hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
相補性ペプチドによりがん指向性を賦与したステルス性酸化鉄ナノ粒子の開発

本研究では、新たながん治療法の開発を目指し、がん組織への集積性を高めるためのactive targeting分子としてアンチセンスペプチド(AsP)を用いた酸化鉄ナノ粒子の開発研究を行った。乳がん細胞の増殖に関与するHER2を標的としたAsPを作製し、乳がん細胞の増殖への影響及び結合性について解析した。HER2のDomain2に対して16種類のAsPを設計した。その中で増殖への影響を示した6種類について検討したところ、乳がん細胞への結合性を示すAsPを得ることができた。今後は、得られたAsPを酸化鉄ナノ粒子に導入し、担がん動物モデルを用いたがん組織への集積性についての評価を進めていきたい。近年、がんの新たな診断・治療法への応用を目指してナノ粒子の技術開発が進められている。これまでに我々は、自在なサイズコントロールが可能で、水分散性に優れた酸化鉄ナノ粒子を麹菌から得られた両親媒性タンパク質のRolAで被覆することでステルス化ナノ粒子を開発してきた。本研究では、乳がん細胞が高発現し、その腫瘍性増殖に関与する受容体型チロシンキナーゼのHER2に特異的に結合する相補性ペプチドをデザインし、酸化鉄ナノ粒子をそのペプチドとRolAの融合タンパク質で被覆することにより乳がん組織への効率的な送達を可能にする新規ステルス化がん指向性ナノ粒子の開発を目的としている。今年度は、HER2の二量体形成と増殖シグナルの伝達に関わるドメイン2に対する16種類の相補性ペプチドをデザインし、合成オリゴペプチドを作製した。これらのペプチドを用いてHER2を高発現する乳がん細胞株の増殖への影響を検討したところ、細胞増殖抑制を示すものがいくつか見出された。これらのペプチドは、乳がん細胞の増殖を抑制する機能を併せ持つ相補性ペプチドである可能性が示唆された。さらに、RolAの立体構造解析から、K46以前のN末端がランダム構造を取り、相補性ペプチドの挿入部位として適する可能性のあることを予想することができた。今後は、本研究によって得られた相補性ペプチドから乳がん細胞に強く結合するものを選択し、RolAとの融合タンパク質を作製することで、乳がんの新規治療薬を目指したステルス化がん指向性ナノ粒子の開発を進める。相補性ペプチドのデザインとペプチド合成に予想以上の時間を要した。また、乳がん細胞への結合性を調べるための蛍光標識相補性ペプチドの合成に想定以上の経費を要することが判明したため、16種類の候補ペプチドの中から細胞増殖アッセイにより数個に絞り込んだ上で蛍光標識ペプチドを合成するように方法を見直した。近年、がんの新たな診断・治療法への応用を目指してナノ粒子の技術開発が進められており、これまでに我々は酸化鉄ナノ粒子を麹菌から得られたRolAで被覆することでステルス性ナノ粒子を作製してきた。本研究では、共同研究者によって開発された方法で乳がん細胞が高発現する受容体型チロシンキナーゼHER2に特異的に結合する相補性ペプチドをデザインし、酸化鉄ナノ粒子をそのペプチドとRolAの融合タンパクで被覆することで、乳がん組織へのより効率的な集積を可能にする新規ナノ粒子の開発を目的としている。今年度は、前年度にデザインし合成したHER2の二量体形成に関わるDomain2に対する16種類の相補性ペプチドを用いてHER2高発現乳がん細胞株(KPL-4)の増殖への影響及びKPL-4、HER2低発現乳がん細胞株(MDA-MB-231)への結合性について解析した。その結果、4種類の相補性ペプチドでKPL-4の増殖を抑制し、2種類相補性ペプチドで逆に増殖を促進することが明らかになった。増殖を促進する相補性ペプチドを乳がんの治療に使用するのは困難であるが、乳がん細胞に結合する可能性は期待できたので以後の解析に用いることとした。次に、上記解析で選出された6種類の相補性ペプチドでN末端にFITCを標識したものを合成し、乳がん細胞への結合性についてフローサイトメトリーを用いて解析した。現時点では4種類の相補性ペプチドについて解析が進んでおり、1種類についてKPL-4への中等度の結合とMDA-MB-231への弱い結合が観察された。これらの結果から、現時点では1種類の相補性ペプチドが有用である可能性が示唆されたが、まだ十分な結合とは言い難く異なる条件下での結合実験が必要と考えられる。また、未検討の相補性ペプチドについても解析を進め、ステルス性ナノ粒子に導入するペプチドを早急に決定し担がんマウスモデルを用いた研究に移行したい。平成27年度の研究で乳がん細胞の増殖抑制を指標に相補性ペプチドの候補をいくつかに絞り込むことができたため、平成28年度では蛍光標識ペプチドの作製及びステルス化ナノ粒子への導入を急ぐとともに、当初の計画に従い担がんマウスモデルを用いた研究に移行する。免疫学乳がん細胞への結合性を調べるための蛍光標識

相補性ペプチドの合成に想定以上の経費を要することが判明し、候補ペプチドの中から細胞増殖アッセイにより数個に絞り込んだ上で蛍光標識ペプチドを合成するように方法を見直したため次年度使用額が生じた。次年度使用額を合わせた予算で蛍光標識相補性ペプチドを合成し、ステルス化ナノ粒子に導入するペプチドを決定する。
ケイ酸塩メルト(マグマ)の高温高圧下その場X線構造解析

