hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
特異的前駆細胞移植による肺再生法の構築

遺伝子群を、マイクロアレイ解析とバイオインフォマティックスを駆使して選定するところは順調にクリアし、さらに計画通りウイルスベクターも構築完了し、また、評価実験系が動くことも確認完了したことから順調に進展していると結論した。25年度が最終年度であるため、記入しない。当初の研究計画の転写因子候補遺伝子群を、マイクロアレイ解析とバイオインフォマティックスを駆使して選定後、線維芽細胞から肺前駆細胞を作製する因子の組合せを見出し、現在、作製した細胞の機能を検証中である。また、ES細胞から肺組織細胞を分化させるための細胞増殖因子の検討結果をまとめ、誌上発表するなど、研究は順調に進展していると結論した。肺細胞を作成するのに必要な転写因子因子群を十分絞り込み、本当にそれらの転写因子で目的細胞を分化できたのか、免疫組織化学的、遺伝子発現、分化能について検証することで、真の転写因子群が同定できたか確認する予定である。さらにこれをクリアした場合、作成した細胞をSCIDマウスに移植し、in vivoで機能する細胞かどうかも検証する。繊維芽細胞に肺分化制御遺伝子を搭載したウイルスを感染させ、肺関連細胞へと分化させる方法に目途がつきつつあるため、このようにして作製した肺細胞が機能性細胞かどうかin vitro及びin vivoで検証する必要がある。さらに、他に必要因子があるかどうかについても検討する予定である。
グラーティアーヌス教令集註釈書の史料学的・法文化史的研究

2018年度には、Summa Monacensisと同じ北フランスの教会法学が生み出した作品のうち、オクスフォード大学所蔵の写本Barlow 37の欄外に伝わる作品を対象として、その成立の背景と内容を全体にわたって詳細に検討した。Barlow 37の本体は、Wulfstan's Common Place Bookと呼ばれる11世紀に成立した法書・贖罪書に12世紀になって手が加えられたものであり、グラーティアーヌス教令集とは無関係である。Barlow 37の欄外に伝えられた史料がSumma Monacensisと同じ学派に属するグラーティアーヌス教令集の註釈に由来することは、昨年度までの研究で既に明らかにしていた。これがグラーティアーヌス教令集とは関係のない法書・贖罪書に書き加えられるにあたりどのような操作が行われたのか、欄外に書きこまれた註釈一つ一つについて、下敷きとなった元の註釈の確定を通じて、明らかにすることを試みた。その結果、欄外に書き込まれるにあたり行われた取捨選択と加筆修正を、一つ一つの欄外書き込みについて、明らかにすることができた。グラーティアーヌス教令集に対する註釈がより古い法書・贖罪書の註釈として利用された例であり、「古い法」の解釈を通じた「モダナイゼーション」として、法文化史の観点からも興味深い成果である。本年度の研究成果は、欄外註釈を対象とする文献学の学会(アイルランド)と教会法学を対象とする歴史学の学会(英国)において報告する機会を得た。特に前者は、欄外註釈を文化現象として比較することを目的とし、対象とする時代と地域を異にする研究者が広く集まった学会であり、Barlow 37を法文化史的な観点からとらえる上で示唆に富むものであった。昨年度に終了する予定であったが、Summa Monacensisと同じ学派に属する諸史料相互の関係が予想以上に密接かつ複雑であったため、同学派に属する諸史料一つ一つの調査に予定していたよりも時間がかかっている。しかし、とりわけArras写本とOxford写本に伝わる作品群の研究は、Summa Monacensisとその親類である諸作品の成立および相互関係を考えるための重要な手掛かりを与えてくれたため、1160年代から1180年代の北フランスにおける教会法学について、当初予想していたよりも多くの知見が得られている。まず、これまで行った3つの学会報告を研究論文として発表する。紙上掲載されるのは来年度になる可能性もあるが、今年度中に投稿を済ませる予定である。次に、昨年度までの研究成果に基づき、Summa Monacensisと同じ学派に属する諸作品の成立過程ならびに相互関係を視野に入れ、Summa Monacensisの校訂を行う。こちらも今年度中の入稿を目指す。2016年7月にパリ(フランス)で開催された第15回中世教会法国際学会において、『グラーティアーヌス教令集注釈書Summa Monacensisならびに関連する諸注釈書について』と題する研究報告を行った。この報告は、Summa Monacensisを中心として12世紀後半の北フランスで成立した一群の教会法史料を対象とし、その相互関係(派生関係なのか、共通のソースを持つのか、等)を考察したものである。具体的には、1対象となった一群の教会法史料はSumma Monacensisから派生したのではなく、共通のソースを持つこと、2このソースには少なくとも2つの発展段階があり、史料によりどちらの発展段階を伝えているかが異なること、3出発点には口述伝承があること、という3つの仮説を提示した。これは、12世紀後半の北フランスにおける教会法学の具体像、すなわち、法理の内容のみでなく学問としての形成の場、いわば教会法学の「生態系」を明らかにする上でも重要な知見である。同報告は同名の研究論文(Die Summa Monacensis und ihre verwandten Summen)として発表する。この他、アラス(フランス)市立図書館所蔵の写本Arras 1604 (271)の調査を行った。これにより、1同写本がSumma Monacensisのボローニャ(イタリア)における伝承を明らかにする史料であること、2例えばLittera formata(定型文)と呼ばれる公文書式の説明において、法学文献の伝承の仕方(意図的な書換など)を知る上で重要な実例を示す写本であること、が明らかとなった。この写本についても研究論文を発表する。1年目の課題であったSumma Monacensisとその関連史料群については、相互関係に関する考察を国際学会で報告し、国際的な学問水準で論じることができた。しかし、同史料群が派生関係に立つのではなく共通のソースの異なる発展段階を伝えている場合、どのテクストがどの段階を表すのか、共通のソースが持つ一つ一つの層strataを明らかにする必要があり、校訂版作成は当初の予想よりも複雑な作業となる。中心課題であるグラーティアーヌス教令集註釈書Summa Monacensis並びに類縁関係にある著作群(Summa Monacensisグループ)について、その断片を伝えるアッラス写本を調査したところ、Summa Monacensisの成立地を知る手掛かりとされた箇所(司教文書の書式例文)において、ミュンヘン写本との重要な相違が見い出された。すなわち、ミュンヘン写本においては例文に登場する人物が全てグルケ教会(チロル地方)と関りのある人物であるのに対し、アッラス写本では全てボローニャ教会(イタリア)と関りのある人物になっていた。そこで、アッラス写本に登場する人物たちを、司教文書を中心とするボローニャ教会史料に基づいて調査したところ、1169年と1187年の間にボローニャ教会と関わりのあった人々であること、アッラス写本の内容もこの時期のものであること、が分かった。

