hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
へガード分解を利用したねじれノビコフホモロジ-の計算,応用

ホモロジカリーファイバー結び目に焦点を当て,様々な不変量の具体的計算を行った.ホモロジーシリンダーがなすモノイドのアーベル商が有限生成でないことを, suturedフロアーホモロジーを使って証明した.ねじれノビコフホモロジ-の計算をhalf-transversal gradientflowに付随するヘガード分解で行おうとすると,ある条件を満たさねばならないことが判明した.ジョンソン準同型を使い,ホモロジカリーファイバー結び目がファイバー結び目からどの程度離れているかを表す尺度となる量J(K)を定義した.そして,ファイバー結び目でないにもかかわらずJ(K)=∞となるホモロジカリーファイバー結び目が無限個存在することを証明した.ホモロジカリーファイバー結び目に焦点を当て,様々な不変量の具体的計算を行った.ホモロジーシリンダーがなすモノイドのアーベル商が有限生成でないことを, suturedフロアーホモロジーを使って証明した.ねじれノビコフホモロジ-の計算をhalf-transversal gradientflowに付随するヘガード分解で行おうとすると,ある条件を満たさねばならないことが判明した.ジョンソン準同型を使い,ホモロジカリーファイバー結び目がファイバー結び目からどの程度離れているかを表す尺度となる量J(K)を定義した.そして,ファイバー結び目でないにもかかわらずJ(K)=∞となるホモロジカリーファイバー結び目が無限個存在することを証明した.ホモロジーシリンダーを結び目補空間にもつ結び目:HomologicalFibered knotに焦点を当て,様々な不変量の具体的計算を行った.Homo logical Fibered knotのうち,Fibered knotでない結び目は交点数12の結び目から現れ,交点数が12のものは13個ある.この13個の結び目の補空間のマグナス表現から得られる不変量,トーション不変量およびジョンソン-森田準同型写像から得られる不変量の計算に成功した.その結果,これらの非ファイバー性がこれらの不変量いずれによっても判定出来ることがわかった.特にジョンソン-森田準同型写像については,その第2準同型のみで判定できたことは少々意外であった.これらの計算の一部はコンピュータを使った計算によってなされた.これらの不変量の具体的計算例は極めて少なく,今後この分野の発展には欠かせない具体的例が得られたと考えている.これらの結果は今現在,論文にまとめているところである.また,ホモロジーシリンダーがなすモノイドのアーベル商が有限生成でないことを,suturedフロアーホモロジーを使って証明した.写像類群のそれが一般に自明であることから,ホモロジーシリンダーのモノイドが写像類群と比較して非常に大きいことが判明した.Suturedフロアーホモロジーの写像類群に関わる問題への応用は世界的にみて初めてであると思われる.この成果についてはすでに論文にまとめ投稿中である.これらの結果を6月にカリフォルニア大学デービス校で行われた国際会議,9月に大阪大学で行われた日本数学会,3月に広島で行われた研究集会にて発表した.ねじれノビコフホモロジーの計算をこれまで考察していたタイプのヘガード分解で行おうとすると、ある条件を満たさねばならないことが判明した。この条件は、「空間内のあるループに対応する基本群の元の表現が自明になる」というものである。海外共同研究者であるナント大学教授アンドレイパジトゥノフ博士と連絡を取りながら、三次元球面内の結び目補空間でこの条件を満たす具体例を探したが、発見されるものは可換表現に対応するものばかりであり、'ねじれ'ノビコフホモロジーの本質を含むものは見つけられなかった。この条件がどの程度本質的なものなのか、三次元球面内でなく一般の多様体ならこの条件を満たす非可換表現が存在するのか、という問題が残った。ジョンソン準同型を使い、ホモロジカルファイバー結び目がファイバー結び目からどの程度離れているかを表す尺度となる量J(K)を定義した。この量は2以上の自然数の値をとり、小さい程ファイバー結び目と離れていることを表す指標である。Kがファイバー結び目のときはJ(K)=∞となる。本年度の研究にて、ファイバー結び目でないにもかかわらずJ(K)=∞となるホモロジカルファイバー結び目が無限個存在することを証明した。さらに任意の自然数kに対して、J(K)=kとなる結び目が存在することも判明した。5月に国際研究集会「Knots,Contact Geometry and Floer Homology」を組織運営した。非常に実りの多い研究集会だったと評価している。さらに、上述の結果について、日本大学、大阪電気通信大学にて研究発表を行いレビューを受けた。昨年度の研究にて,ねじれノビコフホモロジーの計算をhalf-transversal gradientflowに付随するヘガード分解で行おうとすると,ある条件を満たさねばならないことが判明した.これについて今年度も研究を続けた.ジョンソン準同型写像を用いホモロジカリーファイバー結び目Kがどの程度ファイバー結び目から離れているかを示す尺度となる量J(K)を定義し,具体的な計算を行い,得られた結果を9月に信州大学で行われた日本数学会トポロジー分科会,3月にフランス・ナント大学でのセミナー「Seminaire de Topologie, Geometrie et Algebre」,同じく3月に東京工業大学で行われた国際研究集会「Tokyo Workshop on Low-dimensional Topology」で発表した.これらの結果を論文にまとめるにあたり,ホモロジカリーファイバー結び目に対する局所変形の系統的解釈およびジョンソン準同型の像の自由生成リー代数の整理が必要なことがわかった.11月に国際集会「Circle valued Morse theory and Alexander invariants」を東京大学で,1月に鹿児島大学にて研究集会「接触構造・特異点・微分方程式およびその周辺」という研究集会を主催した.