本研究の主要な成果として,(1)比較的融点の低い単体元素の液体に対して20万気圧領域までのX線回折測定を行い,液体テルル,液体シリコン,液体ゲルマニウムなどの構造の圧力変化の詳細を明らかにし,また,(2)ケイ酸塩メルトに対して6万気圧までのX線回折測定を行い,MgSiO_3およびCaSiO_3組成のメルトの構造の圧力変化を議論した.本研究の主目的であるケイ酸塩メルトの高温高圧下その場X線構造解析に関する(2)の研究成果をまとめた論文は,当該分野の初めての報告として国際学術誌に掲載された.論文の要旨は,「ケイ酸塩メルトの構造を研究するために放射光X線回折技術の開発を行い,MgSiO_3およびCaSiO_3組成のメルトに対して6万気圧までの測定を行った.両組成とも,少なくとも6万気圧までは,2価イオン近傍の局所構造の変化とSiO_4四面体のネットワーク構造の変化が主な圧縮メカニズムであり,シリコンイオン近傍の局所構造の変化は小さい.また,構造の変化はCaSiO_3メルトで大きくMgSiO_3メルトで小さい.この傾向は常圧付近で顕著である.これらの測定結果は,実験や理論計算からの推定と調和的であり,過去の研究における幾つかの矛盾に対して説明を与える」である.以上のように,本研究は一定の成果を収めることができた.しかし,論文のタイトルにあるように,未だ「先駆的研究」の段階であり,今後,圧力領域の拡大などに取り組む必要がある.本研究の主要な成果として,(1)比較的融点の低い単体元素の液体に対して20万気圧領域までのX線回折測定を行い,液体テルル,液体シリコン,液体ゲルマニウムなどの構造の圧力変化の詳細を明らかにし,また,(2)ケイ酸塩メルトに対して6万気圧までのX線回折測定を行い,MgSiO_3およびCaSiO_3組成のメルトの構造の圧力変化を議論した.本研究の主目的であるケイ酸塩メルトの高温高圧下その場X線構造解析に関する(2)の研究成果をまとめた論文は,当該分野の初めての報告として国際学術誌に掲載された.論文の要旨は,「ケイ酸塩メルトの構造を研究するために放射光X線回折技術の開発を行い,MgSiO_3およびCaSiO_3組成のメルトに対して6万気圧までの測定を行った.両組成とも,少なくとも6万気圧までは,2価イオン近傍の局所構造の変化とSiO_4四面体のネットワーク構造の変化が主な圧縮メカニズムであり,シリコンイオン近傍の局所構造の変化は小さい.また,構造の変化はCaSiO_3メルトで大きくMgSiO_3メルトで小さい.この傾向は常圧付近で顕著である.これらの測定結果は,実験や理論計算からの推定と調和的であり,過去の研究における幾つかの矛盾に対して説明を与える」である.以上のように,本研究は一定の成果を収めることができた.しかし,論文のタイトルにあるように,未だ「先駆的研究」の段階であり,今後,圧力領域の拡大などに取り組む必要がある.4年計画の初年度にあたる本年度は、ケイ酸塩メルト(マグマ)のX線回折構造解析実験を行うための準備作業にあてられた。実験成功の鍵を握るのは、メルトを高温高圧下に安定に保持するためのセルの作成であるが、当初の計画通り、本補助金で金属部品精密加工用に顕微YAGレーザー加工機を設計・導入した。特別仕様であるために納品が遅れ、現在立ち上げ作業中であるが、金属部品精密加工の目処が立った。また、酸化物半焼結体を始めとする難加工物を精度良く加工するために数値制御加工機を導入して高精度の部品の作成に成功している。来年度以降、レーザー加工機と数値制御加工機を大いに活用して、高性能セルの開発を行う予定である。加工機導入と並行して、予備的な回折実験を放射光実験施設(SPring-8)にて行った。アルバイト(NaAlSi_3O_8)組成のガラスをメルトのアナログ物質に見立て、室温で22万気圧まで加圧しながら3圧力点でX線回折パターンを測定した。この結果、(1)X線回折実験の難しさはガラスとメルトで同程度であるので(結晶に比べ著しく困難)、メルト状態を安定して保持できれば回折パターンの測定は十分可能であること、(2)アルバイトガラスの構造が1気圧と22万気圧で著しく変化していることなどが明らかになった。ガラスで測定された構造変化は、メルトでも起る可能性が高い。構造変化は物性変化を伴なうので、マグマの性質が地球内部の深さとともに大きく変化している可能性がある。セルの開発を進め、実際のケイ酸塩メルトに対するX線回折実験を成功させたい。4年計画の2年目にあたる本年度は、昨年度に引き続き、高温高圧条件下におけるケイ酸塩メルト(マグマ)のX線回折構造解析を行うための準備作業に当てられた。昨年度導入した顕微YAGレーザー加工機や数値制御加工機を使用して高温高圧実験用の試料容器の設計・製作、および性能試験を行った。これらの加工機の導入目的は、試料容器用の部品を高精度で製作することであるが、この目的は十分に達成されたといえる。開発した試料容器は、性能試験の結果、十分な温度圧力の発生が可能で、かつ、X線透過能や回折ジオメトリなどの点で高温高圧下その場X線回折実験に適したものであることが確認された。

そこで、高エネルギー加速器研究機構の放射光共同利用実験課題に応募し、審査の結果、採択されたので来年度前期よりケイ酸塩メルトの測定を開始する(課題番号2002G048「CaSiO_3メルトの構造の圧力変化」)。放射光実験に使用予定の『MAX-III装置』は、長時間保持の困難な液体試料用に、従来の同種装置より1桁以上短い時間でX線回折測定を行うことが可能な設計になっている。また、X線回折と分光学的観察を組み合わせることが、液体試料の構造を議論する上で大切であるとの認識から、アルゴンイオンレーザーを励起光源としたラマン散乱実験用のシステムの導入を計画し、それに必要なイメージ分光器を本補助金により購入した。現在、システムの立ち上げ作業中であるが、今年度末までに完了する予定である。本年度は、高エネルギー加速器研究機構の放射光共同利用実験「CaSiO_3メルトの構造の圧力変化」(課題番号:2002G048、代表者:船守展正)として、高温高圧下におけるケイ酸塩メルトのX線回折構造測定実験を開始した。昨年度までに行った技術開発の結果、CaSiO_3組成のメルトを1.5. 6.0万気圧、1960. 2130Kの高温高圧状態に保持し、従来の約1/10の短時間(20. 60分程度)で構造因子を測定することに成功した。測定された構造因子および構造因子から計算される二体分布関数を1気圧の文献データと比較したところ、すでに15万気圧・1960Kの低圧領域で大きく構造が変化しており、その後の変化は比較的小さいことが示唆された。低圧領域での大きな変化が文献との装置の違いに起因する系統誤差か否かを明らかにするため、CaSiO_3メルトの測定に使用した装置を用いて、SiO_2ガラスの構造因子を測定した。得られた構造因子と一体分布関数は文献データ(1気圧におけるCaSiO_3メルトを測定したグループによるSiO_2ガラスのデータ)と極めて良い一致を示した。従って、実際にCaSiO_3メルトは低圧領域で大きく構造を変化させている可能性が高い。変化の詳細については、現在、MD理論計算やCaSiO_3ガラスに関する各種実験結果等を考慮して検討を行っている。今後、測定可能な温度圧力範囲の拡大を図るとともに、MgSiO_3など他の組成のメルトに対する測定を行う予定である。
量子エンタングルメントを用いた量子重力理論の定式化