次に、オクスフォード大学図書館所蔵の写本の欄外に書き込まれた註釈を、Summa Monacensisグループに属する諸著作と詳細に比較したところ、同じグループに属する新しい史料であること、1170年代半ば、フランスで神学を学んだ学生がイングランドに持ち帰ったものと考えられること、が判明した。上に述べた学会報告(2017年7月5日)の後、ゲッティンゲン大学(ドイツ)に所蔵されている写本MS jur. 159(翻刻で約350頁)を調査したところ、ボローニャ(イタリア)の教会法学の摂取方法において、Summa Monacensisグループの特徴を知る上で重要な比較対象となる史料であると思われた。そこで、2018年10月以降、研究対象を広げ、同写本に伝えられたグラーティアーヌス教令集註釈書Summa Antiquitate et temporeを集中的に研究し、Summa Monacensisグループとの比較を試みることとなった。このため当初の予定より遅れが生じた。2018年度には、Summa Monacensisと同じ北フランスの教会法学が生み出した作品のうち、オクスフォード大学所蔵の写本Barlow 37の欄外に伝わる作品を対象として、その成立の背景と内容を全体にわたって詳細に検討した。Barlow 37の本体は、Wulfstan's Common Place Bookと呼ばれる11世紀に成立した法書・贖罪書に12世紀になって手が加えられたものであり、グラーティアーヌス教令集とは無関係である。Barlow 37の欄外に伝えられた史料がSumma Monacensisと同じ学派に属するグラーティアーヌス教令集の註釈に由来することは、昨年度までの研究で既に明らかにしていた。これがグラーティアーヌス教令集とは関係のない法書・贖罪書に書き加えられるにあたりどのような操作が行われたのか、欄外に書きこまれた註釈一つ一つについて、下敷きとなった元の註釈の確定を通じて、明らかにすることを試みた。その結果、欄外に書き込まれるにあたり行われた取捨選択と加筆修正を、一つ一つの欄外書き込みについて、明らかにすることができた。グラーティアーヌス教令集に対する註釈がより古い法書・贖罪書の註釈として利用された例であり、「古い法」の解釈を通じた「モダナイゼーション」として、法文化史の観点からも興味深い成果である。本年度の研究成果は、欄外註釈を対象とする文献学の学会(アイルランド)と教会法学を対象とする歴史学の学会(英国)において報告する機会を得た。特に前者は、欄外註釈を文化現象として比較することを目的とし、対象とする時代と地域を異にする研究者が広く集まった学会であり、Barlow 37を法文化史的な観点からとらえる上で示唆に富むものであった。昨年度に終了する予定であったが、Summa Monacensisと同じ学派に属する諸史料相互の関係が予想以上に密接かつ複雑であったため、同学派に属する諸史料一つ一つの調査に予定していたよりも時間がかかっている。
マスト細胞におけるIL-15レセプターの解析

前年度までにマウスマスト細胞株であるMC/9より採取したmRNAを用いてcDNAライブラリーを作成したが、IL-15レセプターの同定にはいたらなかった。このため、再度MC/9細胞よりcDNAライブラリーを作成した。また、別のマウスマスト細胞株であるPT18よりもmRNAを採取し、このcDNAライブラリーを作成した。これらのcDNAライブラリーを、BaF3細胞にトランスフェクションした後IL-15存在、IL-3非存在下で培養しIL-15反応性の株を選択した。その結果MC/9細胞由来のcDNAをトランスフェクションした細胞から5株が得られた。これらをIL-3、IL-15ともに非存在下で培養したところ、1株はIL-15依存性に、残りの4株はIL-15非依存的に生存することが確認された。それらの株に発現されている遺伝子をシークエンスにより確認されたところ、IL-15依存性の細胞株から既知のIL-15レセプターαと相同性を持つ配列が確認された。IL-15非依存性の株からは既知のアポトーシス抑制因子であるBcL-2の配列が得られたので、十分な精度のあるcDNAライブラリーによる株の選択と考えられた。得られたIL-15レセプターαと相同性を持つ配列をさらに解析すると、IL-15レセプターαのオルターネイティブスプライシングが行われていることが示唆された。これは、近年、他グループより報告されたマスト細胞に特異的に見られるIL-15レセプターの配列と同一であることが確認された。以上より、マスト細胞に発現するIL-15レセプターはIL-15レセプターαのオルターネイティブスプライシングによることが明らかとなった。今後、このレセプターの生体での発現分布を調べ、さらにトランスジェニックマウス作成により生体での意義を解析する予定である。マウスマスト細胞株であるMC/9より採取したmRNAを用いてcDNAライブラリーを作成した。さらに、別のマウスマスト細胞株であるPT18よりもmRNAを採取し、このcDNAライブラリーを作成中である。MC/9のcDNAライブラリーについては、これを、BaF3細胞にトランスフェクションした後IL-15存在、IL-3非存在下で培養しIL-15反応性の株を選択した。その結果3株が得られた。これらをIL-3、IL-15ともに非存在下で培養したところ、いずれもIL-15非依存的に生存することが確認された。念のため、それらの株に発現されている遺伝子をシークエンスにより確認されたところ、そのうちの1つは既知のアポトーシス抑制因子であるBcL-2であった。他の2つについては一部、報告されている配列と異なる所が見られるため、現在さらに解析中である。今後それらの解析をさらに行っていきたい。しかし、レセプターの配列との相同は見られずIL-15のレセプターとは無関係と考えられた。既知の配列が得られたことから、十分精度の良いcDNAライブラリーができたと考えているが、IL-15レセプターの同定には至っていないため、今後再度mRNAを採取しなおし、cDNAライブラリーを新規に作成していく予定である。また、現在得ているcDNAライブラリーに関しては、再度BaF/3細胞にトランスフェクションしてIL-15依存性の株を選択しなおす予定である。
手掌腱膜の繊維化における炎症増幅回路活性化分子の解析

本研究では、デュピュイトラン拘縮患者から採取した病的手掌腱膜を用いて、炎症回路の検証およびSNP解析を行うとともに、両者の関係性についてノックダウン実験を行うことで本疾患の発症機構を解明していく。
科学者の伝記集の作成とその活用方策の確立

