学(主として心理学を対象と考えている)の研究では,外向性などの構成概念を測定するために多くの項目を含む質問紙調査を実施することが一般的である。しかし,多くの項目を含んでいることで回答者に負担が生じたり,回収率が低下することが懸念される。そこで,構成概念を測定するための項目数を少なくして,上記の問題を回避することがしばしば行われる。このような質問紙を短縮版と呼ぶ。ところが,短縮版の欠点は項目数を減らしたことでデータを得ることができない項目が発生するために,構成概念の測定が不正確になる可能性があることである。本研究では,個々人の調査対象者にとっては短縮版程度の項目数で済みつつも,構成概念の測定をより正確に行うための調査方法を提案し,その精度を確認することである。新たな調査方法として提案するのは,分冊型調査と呼ばれるものである。これは,例えば3種類の調査票を用意して,調査対象者にそのうちのいずれかをランダムに割り当てる方法である。3種類の各調査票の項目数は短縮版と同程度である。任意の項目は3種類のうちの最低1つには含まれているため,構成概念の方向性が損なわれずに測定を実施できると考えられる。平成25年度は,様々な形式の分冊方式,構成概念の数,項目数,標本サイズでシミュレーション研究を行い,構成概念間相関の観点からそれらの精度を調べた。その際,構成概念の測定は構造方程式モデリングの枠組みにおける確認的因子分析で行い,分冊を行うために生じる欠測はMCARを仮定して多母集団解析によって処理した。本年度は,当初の予定通りに実データ収集のための調査を行った。調査は,心理学の研究で頻繁に使用されるビッグ・ファイブと呼ばれるパーソナリティに関するものであった。具体的な尺度は和田(1996)であり,5つの因子に関して合計60項目から成る。本研究では,これを「原版」とした。また,並川ら(2012)によって作成されている29項目の短縮版を,「短縮版」とした。「短縮版」は,調査負担を軽減する目的で使用される。さらに,本研究では29項目から成る調査票を3冊作成した。これらが「分冊版」である。「分冊版」も「短縮版」と同じように,調査負担を軽減するとともに,3冊のデータをすべて分析することで,「原版」と同等な精度の結果を得ることが期待される。データ収集は,インターネットによって行い,「原版」「短縮版」については約800人,各「分冊型」についても800人からデータを得た。Big Five以外にも,妥当性検証のための変数も収集した。データ分析の結果については,次年度に報告する。本研究を進めるにあたり,パーソナリティと統計学の関わりについて勉強・研究を行った。その成果が尾崎・荘島(2014)である。また,尾崎(2015)において分冊型調査に関する若干の説明を行った。尾崎幸謙・荘島宏二朗(2014)パーソナリティ心理学のための統計学,誠信書房尾崎幸謙(2015)山田剛史(編) Rによる心理学研究法入門,北大路書房,「第9章縦断データ解析による因果関係の探索ー構造方程式モデリング,回帰分析,パス解析」心理学の研究では外向性や自尊心などの構成概念が質問紙調査によって測定される。多くの研究では複数の構成概念が扱われるが,それぞれの構成概念は多数の項目によって測定されるため,質問紙調査の項目数はかなりの数に及ぶ場合もある。この問題に対して,心理学の研究では通常のバージョン(以後,原版と呼ぶ)よりも項目数を減らした短縮版がしばしば研究で使用される。短縮版は原版に比べて信頼性や妥当性ができる限り低下しないように構成されるが,できれば原版を使用できるに越したことはない。そこで,本研究では分冊版という新しい調査方法を確認的因子分析の文脈で開発し,シミュレーション研究および実データ解析によって,その性能を調べた。また,分冊の方法には多くの種類があるため,有効な分冊方法についても調べた。分冊版とは,たとえば3分冊の場合には,異なるバージョンの短縮版調査票を3種類作成し,対象者に対して3種類のうちのいずれかをランダムに割り付けて実施する方法を指す。各対象者は短縮版調査票に回答するので,全体のデータ行列には欠測が生じるが,これはMCAR(Missing Completely At Random)として処理することができる。実データ収集では,和田(1996)のBig Five尺度60項目(5因子×12項目)を使用した。同尺度は並川ら(2012)によって短縮版(29項目)が作成されている。