本研究の研究の成果は大きく分けて二つあり、一つはAdS/CFT対応をエンタングルメント繰り込み(MERA)の立場で理解を深めたことであり、もう一つは、励起状態のエンタングルメント・エントロピーの基本的な性質を明らかにしたことである。前者の研究において、MERAの連続極限(cMERA)を考察することで、AdS/CFT対応における時空の計量がMERAの情報計量を関係づくことを発見した。また有限温度の場合にどのようにcMERAが実現できるのか初めて明らかにした。後者の研究では、励起状態のエンタングルメント・エントロピーが、励起が小さい時は、熱力学第一法則と同じ形をした法則に従うことを初めて見出した。平成25年度の本研究の主なテーマは励起状態のエンタングルメント・エントロピー(EE)とその時空の構造との係り合いであった。このテーマに関して計7本の論文を出版した。まず、局所クエンチと呼ばれる局所的な励起状態をAdS/CFT対応でどのように実現するのかに関して簡単なモデルを与えた。具体的には反ドジッター時空(AdS時空)の重力場中での質点の運動を考えればよいことを示した。特にEEのふるまいを計算し、共形場理論(CFT)を用いた結果と一致することを確かめた。また、CFTの小さな励起状態をAdS/CFT対応を用いて解析し、重力場のアインシュタイン方程式が、EEを用いるとどのように等価に表現できるのか明らかにした。具体的には、EEの摂動が満たすある種の微分方程式が実はアインシュタイン方程式と等価であることを発見した。これはEEの拘束条件を与え、今後の研究に重要な示唆を与えた。それと同時に、本研究のメインテーマである、重力理論と量子エンタングルメントの言葉で再構築するという目標に関して、重力理論の側からの一つのアプローチを与えたことになる。それとは逆方向に、つまりCFTから出発して、重力理論がどのように見えてくるのかという相補的な研究方向に関しても重要な進展があった。MERAと呼ばれる量子多体系の波動関数をダイヤグラムを用いて幾何学的に表現する手法があるが、これを用いてホログラフィックな時空の計量を定義する手法を我々は数年前に開発した。そこで、この手法をAdSブラックホールやCFTの量子クエンチに応用して、このような場合にもMERAが構成できることを連続極限をとって示した。これによって、ブラックホールのように非自明な時空に対しても、重力理論を量子エンタングルメントを用いて表現できることが分かった。今年度の研究成果を大きく分けて次の3つ:「AdS/CFT対応をエンタングルメント・繰りこみとしての解釈できることを連続極限で確認したこと」、「励起状態のエンタングルメント・エントロピーの性質の解明」そして「境界中心電荷の導入」に分かれる。まず前者では、すでに数年前にMITの研究者によって提唱されているAdS/CFT対応と実空間繰りこみの一つであるエンタングルメント繰りこみ(MERA)が等価であるという大胆な予想を、連続極限をとったエンタングルメント繰りこみ(cMERA)を活用することで確かめた。また、場の理論の情報だけから、それよりも一次元高い時空(ホログラフィックな時空)を構成する場合の余次元方向の計量の計算法を提案し、具体的な例で検証した。さらに、系を量子クエンチで励起した場合に、どのようにホログラフィックな時空が時間変化するのか調べ、重力波として解釈できそうであることを示した。二つ目の研究では、励起状態のエンタングルメント・エントロピーをAdS/CFT対応を用いて解析した。その結果、与えられた部分系に対するエンタングルメント・エントロピーの増加と、その部分系全体のエネルギーの総和の間に比例関係が成り立ち、その比例係数は理論によらないユニバーサルな量であることが分った。この結果は、Physical Review Letter誌に掲載され、世界的に注目を浴びている。最後に挙げた研究では、AdS/CFT対応を境界がある場合に拡張した場合に相当するAdS/BCFT対応を特に4次元重力理論と3次元共形場理論に対して詳しく調べた。この対応は、研究代表者が2011年にPhysical Review Letter誌に公表した新しいホログラフィーである。境界が二次元で中心電荷が定義でき、それが繰りこみ群で単調減少することを場の理論とAdS/BCFTを用いた議論の双方で確かめた。最終年度の本研究におけるハイライトは、AdS/CFT対応を用いたエンタングルメント・エントロピーの計算法を大きく一般化できる可能性を開拓したことである。通常、場の量子論のエンタングルメント・エントロピーは、空間領域全体をAとBの二つに分けることで、ヒルベルト空間を直積として2つに分けることから始まる。

その片方Bの自由度をトレースアウトすることで、Aに制限された密度行列が定義され、そのフォンノイマン・エントロピーとしてエンタングルメント・エントロピーが定義される。このようにエンタングルメント・エントロピーを定義した場合に、AdS/CFT対応と用いると、反ドジッター空間(AdS空間)内の極小曲面の面積として計算できることはよく知られている。しかしながら、場の理論のヒルベルト空間の分け方は、もっと一般化できるのは明白である。ではAdS/CFT対応における計算も一般化できるであろうか?そこで、研究代表者らの論文JHEP1404(2014)185では、超弦理論における本来のAdS/CFT対応では、AdS空間とコンパクトな空間の直積が現れることに着目し、このコンパクトな空間内の極小曲面の面積が場の理論の何らかのエンタングルメント・エントロピーと解釈できるかどうか考えた。Dブレインなどを用いて具体的なモデルを考察した結果、場の理論の実空間を二つに分けるのではなく、ゲージ理論の場の成分を二つに分けることに対応することを見出した。実際に、少なくとも半定量的な議論のレベルでは、AdS/CFT対応の計算と場の理論の計算が一致することを確かめることができた。またこの場の理論のエンタングルメント・エントロピー計算を実行するために、複数の新しい計算手法を開発した。超弦理論エンタングルメント・エントロピー(EE)の励起状態に関して、思ったよりも多くの興味深い現象を発見することができたため。たとえば、定常カレントが流れている系のEE、局所クエンチの解析、アインシュタイン方程式のEEを用いた解釈、非局所的場の理論のEEが体積則を満たすこと示したこと、さらに、重力理論の時空の構造と量子エンタングルメントを結び付ける本研究の要といえる、MERAの理論に関して、有限温度CFTのような混合状態への拡張が可能になったという大きな進展があったことも挙げられる。それらの結果、業績として、7本の論文を当該年度に出版でき、その中の一つはPhysical Review Letterに掲載された。また、研究代表者は、その成果が評価され、超弦理論の最も権威のある国際会議strings2013や、一般相対論の最も権威ある国際会議GR20などのPlenary講演者として招待された。また、イタリアのトリエステの超弦理論のスクールや、ドイツのArnold Sommerfeldスクールなど、メジャーなスクールにおける講師に招待されている。本科研費の研究の目標は、超弦理論の記述する量子重力を量子エンタングルメントに着目して定式化することで、現在の摂動論的な超弦理論の枠組みでは計算不能な時空の創成や時空特異点の解消といった問題にアプローチする方向性を見出すことである。ホログラフィー原理(AdS/CFT対応)は、量子重力理論を重力の含まない量子多体系(場の理論など)の理論に結びつける原理であり、難しい量子重力の問題をより簡単な場の理論などの問題に焼き直すことができる。そこで、今年度の研究で、エンタングルメント繰り込みとAdS/CFT対応の等価性を検証することができたが、この成果は量子重力をエンタングルメントに着目して定式化する指導原理を確立したことを意味する。それのみならず、場の理論にはない空間(余次元)の計量をこの等価性を用いることで、場の理論の情報のみから決定する公式を発見した。
自然流産発症機転におけるNK細胞抑制受容体(KIR)とHLAclassIの関与