伝記の内容を構成する個々の教材の開発を行った。それらは、以下のような特徴のいずれかを満たすものであった。一つは、科学者の考え方や思考のプロセスが理解できる教材である。もう一つは、科学者や技術者が行った観察や実験の様子、あるいは工夫されている点を理解できる教材である。ガリレオやリンネを取り上げた教材は前者の要求を満たすものである。後者を満たすものとしては、熱機関を取り扱った教材などがある。理科教育に資する伝記集の刊行を目指す本研究の主要課題は、(a)の伝記集として国際的に最も定評のあるDictionary of scientific biography(以下、DSBと略記)の記載事項を基にした資料収集(b)伝記の作成と関連する観察・実験の開発(c)授業における検証を通した活用方策の確立の3点である。昨年度に引き続き、24年度もDSBの記載内容を中心に人物調査と資料収集に努めた。とくに、教科書では必ず登場し、生徒たちにも馴染みの深い、例えば光の干渉実験で有名なヤングなどのように、有名でありながら、これまでわが国では当該人物の伝記が、ほとんど刊行されていない人物に焦点をあてた資料収集活動を行ってきた。また、再現実験や復元装置に関して、前年度に着手したフーコによる光速測定の実験に関しては、一部測定方法を改良し、より安定的にデータが得られるように、回転鏡に改良を加えた。25年度においては、教科書における科学者の事績に関する記載状況を詳細に調査し、その一部については、教材化への提案を行った。また、日本人の科学者に関する調査も継続し、わが国への化学導入に大きな役割を果たした宇田川榕菴についての事績の整理を行い、その一部を発表するとともに、教材化に着手した。本研究における遂行課題は、(a)科学者の伝記集として国際的に最も定評のあるDictionary of scientific biography(以下、DSBと略記)の記載事項を基にした資料収集(b)伝記の作成と関連する観察・実験の開発(c)授業における検証を通した活用方策の確立の3点である。このうち、本年度の中心課題は、国内外における科学者の伝記に関する調査と必要な資料の収集と、一部の科学者についての伝記作成とした。まず対象となる科学者のリストアップに関しては、DSBの分析に先だって、教科書の分析を行った。高等学校の理科と社会の教科書に掲載されている科学者・技術者のリストアップを行った結果、次のことが明らかとなった。(1)教科書会社によって多少の相違はあるが、共通する人物の方が多いことが判明した。(2)「物理」では、単位に数多くの人名が用いられており、囲み記事により解説されている科学者と重複している例が少なからずあった。中学校や小学校では、教科書会社により取り上げられる科学者、技術者の範囲は、編集方針により異なるが、なかには表紙に科学者の像が掲載されている会社のものもあった。このうちのいずれの人物をとりあげるかは、今後の検討課題である。また、教科書には取り上げられていないが、本研究において取り上げる必要のある人物についても、いくつかの候補をあげることができた。さらに、教科書で扱われている人物は、全てDSBにも掲載されていることを確認した。そして、これらの人物に関するDSBの該当箇所において、その詳細な参考文献の整理に着手し、現在、継続中である。再現実験や復元装置に関して、本年度に着手したのは、フーコによる光速測定の実験であり、空気中に関してはデータをうることができた。これまでから、科学者の生い立ち、社会とのかかわり、実際に行われた観察や実験の紹介など、理科教育のなかで科学史を活用する多くの優れた試みがなされてきた。これらの成果を発展させるさらなる試みとして、本研究では、次のような特色を持った科学史活用教材の作成を目指した。1できるだけ当時の時代状況や人々の考え方の流れに沿って、科学者の考え方や思考のプロセスが理解できるような内容の教材。2当時、行われた観察や実験の様子、その工夫されている点などがよくわかり、できれば再現実験や観察、あるいはそれらに代替しうる観察や実験などが含まれる教材。3上の2つの内容と科学者の伝記とが有機的に結合した教材。1の条件を満たすことを追求した教材として、「『新科学対話』を通して、ガリレオによる地上運動の定式化を学ぶ」を作成した。2の条件を満たすことを追求した教材として、「ニューコメンの蒸気機関とバルブの開閉」、「交流送電の優位を実験を通して確かめる」、「簡単な積算電力計の製作」、「トーンホールによる共振振動数の変化の試算」、「コンデンサマイクの様子がよくわかる装置の製作」、「フーコの方法による光速の測定」を開発した。

物理領域では上記2の実験にかかわる教材の開発を行い、伝記の作成に向けた土台を築いた。生物領域では、「植物はどのように分類することができるのか、『分類学の父』カール・フォン・リンネ」、「顕微鏡による自然研究、ロバート・フック」、「生物学史上の3巨峰の1人、チャールズ・ダーウィン」、「『早すぎた学説』、グレゴール・ヨハン・メンデル」、「日本の植物の多くを分類・命名、牧野富太郎」と、5人の生物学者の伝記を作成した。これらの成果の概要は、「研究成果報告書」としてまとめた。科学教育わが国でもこれまで伝記が刊行されている人物の調査に関しては、基礎データの蒐集が比較的、進んでいる。それに対し、わが国で伝記がほとんど刊行されていない人物の基礎資料の蒐集には、予想以上の時間と労力を必要とした。この点に関しては、本研究の大きな目標の一つでもあるので、今後はスピードアップを図っていかねばならない。また、当時の科学者の行った観察や実験の再現に関しても、学校現場でも実施可能という前提条件があるため、文献調査と同様、予想以上の時間と労力を必要とした。この点に関しても、本研究の大きな目標の一つなので、今年度はスピードアップを図っていかねばならない。資料収集、授業案の作成に関しては、概ね、順調に進んでいるが、それを検証するための作業である実際の授業での実施が遅れており、早急に実施する必要がある。また、科学者が行った観察や実験の再現も、学校現場でも実施可能という前提条件があるため遅れたが、比較的、目途のついている物理領域を中心に行っていく。人物の生涯にかかわる資料調査に関しては、当初の予定よりは遅れているものの、概ね、達成したと評価できるのに対し、本研究のもう一方の柱である「再現実験や復元装置に関する研究の調査とそれに基づいた実験の開発」に関しては、大幅に遅れている。その理由の一つは、「再現実験」と称されている先行研究のなかのうち、科学者自身が行ったと推定される実験・観察と少し距離があるのではないかと思われるようなものもあり、その確認に手間取ったことにある。「再現実験」に関しては、光速測定実験に手間取り、他の予定していた実験にとりかかれなかった。前年度までに蒐集した基礎データに基づいて、本研究の主要な目的である伝記集原稿の執筆に取り掛かる。平行して、不足している基礎データの蒐集に努めるとともに、伝記集に掲載可能な観察・実験の選定とその執筆準備を行う。科学史学会の新たな動向とその成果を反映させることに大きな主眼を置くとともに、不足する資料の収集、授業での実施可能な観察・実験の目途をつけ、具体的な教材化を完成させていく。教科書のチェックとDSBの参考文献の整理に基づき、今年度以降は対象とする科学技術者を決定する。そして、それらの人物に関する内外の文献のリストアップと調査をすすめていく。また、博物館での実験装置の確認作業も行っていき、伝記作成に役立てていく。また、再現実験・観察に関しても、どのようなものが必要か対象を絞り込む作業を行う。そして、子供たちにも観察・実施が可能な形態を探っていく。繰り越した平成24年度の残額を含め、下記の目的での支出を予定している。
身体接触を伴う運動「組ずもう」の教育効果－集団凝集性の観点から－