いずれも研究課題に関わる研究の最新情報の収集に役立った.ハンドル数に関する最近の研究を勉強し2月に上越教育大学でのトポロジーセミナーで報告を行った.研究課題に関わる研究を行っている研究者を11月に東京農工大学に招へいしセミナーを行った.
免疫反応の制御をめざしたウイルスベクターによる抗体医薬開発のための基礎研究

本研究では、自己免疫疾患治療、ガンなどの治療に重点をおいた抗体医薬の開発とその遺伝子治療への応用を目的に、補助刺激分子に特異的なヒト抗体(阻害抗体)遺伝子を発現するウイルスベクターによるT細胞応答の制御効果を評価することを試みた。本研究で、すでに、抗CD86抗体、抗B7RP-1抗体、抗HMGB-1抗体などをヒト抗体ファージディスプレイライブラリから単離し、その抗原との結合活性を詳細に検討した。抗CD86抗体、抗B7RP-1抗体は、その抗原である抗原提示細胞に存在するCD86、B7RP-1に結合し、カウンターレセプターとの相互作用をブロックすることで、免疫抑制効果をもつことを明らかにした。一方で、抗HMGB-1抗体については、ガンや敗血症において、致死的因子として近年注目されているHMGB-1の炎症性機能をブロックする目的でいくつかの特異的な抗体を単離したが、未だ、HMGB-1の炎症性サイトカインの機能を阻害するところまでには至っていない。これらの抗体遺伝子を免疫系のあるいは血管内内皮系の細胞にウイルスベクターにより導入発現させ、免疫制御や炎症の制御を行う実験を試みた。実際にセンダイウイルスベクターにGFP遺伝子を搭載して、細胞に感染後その細胞内での発現がおこることは確認した。しかしながら、抗体遺伝子(単鎖Fv抗体)をセンダイウイルスベクターに搭載し、細胞外への分泌発現並びに発現された抗体による免疫制御活性の測定を試みたが、満足の行く結果は得られなかった。以上の結果から、発現される単鎖Fv抗体の発現量と安定性に問題があると考えられ、ウイルスベクターで動物細胞に発現させた場合、発現量が高く安定で力価の高い単鎖Fv抗体への変換が必要であり、現在引き続き、研究を行っている。アレルギーやリュウマチなどの自己免疫疾患は、免疫反応の正常な維持監視機構の破綻により、引き起こされる。このような病態では、抗炎症療法とともに、免疫反応とりわけT細胞の活性化の制御(抑制)が、その治療に有効である。ガンやエイズにおける予防、治療のためのワクチン開発でも、ワクチンの有効性を高めることにおいて、免疫応答の制御は非常に重要な課題である。本研究の目的は、自己免疫疾患治療、ガンやエイズの有効なワクチン開発に重点をおいた抗体医薬の遺伝子治療への応用を目標に、補助刺激分子に特異的なヒト抗体(阻害抗体)による免疫応答制御の効果を詳細に検討し、その抗体遺伝子を搭載したウイルスベクターによるT細胞応答の制御を評価することである。そこで、本研究では、抗体による免疫細胞への標的化と補助刺激シグナル制御の機構を詳細に検討することで、T細胞、B細胞、抗原提示細胞の免疫応答をコントロールするシステムを確立することを目指した。すなわち,ファージ抗体ライブラリから単離した阻害抗体による補助刺激シグナルの変化とその免疫応答への影響を,ヒト抹消血リンパ球(PBMC)を用いたT細胞増殖試験、抗体産生試験、サイトカイン産生、CTL(細胞障害性Tリンパ球)活性によって検討した。次に、抗体遺伝子を搭載したセンダイウイルスベクターを構築、感染させ、分泌される補助刺激分子に特異的な抗体による抗原による免疫時の免疫応答の解析を行うことを試みた。しかし、センダイウイルス感染後の動物細胞で目的の抗体の十分な産生が見られず、種々検討したが当初の目的が達成できなかった。発現が低い理由として、導入したヒト抗体の安定性に原因があることが示唆された。