前方視的コホート研究として、以下の研究成果をあげた。2.993妊婦において妊娠初期に子宮頚管スワブからDNAを採取し、サイトメガロウイルス(CMV)の存在をPCR法で調べた。7.7%の妊婦でCMVが陽性であった。CMV陽性妊婦の流産率は、有意に高率であった(RR7.0,95% CI2.O-23.8,p<0.01)(Tanaka eta1.,J Med Virol 2006)。潜在性CMV性器感染は、流産のリスク因子であることが判明した。ほかに、胎盤表面血管のトポロジー解析により、血管トポロジー因子(ノード数)と胎児発育との間に正の相関があることを世界で初めて発見した(Yamada eta1.,Hokkaido J Med Sci 2006)。前方視的コホート研究として,以下の研究成果をあげた.前方視的コホート研究として、以下の研究成果をあげた。
グリオーマ誘発レトロウイルスの神経病原性発現機構の解明

レトロウイルスの神経病原性発現機構を解明するためにトリ白血病ウイルス(ALVs)に属すトリのグリオーマ誘発ウイルス(FGV),FGV変異株および神経系腫瘍罹患鶏から得た別のALVsの分子生物学的解析と神経病原性の比較を行った。本研究によってFGVのenvは神経病原性の主な規定因子ではないことが推察された。また,LTRの機能解析に役立つFGV-LTR導入トランスジェニック鶏(G0世代)を作出した。いわゆるトリのグリオーマso-called fowl gliomaは申請者の知る限り自然界で発生する動物の脳腫瘍の中でウイルスとの因果関係が実験的に証明された初めてのグリオーマである。本疾患の原因ウイルスFowl glioma-inducing virus (FGV)は組み換えによって神経病原性を獲得したトリ白血病ALVであることが明らかとなり,そのいわゆるトリのグリオーマso-calledfowl gliomaは申請者の知る限り自然界で発生する動物の脳腫瘍の中でウイルスとの因果関係が実験的に証明された初めてのグリオーマである。本疾患の原因ウイルスFowl glioma-inducing virus (FGV)は組み換えによって神経病原性を獲得したトリ白血病ALVであることが明らかとなり,その腫瘍原性には神経系細胞で産生される未知の蛋白(転写因子),プロモーターとして働くLTR,そして宿主細胞側の癌遺伝子c- mycあるいはK -rasが関与して癌化に結びつくことが浮き彫りとなった。本研究課題は研究費交付期間に(1) FGVのLTRを活性化させる神経系細胞特異的転写因子の同定,(2)トランスジェニック(Tg)ニワトリを用いたLTRの機能解析,(3)採卵鶏由来グリオーマ原因ALVの分離および感染実験による病原性の解析,(4)採卵鶏由来ALVと申請者が過去に分離した日本鶏由来FGVとの分子系統学的比較,(5)グリオーマ誘発ALVのenv遺伝子とALV-A由来トリレトロウイルスベクター(RCAS(A)株)のenvを入れ換えたキメラウイルスの腫瘍原性の変化,以上5課題を行うことで,レトロウイルスの神経病原性発現機構を解明することを目的とする。「トリのグリオーマso-called fowl glioma」はその原因と病態が不明であった疾患である。研究代表者らは本疾患がA型トリ白血病ウイルス(ALV-A)感染症であることを明らかにした。本研究課題の目的はトリのグリオーマ原因ウイルス(FGV)の神経病原性発現機構を解明することである。1)申請者らは以前トランスジェニック(Tg)マウスを作製してFGVの神経病原性に関わるlong terminal repeat (LTR)プロモーターの役割を検討したが,導入遺伝子産物の検出は困難であった。そこで,レトロウイルス遺伝子導入法を応用してTgニワトリを作出するため,FGV-LTRとマーカー遺伝子を組み込んだベクターを作製した。2)本疾患の発癌に関与する細胞性癌遺伝子を特定するため免疫組織学的検索を行った。その結果,K-ras遺伝子が星状膠細胞の腫瘍化に関与することが示唆された。また,c-mycへのプロウイルスの挿入が検出されなかったことから,本疾患はほかのALV-Aにより誘発されるリンパ腫とは異なる発癌機序を持つと推察された。3)国内の採卵鶏にはグリオーマと皮下腫瘍が併発するALV感染症が発生している。過去に本疾患が発生した養鶏場で,新たに末梢神経の腫大を特徴とする疾患が多発するようになった。そこで,同居鶏12羽を検索した結果,3例にリンパ球浸潤による坐骨神経の腫大が見られ,5例に非化膿性脳炎が認められた。現在,原因ウイルスについて検索している。4)北海道で野外飼育されている愛玩鶏1羽にFGVとの関連が推察されている神経周膜腫が発生した。研究代表者が知る限り,野外で飼育されている鶏に本疾患が確認されたのは世界で初めてのことである。研究代表者らは「トリのグリオーマso-called fowl glioma」がA型トリ白血病ウイルス(ALV-A)感染症であることを明らかにした。1.FGV-long terminal repeat(LTR)導入トランスジェニック(Tg)ニワトリを作出してLTRの機能を解析するため,LTRとマーカー遺伝子を組み込んだレトロウイルスベクターを作製しこのシークエンスを確認したところ組込んだLTRに一塩基の置換が認められた。このため,ベクターの調整を検討している。2.FGV感染鶏線維芽細胞を用いてプロウイルスDNAの染色体上の位置をFISH法により検索した。プロウイルスは特定の染色体上に位置しなかったが,2,または5番染色体に挿入される傾向が認められた。