平成30年度の研究実績は、「小学校4年生児童を対象にした"組ずもう"の授業実践」および「学会での研究成果発表」である。それぞれの概要について述べる。小学校4年生児童を対象にした"組ずもう"の授業実践は、全力による身体接触を伴う運動「組ずもう」によって生起する「身体への気づき」から、主観的認知する他者の気もちが共感的な心情といえるのか。また、共感的な心情であれば、学級の集団凝集性を高めえるのかを検討することを目的におこなった。その研究方法は、「組ずもう」を小学校4年生児童に実施。また学習成果の測定として単元前後に「身体への気づき質問紙」「体育授業における共感性質問紙」「学級の集団凝集性質問紙」を実施するものであった。その結果、次のことが得られた。「身体への気づき得点」は単元後に有意に向上した。「体育授業における共感性得点」は、単元後に有意な変化はなかった。「学級の集団凝集性得点」は単元後に有意な変化はなった。「身体への気づき得点」と「共感性得点」との間には有意な中程度の相関がみられた。「共感性得点」と「集団凝集性得点」との間には有意な中程度の生の相関がみられた。これらのことから、「身体への気づき」の高まりは、「共感的な心情」の高まりに、「共感的心情」の高まりは「集団凝集性」の高まりに影響を与えると推察された。以上の研究成果は、第38回日本スポーツ教育学会研究大会(広島大会)で発表、国内に広く発信した。予定していた授業実践を実施することができ、その成果を学会大会で発表し、広く意見を求めるできた。また、その学会発表にて、今後の研究における貴重な意見等を得ることができた。現在は、2回目の授業実践にむけて準備しているところである。今年度は小学校6年生児童を対象に「組ずもう」の実践を行い、相手の「身体への気づき」から主観的に認知する「相手の感情・気もち」にどのような意味があるのかを「実感」と「納得」という観点から検討する。運動による「身体への気づき」「共感的な心情」ならば、長なわとびの実践においても見出されている。そこで、身体接触を伴わない他の運動で生起する「身体への気づき」「共感的な心情」との差異を検討する。すなわち、身体接触は人に「実感」と「納得」をもたらせるという特性があるが、この観点から「組ずもう」において児童が「身体への気づき」から「相手の気もち」を主観的に認知する行為にどのような教育的意味があるのかを詳細に検討する。30年度に授業実践を行った学校に「すもうマット」があり、「すもうマット」購入に充てる予算が次年度に繰り越しとなった。
誤差解析の意味で高精度な数値線形計算の基盤の創出

有限桁の数を扱う数値計算では,演算毎に丸め誤差が発生する可能性がある.計算回数が多いとき,丸め誤差は蓄積し,最終的に得る計算結果は不正確になることもある.計算機の能力向上により問題が大規模化すると,丸め誤差の影響はより心配される.本研究課題において,数値線形代数の問題に対して,丸め誤差の影響を抑えつつ,高速に計算できる計算環境を行列積・LU分解・コレスキー分解などに対して構築できた.本年度は研究初年度につき,数値線形代数で最も基本的な計算である行列積について,事前誤差解析の意味で高精度な計算法を実装した.具体的には密行列と密行列の積,また三角行列と密行列の積の実装,すなわちBLAS (Basic Linear Algebra Subprograms)におけるgemmとtrmmに相当するものを実装した.ブロック単位でpostloadと言われる計算法を適用し,誤差上限は従来のn(行列のサイズ)に比例する構造からルートnに比例する構造に変えることができた.高速な商用ライブラリと比較して,1割の計算時間の増加で上述のような精度の改善が達成できた.ただし,計算機環境によっては逆に提案法のほうが1割ほど計算時間が短い場合,または2割ほど計算時間が増加する場合もあるが,総合的にみれば初年度の計画は達成できたことになる.また,ブロック行列積を基本としながらも,さらに高速化または高精度化を達成できるグループ化されたブロック行列積の計算法について,すべてのサイズにおいて使用できるように誤差解析を行い,そのアルゴリズムを実装することができた.入力のサイズによっては十分なブロックサイズを確保できない場合等に高速化を達成できる,または計算時間をそのままに事前誤差解析による精度を改善できる例を確認できた.さらに,計画では来年度以降に取り組む予定であった,三角行列の逆行列を求める関数,LU分解,Cholskey分解のアルゴリズムに対する誤差解析と実装について,取り掛かることができた.ブロック計算による効果が誤差解析により確認され,高速化については来年度以降の課題となる.本年度の成果は年度末の国内の学会において発表した.昨年度の行列積の誤差解析とブロック実装の研究に続いて,本年度は数値線形代数における基本計算である三角行列の逆行列,LU分解,コレスキー分解について,ブロック計算に対する誤差解析とその実装を行った.これらは科学技術計算に非常に良く使用されるため,精度保証付き数値計算を精度・速度面の両方で効率良く行うことが求められている.標準的なブロック実装では,誤差の上限に関する係数がブロック数×ブロックサイズに比例することを確認し,さらにブロック計算の中にさらにブロック計算を導入した場合の誤差解析について成功した.計算のパフォーマンスを落とさずに,誤差の上限を非常に小さくできることが確認できた.適切なブロックサイズを設定することにより,従来に良く知られている高速なライブラリの関数に対して約1.2倍の計算時間で事前誤差解析による誤差上限を小さくすることが可能となった.よって,浮動小数点演算の誤差解析を用いる精度保証付き数値計算に貢献できる状態になった.問題としては,有向丸めを使用しない精度保証法,行列積に対する区間演算(区間包括)などにすぐに効果を出せる状況である.また,ブロックコレスキー分解の誤差解析とその実装法を,行列の正定値性を保証する精度保証付き数値計算に応用した.事前誤差解析の上限が改良されたことにより,証明に必要な行列に対する負の対角シフト量が小さくなった.これにより,負の平方根を取ることによるコレスキー分解の失敗が起きにくくなるため,正定値性保証付きコレスキー分解が成功しやすくなり,従来の手法よりもより高い条件数を持つ行列まで証明が可能になった.本年度は,数値線形代数の誤差評価の基本である内積の誤差評価とブロック計算の精度保証法への応用を行った.内積の誤差評価に関しては,Unit in the first place (ufp,先頭桁の単位)を用いた丸め誤差評価が2012年に提案されていたが,その丸め誤差評価を改善できた.具体的には,任意の計算順への誤差評価の拡張,サイズが2のときの最適な誤差評価,サイズが小さい場合の誤差上限の改善,任意の長さの入力において成立する誤差評価,Fused Multiply-Addを用いた誤差評価において新たな結果を導出することができた.ここでの成果は論文としてまとめ,投稿を行った.また,ブロック計算の計算機援用証明への応用として,「対称行列の正定値性の証明」と「対称正定値行列を係数行列とする連立一次方程式の数値解の精度保証法」を扱った.ブロックサイズを適切に設定することによる誤差上限の改良により,従来法と比較してより高い条件数の問題まで正定値性の保証や連立一次方程式の数値解の精度保証が可能となった.連立一次方程式の精度保証法については,適用範囲は広くなったが,誤差上限を過大評価する問題が見つかったが,これは適切な残差反復により解決できると考える.また,実装面の問題として,pre-loadとpost-loadを判定する手法も開発した.これにより,ライブラリの実装に合わせて,ブロックを保証することが可能となった.これらの成果は学会にて発表した.現在までに,行列積・LU分解・三角行列を係数とする連立一次方程式,コレスキー分解を扱い,高速なブロック実装と誤差上限の改善を両立させることができた.さらに,計算機援用証明,精度保証付き数値計算への応用も行えたことから「おおむね順調に進展している。」と自己評価を行った.本年度は,ブロックコレスキー分解を中心に,精度保証付き数値計算の応用面を研究した.昨年度までは,実対称行列に対する正定値性の保証にブロックコレスキー分解を導入し,今年度はブロックコレスキー分解を用いた連立一次方程式の数値解の精度保証について取り組んだ.