よって、今後は、抗体の蛋白工学的な改変による安定化の方策を視野に入れながら、研究を進めていくこととした。ガンやエイズの予防、治療のためのワクチン開発でも、ワクチンの有効性を高めることにおいて、免疫応答の制御は非常に重要な課題である。我々は、特にT細胞を介した免疫反応の制御によるこれらの病態の予防・治療を目指し、独自で構築したヒト抗体を提示するファージライブラリを用いて、T細胞の活性化ならびに抑制に重要な補助刺激分子に対する新規抗体医薬の研究を行ってきた。本研究では、自己免疫疾患治療、ガンやエイズの有効なワクチンに重点をおいた抗体医薬の開発とその遺伝子治療への応用を目標に、補助刺激分子に特異的なヒト抗体(阻害抗体)遺伝子を発現するウイルスベクターによるT細胞応答の制御効果を評価する。すでに、いくつかの補助刺激分子抗体遺伝子の単離は、完了した。本年度は、抗CD86単鎖Fv抗体遺伝子をセンダイウイルスに組み込んだウイルスベクターを作製し、その動物細胞への感染、抗体遺伝子の発現を行い、発現を確認した。しかし、その発現量、検出方法に問題があり、現在、その改良を行つている。この点を解決しつつ、発現した抗体の力価、実際の補助刺激シグナルに対するアンタゴニスト活性を評価している。

一方で、抗HMGB-1抗体については、ガンや敗血症において、致死的因子として近年注目されているHMGB-1の炎症性機能をブロックする目的でいくつかの特異的な抗体を単離したが、未だ、HMGB-1の炎症性サイトカインの機能を阻害するところまでには至っていない。これらの抗体遺伝子を免疫系のあるいは血管内内皮系の細胞にウイルスベクターにより導入発現させ、免疫制御や炎症の制御を行う実験を試みた。実際にセンダイウイルスベクターにGFP遺伝子を搭載して、細胞に感染後その細胞内での発現がおこることは確認した。しかしながら、抗体遺伝子(単鎖Fv抗体)をセンダイウイルスベクターに搭載し、細胞外への分泌発現並びに発現された抗体による免疫制御活性の測定を試みたが、満足の行く結果は得られなかった。以上の結果から、発現される単鎖Fv抗体の発現量と安定性に問題があると考えられ、ウイルスベクターで動物細胞に発現させた場合、発現量が高く安定で力価の高い単鎖Fv抗体への変換が必要であり、現在引き続き、研究を行っている。
政治経験の共有と利用:1920年代前半のハンガリー系亡命者と「1918年10月」

本研究課題は、1918年10月末にハンガリーで起きた共和主義革命(1919年3月)で成立したカーロイ・ミハーイ政権の参加者が、1919年夏から1920年代前半までの亡命政治活動の中で同政権での経験を「十月主義者」として共有しながらも、その「十月」の名を相異なる政治的意図で利用した状況を明らかにすることを目指している。本年度は、博士論文の執筆に取り組む傍ら、前年度に引き続いて、1920年後半のウィーンとブラチスラヴァにおけるハンガリー人の政治活動に関してハンガリーの領土修正主義者と共産主義者を中心に整理すること、ならびにユーゴスラヴィア軍占領地域におけるハンガリー系社会主義者・共産主義者の活動について論じること、以上二つの課題について具体的な研究成果の公表を目指した。ユーゴスラヴィア軍占領地域におけるハンガリー系社会主義者・共産主義者の活動については、カーロイ・ミハーイ政権への参加者が「1918年10月」の名を政治的に利用する際に、パリ講和会議主導で設定された戦間期中東欧の国際体制に対するオルタナティブを強く意識していたことを確認することができた。1920年後半のウィーンとブラチスラヴァにわける亡命ハンガリー系左派政治家・知識人の政治活動に関しては、亡命ハンガリー系左派政治家・知識人がパリ講和会議主導で設定された戦間期中東欧の国際体制への対案を提示しようと模索した点を明らかにすることを試みた。