3.皮下の間葉系腫瘍とグリオーマ併発例から新たに分離されたALV(TymS_90株)の中枢神経系に対する病原性を明らかにするため,孵卵6日目の鶏胚(SPF,C/O)の卵黄嚢内にTymS_90を接種した。孵化後50日齢では対照の非感染脳には組織学的に異常は認められなかったが,TymS_90感染鶏の脳には4例中すべての例に星状膠細胞の多病巣性の増殖や小脳外顆粒層の遺残と肥厚,血管周囲性リンパ球浸潤が認められた。4.また,上記2株とは異なる神経病原性ALVが発見された。神経線維腫罹患鶏の腫瘍組織からev-1株のenvと98%の相同性を持つ変異ウイルスが分離された。ev-1株は内因性レトロウイルスであり,通常は感染性を持たないことから,神経線維腫から分離されたALVはev-1に由来する変異ウイルスと考えられた。今後はこれら分離株の神経病原性を規定する共通的な因子を探索する予定である。研究代表者らは「トリのグリオーマso-called fowlglioma」がA型トリ白血病ウイルス(ALV-A)感染症であることを明らかにした。本研究課題の目的はトリのグリオーマ原因ウイルス(FGV)の神経病原性発現機構を解明することである。1. FGV-long terminal repeat(LTR)導入トランスジェニック(Tg)ニワトリを作出してLTRの機能を解析するため, LTRとGFP遺伝子を組み込んだレトロウイルスベクターを作製しシークエンス解析の結果,目的のコンストラクトを得ることができた。現在,鶏胚に導入できるだけの十分なウイルスタイターが得られるよう検討している。2.皮下の間葉系腫瘍とグリオーマ併発例から新たに分離されたALV(TymS_90株)の中枢神経系に対する病原性を明らかにするため,昨年度からの感染実験を継続した。SPF鶏胚(C/O系)の卵黄嚢内にTymS-90を接種したところ,組織学的に接種鶏8羽全例の脳に囲管性リンパ球浸潤,小脳外顆粒層の遺残,プルキンエ細胞の配列異常とクモ膜の増殖が認められ, 100日齢の3羽の脳にグリオーマが発生していた。また,小円形細胞の結節性増殖が50,100日齢でそれぞれ1例ずつ認められた。次に,これら感染実験鶏の脳から抽出したウイルスRNAのenv SU内可変領域のシークエンスを解析し,接種したTymS_90のそれと比較したところ9799%の相同性を示した。以上の成績から, TymS-90はFGV同様,グリオーマおよび小脳低形成を誘発する一方で,脳室周囲の小円形細胞の結節性増殖とクモ膜の増殖といったFGVとは異なる病原性を持つことが明らかとなった。研究代表者は「トリのグリオーマso-called fowl glioma」がA型トリ白血病ウイルス(ALV-A)感染症であることを明らかにした。本課題の目的はトリのグリオーマ原因ウイルス(FGV)の神経病原性発現機構を解明することである。今年度は以下の成績が得られた。1.FGV-LTR導入トランスジェニックニワトリ1系統(GO世代)を作出した。2.FGV-long terminal repeat(LTR)と結合する転写因子が末梢神経組織に多量に存在することがわかった。3.採卵鶏由来グリオーマ誘発ALV,TymS_<90>
周波数有効利用のための次世代移動通信と非通信技術の共存方式

更なる大容量・高速な通信の実現を掲げ、第五世代移動通信技術(5G)に関する研究開発が急速に進んでいる。5Gでの利用が期待されている技術の一つが、既に既存利用者(一次利用者)に割り当てられた周波数帯の二次利用、すなわち周波数共用である。本研究では、データベースを用いてレーダなどの非通信システム用の周波数帯を通信システム用に二次利用する周波数共用システムに焦点を当てる。本システムでは、データベース上の共用周波数帯の利用状況に基づき作成された周波数共用条件に基づいて、二次利用者の使用する周波数帯を決定する。このシステムの問題点は、地形及び建物状況の変化に伴う電波伝搬環境の変動であり、二次利用者がデータベースから通知された周波数帯を用いた場合でも、稀に一次利用者が大きな干渉電力の影響を受ける可能性がある。本研究の目的は、稀な一次利用者への干渉が発生した際の対策として、データベース上の周波数共用条件を更新するシステムに関する検討である。本研究では、一次利用者を中心とする排他領域、すなわち二次利用者の帯域利用を禁じる領域の設計に着目し、この設計を確率幾何学及び最適化理論に基づいて試みている。排他領域としては、前年度における円形に設計するものから発展し、極状の空間グリッドを用いて複雑に設計するものについて検討している。そして、理論式及び計算機シミュレーションを用いた数値評価の結果、データベース上の利用可能情報が詳細であるほど、共用帯域の空間的な利用効率を向上させられることを確認した。すなわち、二次利用者の電力及び密度に関する情報や、一次利用者のアンテナパターンの情報が詳細であるほど、小さく細かい排他領域が設計できることを確認した。29年度が最終年度であるため、記入しない。5Gでの利用が期待されている技術の一つが、既に既存利用者(一次利用者)に割り当てられた周波数帯を二次利用する技術、すなわち周波数共用の技術である。本研究では、データベースを用いてレーダなどの非通信利用者用の周波数帯を二次利用する周波数共用システムに焦点を当てる。このシステムにおいては、データベース上の共用周波数帯の利用状況に基づき作成された周波数共用条件に基づいて、二次利用者の使用する周波数帯を決定する。本年度においては、単一の一次利用者を中心に二次利用者の帯域利用を禁じる円形の排他領域を設けたシステムモデルに対して、数学理論である確率幾何学を用いて一次利用者アウテージ確率(一次利用者における二次利用者からの総干渉電力がしきい値を上回る確率)の理論式を導出した。そして、導出理論式及び計算機シミュレーションを用いた数値評価の結果、データベース上に、二次利用者の送信電力及び端末密度に関する詳細な情報が保存されている場合ほど、空間的な周波数利用効率を高めることができることを確認した。主な理由として、今後の研究における評価方針の土台を完成させたことが挙げられる。本年度の成果においては、二次利用者の密度及び送信電力の増加が一次利用者における総干渉電力を全体的に大きくするという、定性的には非常に理解しやすい現象を理論式形式で記述することに成功している。また、今回の確率幾何学を用いた理論式の導出過程は基本的なものであり、今後システムモデルを発展させた場合でも応用できることが期待される。今後は、よりシステムモデルを具体的にした状況で、二次利用者の周波数利用を禁止する排他領域の設計について検討する。

本システムにおいては、一次利用者のアンテナパターン情報の利用を念頭に置き、極座標状の空間グリッドを用いて分割した各領域について、排他領域とすべきかどうかを決定する。この場合、各領域上に位置する二次利用者に関する密度及び送信電力の情報が重要になると予想される。29年度が最終年度であるため、記入しない。
化学量論の本質により化学量論点と調和融解点を一致させたタンタル酸リチウムの創成