行列の最小特異値の下限の保証が改善され,従来の精度保証付き数値計算と計算時間がほぼ変わらないまま,より悪条件な問題に対しても精度保証が成功することを定性的に示し,数値実験により具体的な効果を検証した.さらに,ブロックコレスキー分解を用いた残差の解析により,行列への対角シフトの量が改善され,残差反復による近似解の精度の改善が従来法よりも良いことを数値実験により確認した.よって,連立一次方程式の数値解をよりタイトに包含することが可能となった.また,faithful roundingと呼ばれる高信頼な数値計算結果を得る高速な行列・行列積アルゴリズムの設計にブロック行列積計算が非常に役に立つことを示せた.faithful roundingとは,真の値に対して隣接する浮動小数点数のどちらかを計算値を意味する.nを行列のサイズとしたとき,行列・行列積に対する従来の丸め誤差評価はnに比例する量であったが,ブロック計算によってnの平方根に比例する量になったため,faithful roundingを保証するための停止条件が緩和され,計算が速く終了する例を多く確認できた.良条件問題に対して,最大では2倍程度の計算時間の短縮を確認している.悪条件問題に対しては従来法とほぼ同じ計算時間で計算できること確認した.成果の発信としては,国際会議で2回,国内学会で1回の講演を行った.有限桁の数を扱う数値計算では,演算毎に丸め誤差が発生する可能性がある.計算回数が多いとき,丸め誤差は蓄積し,最終的に得る計算結果は不正確になることもある.計算機の能力向上により問題が大規模化すると,丸め誤差の影響はより心配される.本研究課題において,数値線形代数の問題に対して,丸め誤差の影響を抑えつつ,高速に計算できる計算環境を行列積・LU分解・コレスキー分解などに対して構築できた.現在までに,行列積,三角行列の逆行列,LU分解,コレスキー分解のブロック実装とその誤差解析について研究を行った.誤差解析の結果に対しては目標を達成し,速度については従来の高速なライブラリの関数に対して1.2倍程度の時間で動作することができ,こちらもほぼ目標を達成している.精度保証付き数値計算に応用可能な状況であり,順調に研究が進んでいると言える.本年度は研究最終年度になるが,ブロック計算と精度保証法への応用の今までの成果を国際会議で発表するとともに,論文としてまとめて投稿したい.また,マルチコア計算環境におけるブロック計算の高速化を行う.また対称正定値行列を係数とする連立一次方程式の数値解の精度保証法における誤差の過大評価の問題の解決に挑む.数値解析今後は,誤差解析の更なる深化・実装の高速化を推進する.誤差解析に関しては,内積の誤差解析の改良に挑戦する.内積に対する誤差解析は数値線形代数の基本となるが,最新の誤差解析の結果に改良を行えることがわかってきた.よって,この内積の誤差解析の改良を行い,ブロック計算の誤差解析にどのように貢献できるかを議論する.また,8コア以上のCPUや今までに実験を行っていないCPUに対しても,開発しているブロック実装の有効性を検証する.
イネ染色体上に存在する新しいタイプのトランスポゾンの解明

我々は、イネにおいてTA配列に特異的に転移する遺伝子Tnr1(約230bp)とトランスポゾン様配列Tnr2(147bp)を見いだしたが、これらは既知の3つのファミリーに属する植物の転移性遺伝因子とは異なる末端逆向き配列をもっていた。両者ともそれらの大きさから考えて、転移に必須のトランスポゼ-スをコードする自律性因子ではなく、その存在によって転移できるような非自律性因子と考えられた。本研究は、1)構造、転移様式が不明であったTnr2に関して、染色体上の種々の異なる座に存在するメンバーを分離し、構造を解析すること、2)Tnr1およびTnr2両者の自律性因子を分離し、トランスポゼ-スをコードする領域を明らかにすることによって、Tnr1とTnr2が新規のトランスポゾンであることを実証することを目的としたものであり、本年度で得られた結果は次のように要約できる。1.イネO.sativaからtotal genomic DNAをpUC118にクローニングしライブラリーを作成し、Tnr2の塩基配列の一部分に対応するオリゴヌクレオチドをプローブとして、異なる座に挿入されているTnr2のメンバーを運ぶクローンを得、クローン内のfragment中に存在するTnr2の塩基配列及びそれに隣接する配列を決定した。その結果、Tnr2メンバーが互いに良く似た大きさの配列からなること、各座において8bpの標的配列が重複しているがそれらに特異性は無いこと、が分かった。2.Tnr1又はTnr2のコンセンサス配列を基にして、その両端から内側に向かってDNAが伸長させられるようなオリゴヌクレオチドを1組ずつ合成し、それらをプライマーとしてPCRを行い、増幅したfragmentの塩基配列を決定した。得られたものは自律性因子の完全長を持つものではなく部分配列であったが、決定した塩基配列内のエクソンにコードされるアミノ酸配列と既知の転移性遺伝子のトランスポゼ-スのアミノ酸配列とのホモロジーを調べたが、相同なものは存在せず、従ってこれらが予想通り新規の転移性遺伝因子であることが明らかになった。
神経回路網と論理式表現の学習能力の相違