データ収集は,原版・短縮版・3つの分冊版(それぞれの分冊版では3分冊)についてH27年度にインターネット調査で実施した。時間割引率など,Big Five以外の項目も収集し,妥当性の検証に使用した。実データの分析およびシミュレーション研究はH28年度に実施した。その結果,尾崎(2015)では,因子間相関や妥当性の面で,短縮版よりも分冊版の方が優れている可能性が示された。さらに,H28年度は,別の分冊方法でデータ収集を行った。研究成果は論文としてまとめているところである。心理学の研究では,外向性や自尊心などの構成概念を扱う。構成概念の測定には,一般的には質問紙調査が用いられるが,1つの構成概念を測定するために多くの項目が必要になることもある。このため,心理学の研究では項目数を減らした短縮版がしばしば使用されてきた。しかし,短縮版はフルバージョンのものと比べて使用する項目数が少ないため,信頼性や妥当性が十分に確保できない。本研究では,各対象者にとっては少ない項目数で調査をしつつも,全項目についてデータを得ることができる分冊型調査票を提案し,その統計的性質を調べた。この結果,分冊型調査票の優位性をいくつかの側面で示すことができた。目標としていた2年目でのデータ収集が完了したため。統計学収集したデータの分析を進め,学会発表や論文投稿につなげたい。また,分析の過程で調査の方法についてアイデアが浮かぶ可能性があり,その場合には追加で調査を行いたい。シミュレーション研究が進み,分冊型調査の性質が明らかになりつつあるため。平成26年度に実施する調査票の内容については検討中である。インターネット調査を2回行う予定であったが,1回のみとなった。これは,1回目のデータの分析を十分に行い,1回目の調査の不備などを検討した上で2回目の調査に臨むことを考えたためである。平成26年度は,原版・短縮版・分冊版の3種類の調査を行う。その結果に基づき,平成26年度から平成27年度にかけて,3種類の比較をシミュレーションではなく実際のデータ解析から行う。また,数値データによる考察だけではなく,実施上の問題点についても検討する。データ分析の結果を踏まえ,2回目のインターネット調査を行う。
カテナン・ロタキサン構造の導入による生理活性分子の活性制御新手法

本研究は、従来ほとんど有効な利用がなされてこなかったカテナン構造、ロタキサン構造を、生理活性化合物に導入し、必要な場所で光や還元などにより除去することによって、生物活性など有用な活性の抑制された状態から、活性な状態に変換することに利用する、新しい概念・戦略に関するものである。主にカテナン構造を有する分子についての検討を進めた。活性を制御するために、固形ガン組織中で見られる高還元的環境で環構造が切断されると考えられる大環状ジスルフィドを採用した。異なった2つの環状分子からなるカテナンを合成する報告例は、従来ほとんどない。大環状生理活性化合物のモデルとして、まず、ω-ヒドロキシ長鎖脂肪酸のラクトン体を用い、大環状ジスルフィドとのカテナン形成を検討した。上記ラクトン体は、紫外光吸収性などがなく検出が困難だったため、次に環内に蛍光団を組み込んだ大環状化合物を用いた。さらに、ジチオール分子にも、クラウンエーテルと高い親和性を持つと考えられるカチオン性の部位を組み込んだものを用いることとし合成を進め、改良型のジチオール分子の合成に成功した。効率的カテナン合成についても直前まで研究は進展している。これらの検討は、本手法の基礎研究として役立つことが期待される。本研究は、従来ほとんど有効な利用がなされてこなかったカテナン構造、ロタキサン構造を、生理活性化合物に導入し、必要な場所で光や還元などにより、構造を解除することによって、生物活性など有用な活性の抑制された状態から、活性な状態に変換することに利用する、新しい概念・戦略に関するものである。本方法では、生理活性化合物自身は、何も化学修飾する必要がないという利点がある。大環状構造を有する生理活性化合物は、大環状ラクトンや環状ペプチド等、多数存在するため、大環状化合物に対して、着脱可能な環を導入してカテナン構造を形成する検討を加えた。当初は、メチレン鎖だけからなる16員環ラクトンの共存下、ジチオールを酸素酸化して環状ジスルフィドを形成させ、カテナンを生成させることを計画した。環状ジスルフィドは、還元的環境でジチオールに切断され、カテナン構造を解除できるスイッチ機能として組み込んだ。しかし、UV吸収などがない構造であったため、生成物の検出が困難であった。また、ただ工夫なくカテナン構造を形成させるのは収率的にも困難であるということも考えられた。そこで次に、大環状化合物には、検出を容易にする蛍光性分子を組み込んだクラウンエーテル分子を採用し、また、ジチオール分子にも、クラウンエーテルと高い親和性を持つと考えられるカチオン性の部位を組み込んだものを用いることを計画した。