化学量論の本質を見直し、MgOドープにより化学量論組成と調和融解点が一致する新しいタンタル酸リチウム、cs-MgO:LT (Ta2O5 : Li2O : MgO = 50.0 : 40.8 : 9.2)を開発した。この組成の融液から単結晶を引き上げ法により育成し、キュリー点及び、屈折率変動にて育成結晶の均質性を評価した。その結果、cs-MgO:LTが非常に優れた均質性を持ち、調和融解成長する結晶であることがわかった。本結晶は、不純物や、空格子欠陥を含む新しい化学量論組成の概念の展開の上に創成したものであるが、高出力の緑色光源素子として、超小型プロジェクタなどに利用できるであろう。本研究では、ダルトンの化学量論の本質を見直し、MgOドープにより化学量論組成と調和融解点が一致する新しいタンタル酸リチウム、cs-MgO:LTを開発する。この結晶は調和融解成長するので、従来の擬2成分系の化学量論のs-LT(Li2O : Ta2O5 = 50 : 50 )に比べ、育成結晶の組成均質性が非常に良くなっている。また、イオン種を含めたすべての融液構成種の偏析係数は1であるので真の調和融解結晶となり電荷を持つ点欠陥は存在しない。このためレーザー光の結晶内分散は極度に小さいことが期待できる。具体的には、cs-MgO:LT結晶の組成を決定することが本年度の目的である。そこでcs-MgO:LT組成を2方法で検討した。(1)Ta2O5=50%ライン近傍の組成での融点分布を調べた。cs-MgO:LT組成は調和融解組成であることからTa2O5-Li2O-MgOの3成分系における最高融点となる組成であり、その組成が化学量論組成線であるTa2O5=50%ライン上の組成であれば、その組成がcs-MgO:LT組成である。その結果、Ta2O5=50%ライン上の9.2mol%MgOを添加した組成点(Ta2O5 : Li2O : MgO = 50.0 : 40.8 : 9.2)において融点が極大となり、この組成が3成分系における調和融解組成であることが分かった。また、この組成点は化学量論組成線上の組成であることから、この組成が調和融解組成と化学量論組成を満たすcs-MgO:LT組成である。(2) μ-PD装置を高温仕様へと改造してcs-MgO:LT組成における結晶化起電力の測定を行った。Seebeck効果を考慮した解析から本組成では結晶化起電力がゼロになることが明らかになった。今回求めたcs-MgO:LT組成が調和融解組成と化学量論組成を同時に満たす組成であることを実験的に証明できた。調和融解組成における結晶育成は溶質成分の偏析がないため、容易に行うことができる。一方で、通常の酸化物の化学量論組成における結晶育成は偏析が生じるために従来の育成方法では均一な組成を保って結晶を育成するのは困難である。調和融解組成と化学量論組成を同時に満たす場合は結晶を構成する全てのイオン種の偏析が生じないため、優れた光学特性を持つことが期待できるとともに、結晶育成の観点からも均一性の高い結晶が容易に育成できることが期待できる。前年度の研究にて化学量論組成線であるTa2O5=50%ライン上の9.2mol%MgOを添加した組成点(Ta2O5 : Li2O : MgO = 50.0 : 40.8 : 9.2)が、調和融解組成と化学量論組成が一致するタンタル酸リチウム組成(cs-MgO:LT)である事を見出した。本年度は、本組成を用い単結晶の引き上げ育成法を確立した。留意点は、固液界面近傍の温度勾配、引き上げ速度、結晶回転速度である。結晶の育成例を以下に示す。cs-MgO:LT組成の焼結体原料をイリジウムるつぼ(内径37.8 mm、高さ38.5 mm)に236 g(95vol%)充填し、単結晶引き上げ装置(テクノサーチ製)を用いてCZ法により単結晶の育成を行った。液面上部の温度勾配は、50°C/cmである。るつぼの上部にはイリジウム製のアフターヒーターを設置し、種結晶の引き上げ速度は2.0 mm/h、軸の回転速度は15 rpm、1%酸素混合アルゴン雰囲気中で行った。

c軸方向に引き上げを行い、3.1×3.1 mmに切り出したc-LT組成のLT結晶を種結晶として用いた。育成した結晶の結晶径は約23 mmで結晶の固化率は66.7%であった。本研究では、ダルトンの化学量論の本質を見直し、MgOドープにより化学量論組成と調和融解点が一致する新しいタンタル酸リチウム、cs-MgO:LTを開発した。その組成は、Ta2O5=50%ライン上の9.2mol%MgOを添加した組成点(Ta2O5 : Li2O : MgO = 50.0 : 40.8 : 9.2)である。直径23mm、直胴長50mmの単結晶を引き上げ法により育成し(固化率70%)、キュリー点及び、屈折率変動にて育成結晶の均質性を評価した。前者は、焼結体原料ー結晶ー残液を通して、700.3700.7°Cの変化に収まり、後者は、結晶の上、中、下部で常光、異常光とも、屈折率は、2.2程度で、その変動は、装置の分解能の0.0001以下であった。この結果は、cs-MgO:LTが非常に優れた均質性を持ち、調和融解成長する結晶であることを示す。イオン種を含めたすべての融液構成種の偏析係数は1であるので真の調和融解結晶となり電荷を持つ点欠陥は存在しない。このためレーザー光の結晶内分散は極度に小さいことが期待できる。熱伝導率は、既存の調和融解結晶(Ta2O5 : Li2O = 51.5 : 48.5)とほぼ同じであった。一方、cs-MgO:LTの化学量論性は、結晶化起電力がゼロになることにより証明した。本結晶は、不純物や、空格子欠陥を含む新しい化学量論組成の概念の展開の上に創成した真に新しい調和融解タンタル酸リチウム結晶であり、高出力の緑色光源素子として、超小型プロジェクタなどに利用できるであろう。26年度が最終年度であるため、記入しない。結晶成長26年度が最終年度であるため、記入しない。示差熱分析装置の不具合により研究が遅れ、繰越金が生じた。その後、装置の調整も済み、研究は順調に進展した。これまでの研究成果を国際会議等で発表することが出来た。我々は、これまで複数の酸化物単結晶の育成を行い、その育成のノウハウを集積している。しかし、本研究のタンタル酸リチウム単結晶は、融点が1700°Cに近く、育成の困難さが予想された。そこで大型バルク結晶育成を行う前に、マイクロ引き下げ法で小型結晶を育成し、適正育成条件を把握した。このプロセスにより引き上げ法でcs-MgO:LTのバルク結晶を速やかに育成することが出来たと考える。1.実験により求めた組成の熱力学的解釈を完成させる。2.本組成による融液からの結晶育成条件を早期に確立し、クラックなどのマクロ欠陥の無いcs-MgO:LTバルク結晶を作製する。本年度育成したcs-MgO:LT結晶の均質性を結晶内のキュリー点分布により評価する。次に、同結晶が比較用結晶に対して優れた組成均質性と高い緑色光変換効率(高輝度緑色光発生)を持つことを示す。特に、現在プロジェクタに使用されているMgO添加のLN結晶に対し、cs-MgO:LT結晶による緑色光の出力強度が2倍以上であることを示す。示差熱分析装置に不具合が生じ研究が遅れたため、次年度使用額が生じた。次年度使用額は、示差熱分析装置の不具合により研究が遅れたため発生したが、その後、装置の調整も済み、研究は順調に進展している。次年度請求額とあわせ、今後の実験に必要な消耗品等を購入する他、国際会議等での成果発表の旅費に使用する。結晶化起電力測定実験は前年度に終了したので、白金/ロジウム板の購入量は予定より少なかった。また、前年度に購入を予定していたロジウムルツボについては、研究室に現存するルツボの劣化の程度が使用に耐え得ると判断し、購入はしなかった。このため次年度使用額が生じた。
光を用いた量子情報処理の研究