本研究は,神経回路網による表現と論理式表現との相違を明かにすることを目的として,神経回路網がもつ時間の弁別および利用の機構を明かにすると共に,それを用いた学習機構のモデルを明かにした.くわえて,論理式表現の一形式であるペトリネットにおいて,動的に到達できる状態の集合をペトリネットの構造と初期状態から論理的に明らかにできるクラスを定めた.まず,神経回路がそこでの動作信号であるパルスの巾より短い時間差を検出する機構を明かにすると共に,それを用いた並列処理機構を提案し、それがきわめて短い時間で大量の情報処理を行うことを検証した.ついで,神経回路網が自己学習能力をもつためには,多様な試行を生成する機能および多数の試行の中から適切な行動を見いだせる機能,の2つの機能の存在が本質的であることから,これらの機能を実現する機構を,視床,海馬,新皮質系における神経解剖学的知見に基づいて,モデル化し,その動作を検証した.第3部では,論理式表現のクラスの一つであるペトリネットについて,それが到達できる状態の集合を,ネットの構造および初期状態から論理的に明らかにできるクラスを与えた.これにより,神経回路網が実現する学習能力においては,時間の要素が本質的であることが明かとなった.また,論理式表現においては,時間要素を学習機能を形成する形で導入できないことから,両者の学習能力を区分するものが,時間の弁別および利用にあることを明かにした.神経回路網における時間の役割は従来指摘がなかったところである.これを積極的に利用することにより,学習能力がきわめて高い神経回路網を各種の目的に応じて作り出すことが期待できる.本研究は,神経回路網による表現と論理式表現との相違を明かにすることを目的として,神経回路網がもつ時間の弁別および利用の機構を明かにすると共に,それを用いた学習機構のモデルを明かにした.くわえて,論理式表現の一形式であるペトリネットにおいて,動的に到達できる状態の集合をペトリネットの構造と初期状態から論理的に明らかにできるクラスを定めた.まず,神経回路がそこでの動作信号であるパルスの巾より短い時間差を検出する機構を明かにすると共に,それを用いた並列処理機構を提案し、それがきわめて短い時間で大量の情報処理を行うことを検証した.ついで,神経回路網が自己学習能力をもつためには,多様な試行を生成する機能および多数の試行の中から適切な行動を見いだせる機能,の2つの機能の存在が本質的であることから,これらの機能を実現する機構を,視床,海馬,新皮質系における神経解剖学的知見に基づいて,モデル化し,その動作を検証した.第3部では,論理式表現のクラスの一つであるペトリネットについて,それが到達できる状態の集合を,ネットの構造および初期状態から論理的に明らかにできるクラスを与えた.これにより,神経回路網が実現する学習能力においては,時間の要素が本質的であることが明かとなった.また,論理式表現においては,時間要素を学習機能を形成する形で導入できないことから,両者の学習能力を区分するものが,時間の弁別および利用にあることを明かにした.神経回路網における時間の役割は従来指摘がなかったところである.これを積極的に利用することにより,学習能力がきわめて高い神経回路網を各種の目的に応じて作り出すことが期待できる.本年度は,研究計画にしたがって,2つの部分について研究を行った.第1は,神経回路網において,シナプス重みが変化することにより,その神経回路網が表わす論理式表現がどう変化するかを知ることである.まず少数の素子からなる基本的な回路構成である,並列,直列及びフィ-ドバック結合について論理的に検討を行った.その結果,シナプス重みの連続的な微小な変化に対し,それに対応する論理式集合が飛躍的に変化する場合が見出された.特にフィ-ドバック結合にこのような局面が存在するときには,全体に論理式集合の大幅な変化が存在することが観測された.直列,並列,およびフィ-ドバック結合からなる全体の構造と,論理式集合の変化との関連を,論理的に明かにすることは,現在のところできていない.当初の計画のように,大量のシミュレ-ションを行って,領域区分を実験的に求めることから出発せざるを得ないものとおもわれる.第2は,神経回路網表現において,論理式表現では表現できない,手がかりとなる特異的な性質を把握することである.ふくろうとか猫とかでは,音の方向定位のために,左右の耳に達する数マイクロ秒の音のずれを検出することが知られている.神経の応答時間が1ー数ミリ秒であることを考えると,これは特異的な現象である.これに対し,ずれを検出する神経回路網を構成し学習を繰り返したところ,約1ミリ秒の応答速度を持つ神経素子磯を用いて数マイクロ秒を検出できることが示された.これは,論理式集合では本質的に実現できない性質であり,学習における神経回路網と論理式表現との大きな相違が見いだされたといえる.本年度は、神経回路網がもつ時間の弁別および利用の機構を明かにすると共に、それを用いた学習機構のモデルを明かにした。まず、神経回路がそこでの動作信号であるパルスの巾より短い時間差を検出する機構を明かにすると共に、それを用いた並列処理機構を提案し、それがきわめて短い時間で大量の情報処理を行うことを検証した。ついで、神経回路網が自己学習能力をもつためには、多様な試行を生成する機能および多数の試行の中から適切な行動を見いだせる機能、の2つの機能の存在が本質的であることから、これらの機能を実現する機構を、視床、海馬、新皮質系における神経解剖学的知見に基づいて、モデル化し、その動作を検証した。

この結果を昨年度において明かにした、論理式表現のクラスの一つであるペトリネットの、それが到達できる状態の集合をネットの構造および初期状態から論理的に明らかにできる、クラスと比較した。これにより、神経回路網が実現する学習能力においては、時間の要素が本質的であることが明かとなった。また、論理式表現においては、時間要素を学習機能を形成する形で導入できないことから、両者の学習能力を区分するものが、時間の弁別および利用にあることを明かにした。神経回路網における時間の役割は従来指摘がなかったところである。これを積極的に利用することにより、学習能力がきわめて高い神経回路網を各種の目的に応じて作り出すことが期待できる。
3方向外力を受ける鉄筋コンクリート柱・梁接合部の立体的な破壊モデルの構築