これにより大幅な収率の向上が見込まれる。前者については合成がすでに完了したが、後者のジチオールの合成に時間がかかっている。しかし合成のめどは立ったため、カテナン合成に向けて取り組んでいる状況である。本手法の完成により大環状生理活性物質を、化学変換することなくカテナン構造を取らせることで、一旦活性をマスクし、必要な時に必要な部位でカテナン構造を解除し、独創的で優れたケージド化合物・プロドラッグとすることが期待される。本研究の目的は、従来ほとんど有効な利用がなされてこなかったカテナン構造、ロタキサン構造を、生理活性化合物に導入し、必要な場所で光や還元などにより除去することによって、生物活性など有用な活性の抑制された状態から、活性な状態に変換することに利用する、新しい概念・戦略を確立することにある。23年度は、まず基礎的検討として大環状ラクトンと大環状ジスルフィドとの間でのカテナン形成反応を検討した。ジスルフィドは、固形ガン内でのハイポキシア状態で還元されやすいため、固形ガン内で開環して活性状態になることが期待される。大環状ジスルフィドの還元体であるジチオール分子と大環状ラクトンを共存させる条件で、「セシウム効果」が期待できるセシウムイオン存在下に、ジチオール分子の酸素酸化を行った。生成物を解析したが、カテナンと思われる分子は、現在までのところ確認されていない。

次に当研究室ですでに開発したピリミジン2,4-ジオン構造とオリゴエチレングリコールジアイオダイドとの反応による大環状化合物形成反応(Bioorg. Med. Chem. 2007, 15, 7108)を利用したカテナン形成反応の検討も行った。これまでの単量体形成に適した反応条件から、カテナン形成に有利になるように、種々反応条件や、形成する環の大きさを変化させながら生成物の分析を行った。その結果、比較的濃度の高い条件において2量体と考えられる質量数を示す生成物を見出した。この2量体がカテナン構造であるかどうかを、質量分析等で詳細に解析を行っている。さらに、加水分解酵素によりアミド結合が切断されることにより、環状構造が開環体に変換される仕組みを備えたカテナンの合成についても検討を加えている。ピリミジン2,4-ジオン構造とオリゴエチレングリコールジアイオダイドとの反応による大環状化合物形成反応において、条件検討によりカテナンとも見られる2量体が一定の収率で得られた。このことは今後の生理活性制御分子の構築に役立つ結果と考えられる。大環状ジスルフィドによるカテナン形成に関しては、現在のところまだ成功していない。大環状化合物は、スペースフィリングモデルでは、比較的小さな空隙であるため、そこを通してカテナンを形成させるためには、ある程度の熱や、標的となる大環状化合物との相互作用を高める工夫が必要と考えられる。異なる大環状化合物同士のカテナン形成はほとんど例がないことから、2つの分子の相互作用を高める戦略が必要と考えられる。そのためにお互いの分子間で形成するキレーションなどを形成させるために、いくつかの金属イオンなどを添加して反応させる検討を行う。また、標的分子に対して、大過剰の大環状化合物前駆体を用い、標的分子共存下に閉環反応を行うことにより、効率の良いカテナン形成を図る。上記が確立してきたところで、実際の生理活性天然物(マクロライド、環状ペプチド、テロメスタチン等)を用いてカテナン形成を行う。さらに、活性制御が行える環状構造を導入し、活性制御可能なカテナン分子創製を目指す。次年度は、大環状化合物の原料となる試薬や、キレート用金属試薬、実際の大環状生理活性化合物および溶媒類の購入にまず充てる。これが多くを占めると考えられる。次に、本研究の研究支援研究者の雇用のための謝金に使用する。さらに、得られたカテナン分子のX線構造解析などの共同研究や、成果発表に必要な旅費に使用する。論文校閲の謝金にも使用する。
酸化ガリウム系半導体薄膜の基盤技術の確立