量子情報処理システムの実現にとって光の非線形性は大変小さいことから、これまでは線形光学量子情報処理の研究が光を用いた量子情報処理の研究においては主流を成してきた。しかしながら、この方法は膨大な物理的リソースが必要とされることが予想され、実現化は極めて困難であることが最近の研究によって示唆されている。本研究は光を用いた量子情報処理に、弱いが非常に損失の少ない非線形性を効率よく用いるという画期的な方法によって、線形光学量子情報処理が抱えていた問題に新しい指針を与えることに成功した。この弱い非線形光学量子情報処理計算の方法は線形光学量子情報処理の方法とは本質的に異なり、さまざまなプロトコルや量子計算モデルにも応用できることから、新しい実現化の方法として注目されている。本研究においてもプロトコルや量子計算において非線形光学量子情報処理の方法の効率性と優位性を示した。また、このような損失の極めて少ない光非線形の実現手段として、半導体(GaAs)中のドナー不純物に束縛された電子のゼーマン2準位を基底状態、ドナー不純物に束縛された励起子(エキシトン)を励起状態とするラムダ構造を用いて、ドナー不純物濃度が10^13(cm^-3)程度の高純度GaAsにおいて電磁誘導透過(EIT)現象を初めて観測することに成功した。また、非線形光学量子計算の素子の開発に向けて、単一のドナー不純物をマイクロ共振器に閉じ込めた系で、^<19>F:ZnSe、^<29>Si:GaAsのデコヒーレンス時間の評価、単一不純物のアイソレーション、マイクロキャビティへの埋め込み技術の検討を進めた。^<19>F:ZnSeシステムに関しては、MBE成長法とプロセス技術の改良により、安定に単一不純物をアイソレートすることに成功した。^<29>SSi:GaAsに関しては、T_1時間の評価を行ない、T_1>4msecという極めて長いT_1時間の観測に成功した。光を用いた量子情報処理では非線形性が大変弱いことが大きな困難となっていたが、2000年の線形光学量子情報処理の方法によって、非線形性を用いずに計算の高速化が期待できるユニバーサルな量子計算の方法が示された。この方法は非線形性を用いないという点で画期的であったが、その後の膨大な研究努力によって、その実現化が極めて困難であることが認識されつつある。本研究ではまず、線形光学量子計算の方法に変わる新しい光を用いた量子計算のスキームとして、最近になって到達可能になった弱いが損失の極めて少ない非線形性を用いた新しいユニバーサルな量子計算の方法を構成した。また、この方法によって、原理的には極小の非線形性であってもスケーラビリティに飛躍向上をあたえることを証明した。さらに、この量子計算の方法を元に、ユニバーサリティに対する物理的要請を探った。このユニバーサリティに対するアプローチは、これまでのゲート構成から考える情報論的なアプローチとは大きくことなり、新しいユニバーサリティの指標になる。また、この方法は物理的な要請に着目することによって、量子ビットなどの情報単位に縛られないユニバーサルな量子計算に対する物理的に条件が求められた。損失の極めて少ない光非線形の実現手段として、半導体(GaAs)中のドナー不純物に束縛された電子のゼーマン2準位を基底状態、ドナー不純物に束縛された励起子(エキシトン)を励起状態とするラムダ構造を用いた電磁誘導透過(EIT)を検討した。ドナー不純物濃度が10^13(cm^-3)程度の高純度GaAsにおいて、初めてEIT現象を観測することに成功した。

これは、半導体中の真の基底状態を用いたEIT実験として初めてのものである。ドナー不純物に束縛された電子と励起子は全ての半導体に存在するので、この実験結果は非線形性の強い半導体を用いたEITが可能であることを示した重要な結果である。昨年までの研究成果である弱いが損失の極めて少ない非線形性を用いた新しいユニバーサルな量子計算の構成法は計算理論的なゲートではなく物理的な要請に着目したものであった。今年度はこの物理的な要請に基づいたゲートを計算の基本構成要素とした場合に、これらのゲートがどのように計算のユニバーサリティを満たすのかを、通常の理論ゲートと比較した。これにより、非線形性を用いた量子計算では基本構成要素は通常の理論ゲートと同じ計算能力を持つことを示した。さらにこの新しい方法の物理的なリソースの効率性を詳細に調べた。また、線形光学量子計算と比較し、線形光学量子計算では物理的な基本構成要素は通常のゲートと同等ではなく、ここに線形光学量子計算の特異性があることも示した。この結果は非線形光学性がいかに弱い場合でも、非線形光学量子計算は線形光学量子計算と物理的リソースの効率性の点で、本質的に異なることを示している。また、さらに、古典的なフィードフォワードによる効率化がどのくらいまで可能かを詳細に調べ、線形光学量子計算の限界を求めた。この非線形光学量子計算をインプリメントするための素子の開発を昨年に続き進めた。今年度の主な成果は、1.多数の単一光子光源を同一波長で動作させるために、量子ドットをドナー不純物に束縛された励起子で置き換えた単一光子光源を開発した。2.モード体積が小さく、Q値に高いマイクロ共振器をホトニック結晶を実現した。3.単一のドナー不純物をマイクロ共振器に閉じ込めた系をコヒーレント状態でつないだ量子中継システムの提案を行った。また、各ノードの動作波長(0.4-0.8ミクロン)と通信波長(1.5ミクロン)を高効率でつなぐ波長変換技術をPPLN素子で実現した。昨年度に引き続き、弱い非線形量子情報処理の方法の解析と改良。拡張を行った。また、弱い非線形量子計算の方法の応用として、誤り符号訂正への応用とクラスター・ステートの方法への応用を扱った。クラスター・ステートの方法では解析が、準備段階的なものであるにもかかわらず、線形光学量子計算の場合とは全く異なるスケーラビリティをもつことを示唆する興味深い結果が得られた。またコンピュータ・アーキテクチャの観点から、量子計算系全体のパフォーマンスを調べた。これは弱い非線形量子計算の利点でもある分散型計算を、どのようにすれば効率よく構成できるかを明らかにするための解析の第一歩となる。現在、指数加速を実現する量子アルゴリズムは、殆どが隠れ部分群問題に帰着されるものである。この問題に関して、典型的に用いられる入力状態を使った場合、どの程度答えについての情報が取れるか、計算量を度外視して調べた。その結果、必要な情報を得るには多くの状態に跨った複雑な測定をしなければならないことがわかった。これは、従来と同じ入力状態では効率的なアルゴリズムが不可能であることを強く示唆する。非線形光学量子計算のハードウェアの候補として、^<19>F : ZnSe、^<29>
205～250nm帯深紫外半導体レーザの研究開発