鉄筋コンクリート骨組内の柱と梁との交差部(柱・梁接合部)には,三方向外力によって複雑な応力が作用する.この柱・梁接合部の破壊機構として,コアコンクリートの圧壊によるせん断破壊や斜めひび割れの開口による曲げ破壊などが提案されているが未だに定説を得ていない.そこで本研究では接合部内を通し配筋される主筋の付着性能と試験体形状とに注目して,(a)柱幅と梁幅とを同一とした平面柱・梁接合部に正負交番繰り返し載荷あるいは一方向単調載荷する実験(初年度),および(b)立体柱・梁接合部試験体に二方向水平力を正負交番繰り返し載荷する実験(二年度),を実施して柱・梁接合部パネル内のせん断抵抗機構を検討した.以上の実験結果を詳細に検討することによって以下の知見を得た.1)平面十字形柱・梁接合部のせん断破壊は、梁主筋あるいは柱主筋に沿った付着の劣化によって水平あるいは鉛直接合部入力せん断力が低下することにより引き起こされ,同時に層せん断力が低下した.2)接合部入力せん断力を求める際には,危険断面におけるコンクリート圧縮力の分布を考慮することが必要であり,接合部パネル中央付近で圧縮力がお互いに打ち消し合う場合にはこの圧縮力を除去すべきである.3)梁が四方から貫入する立体柱・梁接合部のせん断強度は主筋の付着を絶縁することによって,付着良好の場合と比較して25%低下した.4)梁が三方から貫入する立体柱・梁接合部では,最大強度後のせん断耐力の低下が顕著に生じた.梁の取り付かない面での接合部破壊が進行したためと考えられる.5)接合部内横補強筋のひずみや柱主筋のひずみなどの実験結果から,柱・梁接合部周辺の応力状態の違いが接合部内部の立体的な応力の流れに影響を与えることを指摘した.以上の成果をもとに立体柱・梁接合部の力学特性や破壊性状を再現できる立体的なマクロ・モデルを提案した.このモデルを用いて,立体柱・梁接合部への入力せん断力と層せん断力との関係を検討した.提案したマクロ・モデルの精度や有用性に対する検証は今後の課題である.鉄筋コンクリート骨組内の柱と梁との交差部(柱・梁接合部)には,三方向外力によって複雑な応力が作用する.この柱・梁接合部の破壊機構として,コアコンクリートの圧壊によるせん断破壊や斜めひび割れの開口による曲げ破壊などが提案されているが未だに定説を得ていない.そこで本研究では接合部内を通し配筋される主筋の付着性能と試験体形状とに注目して,(a)柱幅と梁幅とを同一とした平面柱・梁接合部に正負交番繰り返し載荷あるいは一方向単調載荷する実験(初年度),および(b)立体柱・梁接合部試験体に二方向水平力を正負交番繰り返し載荷する実験(二年度),を実施して柱・梁接合部パネル内のせん断抵抗機構を検討した.以上の実験結果を詳細に検討することによって以下の知見を得た.1)平面十字形柱・梁接合部のせん断破壊は、梁主筋あるいは柱主筋に沿った付着の劣化によって水平あるいは鉛直接合部入力せん断力が低下することにより引き起こされ,同時に層せん断力が低下した.2)接合部入力せん断力を求める際には,危険断面におけるコンクリート圧縮力の分布を考慮することが必要であり,接合部パネル中央付近で圧縮力がお互いに打ち消し合う場合にはこの圧縮力を除去すべきである.3)梁が四方から貫入する立体柱・梁接合部のせん断強度は主筋の付着を絶縁することによって,付着良好の場合と比較して25%低下した.4)梁が三方から貫入する立体柱・梁接合部では,最大強度後のせん断耐力の低下が顕著に生じた.梁の取り付かない面での接合部破壊が進行したためと考えられる.5)接合部内横補強筋のひずみや柱主筋のひずみなどの実験結果から,柱・梁接合部周辺の応力状態の違いが接合部内部の立体的な応力の流れに影響を与えることを指摘した.以上の成果をもとに立体柱・梁接合部の力学特性や破壊性状を再現できる立体的なマクロ・モデルを提案した.このモデルを用いて,立体柱・梁接合部への入力せん断力と層せん断力との関係を検討した.提案したマクロ・モデルの精度や有用性に対する検証は今後の課題である.鉄筋コンクリート立体柱・梁接合部の破壊メカニズムを解明するための予備段階として、平面柱・梁接合部試験体を用いた実験を行なった。試験体は縮尺を1/2程度とした平面十字形柱・梁部分架構6体である。柱・梁接合部パネル内の応力の流れをできるだけ簡単なものとするために、柱幅および梁幅を同一として、柱軸力は加えなかった。実験変数は加力履歴、接合部横補強筋量および柱・梁接合部内を通し配筋される主筋の付着性状である。接合部パネルに一方向の斜めせん断ひびわれのみが生じた場合の破壊性状を検討するため、1体に一方向単調載荷した。接合部内主筋の付着を良好なものにするために、梁主筋に鉄筋を溶接して主筋表面積を増大させた。また、接合部回りの応力状態を変化させるために、梁端部に生じる塑性ヒンジ領域を梁部材内部に移動させた試験体(Relocated Hingeと呼ぶ)を作製した。接合部横補強筋が破壊機構に与える影響を検討するため、極端に横補強筋量を増やした試験体を設定した。実験は終了した直後であるので、今後、実験結果の検討などを実施する。

本研究に関連して、コンクリートなどの材料実験に必要となる荷重計を新たに購入した。上記の実験と平行して、昨年度に実施した立体柱・梁接合部実験の結果を詳細に検討するとともに、来年度実施予定の立体柱・梁接合部試験体(4面に梁が貫入する内・柱梁接合部2体)の実験変数の選定を行なった。立体柱・梁接合部試験体4体を作製して、水平2方向力および鉛直力を与える静的実験を行った。実験変数は柱・梁接合部回りの応力状態および柱・梁接合部の形状とした。すなわち、梁主筋を多段に配筋する、あるいは梁主筋を上下1段のみに配することによって接合部回りの応力状態を操作した。また、柱の4面から梁が貫入する(主方向・直交方向ともに十字形となる)場合と3面から梁が貫入する(主方向は十字形であるのに対して直交方向はト形となる)場合とを対象とした。試験体は実物の約1/2スケールである。柱・梁断面は当研究機関における既往の実験との連続性を考慮して、梁断面は250mm×350mm、柱断面は350mm×350mmとした。梁部材から接合部への力の流れを単純化するため、および柱・梁接合部の破壊を観察しやすくするため、床スラブは付けなかった。接合部破壊を詳細に追跡することを目的として、接合部コア・コンクリートの局所的な変形状態、接合部パネル全体の変形性状などを測定するために、試験体の柱・梁接合部にはコンクリート埋め込みゲージを設置するとともに高精度変位計を取り付けた。柱・梁主筋や接合部横補強筋のひずみを詳細に測定した。実験では一定圧縮軸力下での水平2方向載荷を実施するが、その際の加力経路として柱頭の描く軌跡が8の字となるような載荷履歴を採用した。これはある方向の柱頭水平変位を一定に保持したまま、他方向に水平加力することによって、2方向水平力載荷が柱・梁接合部の破壊過程に与える影響を明瞭に調査することが可能になるためである。なお、試験体に接触することなく柱頭の水平変位を測定するために、レーザー変位計1台を新規に購入した。実験では、想定通り2方向水平力によって接合部せん断破壊が発生した。接合部コア・コンクリートのひずみ状況、梁付け根のコンクリートの応力状態、梁主筋および柱主筋の付着性能などを詳細に橦討することによって、立体柱・梁接合部のせん断破壊のメカニズムを検討した。また、圧縮軸力と2方向水平力を受ける立体柱・梁接合部のせん断強度を定量的に評価する方法を考察した。鉄筋コンクリート骨組内の柱と梁との交差部(柱・梁接合部)には,三方向外力によって複雑な応力が作用する.この柱・梁接合部の破壊機構として,コアコンクリートの圧壊によるせん断破壊や斜めひび割れの開口による曲げ破壊などが提案されているが未だに定説を得ていない.そこで本研究では接合部内を通し配筋される主筋の付着性能と試験体形状とに注目して,(a)柱幅と梁幅とを同一とした平面柱・梁接合部に正負交番繰り返し載荷あるいは一方向単調載荷する実験(初年度),および(b)立体柱・梁接合部試験体に二方向水平力を正負交番繰り返し載荷する実験(二年度),を実施して柱・梁接合部パネル内のせん断抵抗機構を検討した.以上の実験結果を詳細に検討することによって以下の知見を得た.1)平面十字形柱・梁接合部のせん断破壊は、梁主筋あるいは柱主筋に沿った付着の劣化によって水平あるいは鉛直接合部入力せん断力が低下することにより引き起こされ,同時に層せん断力が低下した.2)接合部入力せん断力を求める際には,危険断面におけるコンクリート圧縮力の分布を考慮することが必要であり,接合部パネル中央付近で圧縮力がお互いに打ち消し合う場合にはこの圧縮力を除去すべきである.
土壌生態系におけるアニオン型重金属の挙動とその環境への影響