新規ワイドギャップ半導体である酸化ガリウム材料系に着目し,材料の開拓に努めた.特に最安定のβ型酸化ガリウム対して注力し,電子デバイス応用として導電性制御とバンドギャップ制御を行った.また,光応用として単結晶の光触媒特性を詳細に評価した.一方,準安定相であるα,γ型酸化ガリウム薄膜のエピタキシャル安定化に取り組み成功した.さらに複合酸化物である酸化亜鉛ガリウムの単相単結晶薄膜を作製し,物性を明らかにした.本課題では,ワイドバンドギャップ新規半導体材料である酸化ガリウム(Ga2O3)の機能開拓に取り組み,以下の研究成果を得た.1.導電性Ga2O3単結晶基板に対して熱酸化により半絶縁層が形成することを見いだした.また,そのメカニズムが,酸素の拡散モデルで説明できることを実験的に示した.これは,基板の絶縁化やパッシベーション形成などに応用できる技術である.2.パルスレーザー堆積(PLD)法により,単相の(Al,Ga)2O3混晶薄膜をサファイア基板上にAl組成0.62まで作製した.対応するバンドギャップは4.86.3 eVであり,AlGaN系にと同程度のワイドギャップエンジニアリングが実現できた.3.PLD法によりGa2O3単結晶基板上にAl組成0.83まで単結晶(Al,Ga)2O3混晶薄膜を作製させた.それらのヘテロ界面の容量ー電圧特性は,MISキャパシタと同様であり,この系がヘテロゲートトランジスタに展開できる可能性を示した.4.導電性Ga2O3単結晶を光電極としてとらえ,水溶液中での電気化学特性を評価した.Ga2O3の価電子帯上端,伝導帯下端の位置を測定し,半導体材料のなかでも特に大きな過電圧を有することを明らかにした.また,深紫外線照射により水分解を達成した.今後,種々の化合物の人工光合成に応用できると期待される.5.Ga2O3系材料として新たに複合酸化物であるZnGa2O4に着目した.粉末合成の結果から,約5 eVのワイドギャップ半導体であることが知られている.そこで,CVD法によりMgAl2O4基板上に単結晶薄膜を作製した.また,高温成長により過剰なZn種を蒸発させ,化学量論組成薄膜作製を初めて実現した.本材料における薄膜デバイス研究の第一歩となった.新規ワイドギャップ半導体である酸化ガリウム材料系に着目し,材料の開拓に努めた.特に最安定のβ型酸化ガリウム対して注力し,電子デバイス応用として導電性制御とバンドギャップ制御を行った.また,光応用として単結晶の光触媒特性を詳細に評価した.一方,準安定相であるα,γ型酸化ガリウム薄膜のエピタキシャル安定化に取り組み成功した.さらに複合酸化物である酸化亜鉛ガリウムの単相単結晶薄膜を作製し,物性を明らかにした.本研究の最終目的は,デバイス応用を目指した薄膜の基盤技術の確立である.まず,バンドギャップ制御の観点から酸化ガリウム(Ga2O3)系半導体薄膜を,透過性の高いc面サファイア基板上にPLD法でヘテロ成長させた.基板と膜の結晶構造が異なるため,Ga2O3薄膜に対して,詳細なX線構造解析を行った.薄膜は,(-201)配向したβ単相のGa2O3であり,面内に6回回転ドメインを持つことを示し,基板表面の3回回転対称を持つテラスと,1ステップ下った180度回転したテラスの回転対称性に由来することを明らかにした. (AlGa)2O3混晶薄膜においては,Al組成の増大とともに,透過率の吸収端が高エネルギ側に単調にシフトし,Al組成0.22では,バンドギャップが5.5 eVまで拡大した.結晶構造,組成分析について今後詳細に解析する必要があるが,Al2O3との混晶化によりバンドギャップが拡大し,ヘテロデバイスへの展開が可能であることを示した.一方で,タムラ製作所との共同研究により,導電性Ga2O3単結晶基板の提供を受け,パルスレーザ堆積法を用いて,ホモエピタキシーにも取り組んだ.条件探索の結果,表面粗さは,0.27 nm程度であり,ステップ,テラス構造が明瞭に確認できる平坦性,結晶性ともに良好な薄膜を得た.この良質な薄膜成長達成により,Ga2O3系薄膜の不純物ドーピングによる導電性制御とバンドギャップ制御を同時に進めるための基盤が確立できた. Ga2O3系薄膜の新たなテーマとして,ミストCVDによる準安定である相γ相薄膜の作製に試みた.これには,立方晶系であるγ相と結晶構造のよく似たスピネル基板を用い,基板によるエピタキシャル力を利用してほぼ単相のγ相薄膜を得ることに成功した.最安定のβ相,準安定のα相の薄膜作製例は数多くあるが,γ相の作製例はほぼ皆無であるため,その物性解明が期待できる.デバイス応用を目指した薄膜の基盤技術確立の前段階としてバンドギャップ制御と導電性制御を達成する必要がある.それらの制御が確立した後に,ショットキーバリアダイオードや変調ドープ構造を作製して,薄膜の性能試験をデバイス特性評価により行なう.これが,当初行なうべき予定であった.バンドギャップ制御においては,サファイア基板上にAl組成の異なる膜を作製して,バンドギャップの拡大を確認した段階である.今後,β相を維持しつつどこまで高Al組成を維持できるか検討する必要がある.一方で,導電性制御に関しては,全く行なっていない.このように遅れた理由としては,Ga2O3が唯一持つβガリア構造に適合するヘテロ基板が無いことに起因するものと考えられる.