紫外から深紫外発光素子への応用が期待されるAlGaN系窒化物半導体は、「光学異方性(発光強度に方位依存性がある現象。この為AlNでは、表面からの光放射は皆無となる)」があるものの、この波長域総てに渡ってレーザ利得(光の増幅作用における利得で、横方向には強い発光と光増幅作用とがある)があることを明らかにするとともに、光励起で228.9nmの室温レーザ発振を実現し、それを実証した。また、最終年度には、電流注入型AlGaN系深紫外半導体レーザの実現を可能とする、カーボンを添加したp型AlGaN(p〓3x10^<18>[cm^<-3>]のホール密度を示す)を世界で初めて示し、電流注入型AlGaN系半導体レーザ実現への基礎を固めつつある。本研究の目的を要約すると、「光励起型AlGaN多重量子井戸構造半導体レーザ」が、最短波長2415nm(室温)でレーザ発振したかを科学的に解明すること、及び、その知見を出発点とし、電流注入型深紫外半導体レーザの実現を目指して、その基礎を固めることである。平成17年度に達成した研究実績を、下記に示す。(1)AlGaN多重量子井戸構造深紫外半導体レーザの発振波長を、128.9nmとし、世界最短波長記録を更新した。(2)本研究が提唱してきた(AlN/GaN)多重バッファ層構造による歪み制御により、AlNの「らせん転位」の減少はもとより、一般的に困難とされていた「刃状転位」の減少が可能であることを確認した。これらの事実は、「極微細領域x線評価装置」による解析とともに、平成17年度に新規に導入した「透過型電子顕微鏡」により、貫通転位(その殆どは「刃状転位」成分)が急激に減少出来ることを、直接観測した。(3)Al高組成(Al組成が60%以上の領域)AlGaNの高品質化が、本研究が提案した、新規なエピタキシャル成長技術「Altemate Source-Feeding Epitaxy (ASFE:交互供給法)」によりエピタキシャル成長層の高品質化を達成した。この成長法は、この分野の研究の標準技術となり、その後、多くの他研究機関がこれを利用するようになった。尚、ここでの成果が、(1)の研究成果につながっている。(4)研究実施計画には含まれていない、新しい発見があった。すなわち、270280nm以下の発光波長を有する高Al組成AlGaNは「C軸方向には殆ど発光が観測されない」、すなわち、光学的異方特性があることを、実験的に発見した。その結果、240250nm以下のレーザ発振は、TMモードでのみレーザ発振することを、世界で初めて、実験的に確認した。尚、この事が、「世界中の多くの研究機関で、240nm以下の波長域でレーザ発振の報告例が何故無いのか?」の疑問に対し、極めて、明快な回答を与える。簡単に言えば、高名な多くの研究機関は、表面的な事象だけを重要と思い、研究の基本を試みなかっただけと言える。本研究の目的を要約すると、「光励起型AlGaN多重量子井戸構造半導体レーザ」が、最短波長241.5nm(室温)でレーザ発振したかを科学的に解明すること、及び、その知見を出発点とし、電流注入型深紫外半導体レーザの実現を目指して、その基礎を固めることである。平成18年度の研究成果の主なものを以下にまとめる。(1)世界でトップレベルの高品質AlN、AlGaN結晶を「歪み制御法」と「交互供給法」とにより成長そのために、先ず、結晶内の「らせん転位」、「刃状転位」、「混合転位」を、間接的、直接的に解析できる手法(X線回折装置と透過型電子顕微鏡)を確立し、エピタキシャル成長した結晶を、自ら、素早く分析・評価できるよう研究体制を整備した。(1)X線回折法による転位密度評価(c面成長結晶における転位密度の間接評価)法の確立(2)透過型電子顕微鏡による各種転位の評価(転位の直接観察)(2)lGaNの光学異方特性(深紫外域AlGaN半導体レーザの発振モード、Al_xGa_<1-x>N(0≦x≦1)の発光強度および偏波の異方性特性)を実験的に初めて指摘(1)c面からの表面発光強度(発振閾値以下の自然放出光強度)も深紫外領域に接近すると、極めて微弱となった。一方、c面に垂直な面である端面(m面)から観測した発光強度は、ほとんど変化しなかった。

(2)この原因は、AlN,AlGaNのバンド構造、特に、CHバンド(結晶場スプリットオフ価電子帯、TMモード発光)が、この半導体の発光過程に強く関与するためである。(3)そして、Al組成の増加に伴いHH、LHバンドとこのCHバンドが交差するAl組成も実験的に明らかにした。これら一連の実験的な研究成果を(AlGaN半導体の偏波異方特性、極微弱な表面発光の観測、およびCHバンドの密接な関わり)、世界で初めて報告した。平成19年度は、電流注入型AIGaN半導体レーザの実現に向けた研究を開始するための環境を整備したすなはち、電流注入型とするためには、AIGaNへのp型ドーピングの明らかにしなければならない。一方では、AIGaNの発光強度を改善できる手法として、「交互供給法」を我々は提案してきたが、本方法によって結晶の「何が」改善されているのかを解明しなければならなかった。平成19年度には、後者に関しては、エピタキシャル結晶内の「点欠陥」が、交互供給法によって減少しているのではないか、その可能性を指摘した。また、前者に関してはは、AIGaNのp型ドーピングでは、我々の場合、刃状転位密度を更に減少しなければならないことをそのドーピング特性、P型化アニール特性、イオン化不純物濃度、キャリア密度等々、エピタキシャル結晶の電気的特性を測定することで解明した。更に、P型不純物であるMgが局在化し、ドーピング特性を大きく劣化させている可能性を示すSIMS解析結果も明らかになった。本研究の目的を要約すると、「光励起型AlGaN多重量子井戸構造半導体レーザ」が、最短波長241.5nm(室温)でレーザ発振したかを科学的に解明すること、及び、その知見を出発点とし、電流注入型深紫外半導体レーザの実現を目指して、その基礎を固めることである。平成19年度までは、電流注入型AlGaN半導体レーザの実現に向けた研究を開始するための環境を整備した。すなはち、電流注入型とするためには、AlGaNへのp型ドーピングの明らかにしなければならない。一方では、AlGaNの発光強度を改善できる手法として、「交互供給法」を我々は提案してきたが、本方法によって結晶の「何が」改善されているのかを解明しなければならなかった。平成20年度には、光励起による室温におけるレーザ発振波長(単なる誘導放出の確認ではなく、半導体レーザの基本構造であるダブルヘテロ構造を用いた光導波路構造を有していることから、光の増幅作用を確認したものをここではレーザ動作と定義している)を、229.8nmまで短波長化することが出来た。また、レーザ発振の温度特性等、基本的なレーザ発振特性を調べた。その結果、ワイドバンドギャップ半導体の基本的な特性として期待される、温度特性の安定性、すなわち、発振波長の温度安定性の点で優れていることを実験的に示した(バンドギャップの温度係数は、InP系、GaAs系半導体のそれとほぼ同等である)。一方、活性層に用いるAlGaNの結品品質は、特に、刃状転位密度の低下が、これまでの大きな研究課題であったが、平成20年度の研究成果として、この転位密度を大幅に減少させる事が出来た。(10-12)面に対する非対称散乱のX線ロッキング曲線の半値幅の代表的な値として約60[arcsec]を、また、最も狭いものとして35[arosec]の値を達成した。この半値幅から、刃状転位密度を算出すると、10^710^8[cm-2]の値となる(この値の算出の正当性は、平成17年度からの本研究によっても、結晶試料のTEM断面の直接観測によって確認されたものである)。