我々は表記の課題について土壌学,土壌微生物学,植物栄養学,分析化学の立場からの学際的研究を行なった。1.重金属アニオン(モリブデン酸、クロム酸)の土壌無機膠質との反応を明らかにする目的で、結晶度の異なる鉄・アルミニウム水和酸化物を人工的に合成し、これに対する吸着をしらべたところ、吸着は溶液のpHが低下するにつれて増加したが、吸着の強さは水和酸化物の結晶度によってことなること、また吸着は配位子交換反応によることを明らかにした。2.土壌に負荷されたクロム酸と土壌有機物との相互作用について検討したところ、100ppm以上のクロム酸は土壌有機物の無機化を明らかに抑制するが、3価クロム(カチオン)は影響しないこと、またクロム酸は土壌有機物によって還元され、濃度が2030ppmに低下すると、土壌有機物の無機化が活発になることを明らかにした。3.土壌微生物のフロラおよび活性に対する各種重金属アニオンの影響をしらべたところ、Azotobacterなどの土壌有用細菌にくらべて、植物病原性糸状菌は重金属アニオンとくにクロム酸につよく、クロム汚染土壌では、土壌微生物相の悪化の危険性のあることをみいだした。4.レッドクローバとイタリアンライグラスを供試し、重金属アニオンの吸収および生育に与える影響を比較検討したところ、モリブデン酸はもっとも多く吸収され(1000ppm)、しかも生育低下は少なかった。これに対してクロム酸、バナジン酸の地上部への吸収は少なかった(100ppm)が、クロム酸による生育低下は著しく、一方バナジン酸はほとんど生育に影響をおよぼさなかった。5.亜金属であるヒ素の2つのイオン形態の毒性を種子根法で比較したところ、ヒ酸と競合するリン酸の共存濃度が低いときは、亜ヒ酸よりヒ酸毒性の方が強いことをみいだした。6.土壌、植物試料中の微量のV、Mo、W、Crの微量定量に液体クロマトグラフィーを応用する方法を確立した。
シリコン基板上3C-SiC薄膜の低温成長

3C-SiC結晶とSi基板の間に約20%の格子ミスマッチと約8%の膨張係数の差が存在するため、Si基板上で成長したSiCには多くの結晶欠陥が含まれている。更にSi基板は1000°C以上の温度でロスしはじめるため、Si基板上に高品質なSiC結晶の成長には多くの問題を解決しなければならない。これまでSi基板表面の炭化法やSiCバッファ層などが応用されましたが、Sic/Si界面が形成される限り以上の問題は完全に解消できない。最近、SiGeC材料は、Ge/Si界面におけるバンド構造や応力などの調整に有効であることが報告されている。Si、Ge、C原子には原子径や結合長さや結合強度などに大きな差があるため、SiC/Si界面の応力吸収にも有効であることは考えられる。たとえば、Si基板上においてSiC結晶を成長する場合、C原子はSi基板内部に拡散し、Ge原子はSiC結晶内部に拡散すれば、Si格子は圧縮されSiC格子は膨張されるので、SiC/Si界面の応力は緩和されると期待できる。本研究では、約600°CのSi(100)基板表面に水素プラズマスパッタリング法でGe_<1-0.63>C_<0.63>バッファ層を作製し、基板温度を850°Cまで上げSiC結晶膜を成長した。バッファ層の厚さを変えながらSiC結晶性質に対するバッファ層の影響を調べた。実験結果によると、バッファ層の厚さはSiC膜の結晶性に強い影響を与え、薄いと厚い両極端では良い結晶性が得られず、約5nmの厚さでは高い結晶性を持つSiCが生成される。更に水素プラズマの利用によって膜成長の前駆体としてのSiやCのラジカルはプラズマに活性化され、SiCの結晶化温度が下がり850°C程度の基板温度で3C-SiC結晶膜の成長は可能であると判った。本年度の実験では、水素プラズマパッタリング法で700°C程度のシリコン基板上に3C-SiC薄膜の結晶成長は可能であることを判明しました。温度をもっと上げればエピタキシャル成長も実現できる。しかし、薄膜の性質は作製条件に強く依存し、高品質の薄膜を成長するために次に挙げる問題点を解決しなければならない。・成長の初期段階ーSiCとSiとの格子定数の差が20%があり、薄膜成長の初期段階に応力の作用で一旦成長した膜が潰れて粒子状になる。これはエピタキシャル成長に大きな障害である。我々の実験結果によると、この粒子状膜の成長活性化エネルギーが低く、簡単に形成されてしまう。・薄膜中応力の存在ーSiCとSiとの膨張係数の差が約8%があり、成長した薄膜の歪は約1.5%である。この歪の積み重ねによって、双晶や転位や積層欠陥など薄膜中に各種の欠陥が導入される。・酸素不純物の混入ー酸素は不純物として混入する場合、SiC薄膜の結晶成長に大きな影響を与える。酸素混入のルートとして雰囲気と基板から二つのケースがある。現段階に使用している装置においてはどっちでも無視できない存在である。雰囲気からの酸素は直接膜に混入し、基板からの酸素は基板表面付近に空洞などを形成する。・CとSiのロスー薄膜成長中に膜中のCが基板に拡散する。Cが基板中での存在状態は入れ替えと格子間原子の2種類がある。これは薄膜と基板のマーチングを破壊し結晶欠陥を導入する。以上の結果から、SiC薄膜成長初期段階の制御、雰囲気と基板からの酸素の混入、成長中原子の拡散などについては、何らかの措置を取らなければならない。