今後,良質な結晶を得られる単結晶Ga2O3単結晶基板を用いた成長を切り口に混晶薄膜を含めた不純物ドーピング実験を進めていく必要がある.以上PLD法を用いた薄膜成長における達成度は,まだ序盤であるが今後研究速度が加速すると考えている.3つの薄膜作製手法で研究を推進する. PLD法による混晶薄膜の作製評価を継続し,不純物ドープ薄膜作製を開始する.そして,共同研究により提供を受けるGa2O3単結晶基板を有効活用し,高品質の薄膜作製を計画書通りに進行させる.さらに,当研究室のコンビナトリアル手法を用い,不純物濃度傾斜,Al組成傾斜薄膜を作製,評価し,その物性制御指針を迅速に確立する.所望の薄膜を成長する条件を確立した後に,ショットキーバリアダイオードや変調ドープ構造を作製,評価し,デバイス特性と薄膜構造を関連付けて議論する.最終的に良好な特性が得られる薄膜の条件を提案する.ミストCVD法によって新たな結晶相であるγ単相Ga2O3薄膜を作製する.さらに,β相に対してγ相の物性は未解明の状態であるため,格子定数,バンドギャップ,屈折率,移動度,相転移温度などの基礎物性を解明する.なお,現在はホットウォール型であるミストCVD装置を,より準安定相作製に適したコールドウォール型に改良し,さらにコンビナトリアル手法を取り入れ,基板温度傾斜可能な基板加熱機構を設計,導入する.これにより,大幅に研究が進展するものと考えている.さらに,新たな研究テーマとして,酸素分圧制御熱処理によるキャリア濃度制御に取り組む.これは,酸化物単結晶基板表面近傍の酸素欠損を簡便な熱処理により制御するものである.薄膜成長装置を用いずともキャリア濃度制御が可能になるものなると予想される.そのために,酸素分圧を制御可能で,かつ単結晶基板を高温熱処理,急冷できるシステムを構築する.熱処理温度,酸素分圧,熱処理時間をパラメータとして,基板の熱処理を行い,そのキャリア濃度の深さ依存性から活性化エネルギ,拡散定数を求める.最終的に,パラメータを変数として,任意のキャリア濃度を任意の厚みで得られるように定式化する.PLD成長では,原料として(AlGa)2O3混晶ターゲット, Sn, SiドープGa2O3ターゲットを主に購入する.それぞれ約10万円の特注ターゲットであり,3040万円を必要とする.ミストCVDでは,新規設計のコールドウォールCVD装置を発注する.すでに,本若手Bの23年度予算で大まかなところは作製済みであるが,ガス導入系や,基板加熱制御機構などの追加発注で30万円程度必要となる.雰囲気熱処理は,新たな熱処理システムを既存設備と組み合わせながら構築する.試料搬送機構など,総額で2030万円程度になると予想している.また,学会関係として,国際会議ISCS2012(アメリカ,USCB),第31回電子材料シンポジウム(静岡県ラフォーレ琵琶湖),秋季,春季応用物理学会(愛媛大学,神奈川工科大学)出席のため,50万円程度を使用予定である.さらに,論文投稿料約10万円,その他,適宜必要な薬品,ガス,手袋などの消耗資材,書籍を購入する.