同時にこの報告では、彼らが第一次世界大戦後の国境変動の中でハンガリー・人左派亡命者としての協力関係を築くことを目指しながちも、多様な政治背景から政治情勢の影響を受けることで次第に派閥が形成され、その分断によって最後まで統一した亡命者組織の形成には至らなかったことを指摘した。特に、ブラチスラヴァ他のスロヴァキア地域の都市部における共産主義運動の伸張と、当時のハンガリー国内における反革命的な政権による領土修正工作に対するチェコスロヴァキア政府やオーストリア政府の対応は、亡命者の活動に重要な影響をもたらした。中欧全体における共産主義運動の伸張とハンガリー国内の政治状況が亡命者の政治活動にもたらした影響については、平成25年3月前半に2週闇程度ブダペストに滞在して追加で文献調査を行った。博士論文を書き上げる上での基本的な調査を済ませ、本論の基礎となる投稿論文等は概ね書き上げることができたから。また、投稿論文の修正の過程で認識した「パリ講和会議主導で設定された戦間期中東欧の国際体制に対するオルタナティブ」という視角を採り入れることで、博士論文の議論を整理できる見通しが付けられた点でも成果を上げることができたと考えている。本研究課題の遂行によって、博士論文を書き上げる上での基本的な調査を済ませ、本論の基礎となる投稿論文等は概ね書き上げることができた。今後はこれらの原稿を博士論文の形にまとめる作業に専念し、平成25年度の早い段階で博士論文を提出することを目指している。カーロイ・ミハーイ政権への参加者が「1918年10月」の名を政治的に利用する際には、パリ講和会議主導で設定された戦間期中東欧の国際体制に対するオルタナティブを強く意識していたことが本年度内の研究で明らかとなったが、この視角も博士論文の主軸として組み込む計画である。本年度は、1920年後半のウィーンとブラチスラヴァにおけるハンガリー人の政治活動に関してハンガリーの領土修正主義者と共産主義者を中心に整理することと、ユーゴスラヴィア軍占領地域における社会主義者・共産主義者の活動についての各地のネットワークの概要を把握すること、以上の二点を目標とした。1920年後半のウィーンとブラチスラヴァにおけるハンガリー人の政治活動については、ブラチスラヴァにおけるチェコスロヴァキア社会民主労働者党の党員がオーストリアやハンガリー出身の社会主義者の影響を受けて1920年には共産主義に強く傾倒し、更に同党内のハンガリー系党員の間では政府寄りの穏健派と急進派が対立したことが判明した。ユーゴスラヴィア軍占領地域における社会主義者・共産主義者の活動については、社会主義の期待と政治的影響力の回復を意識して1920年夏以降にカーロイらが彼らへの関心を強める過程を調査した。両者の関係構築の詳細に踏み込んだ先行研究は限られ、本研究は第一次世界大戦直後の中欧における国際関係の多面的理解への貢献が期待できる。更に研究を進める過程で、歴史的領土の認識といわゆる市民社会理念の両側面がハンガリー・ナショナリズムの特徴であることも当初の研究計画に加えて議論した。この研究成果は論文の形で発表すると共に、ナショナリズムとそれが構築する郷土イメージとの相互関係について日本の事例も含めて考察した口頭発表も行った。この成果は現在執筆中の博士論文にも取り入れる予定である。

本年度は、博士論文の執筆に取り組む傍ら、前年度に引き続いて、1920年後半のウィーンとブラチスラヴァにおけるハンガリー人の政治活動に関してハンガリーの領土修正主義者と共産主義者を中心に整理すること、ならびにユーゴスラヴィア軍占領地域におけるハンガリー系社会主義者・共産主義者の活動について論じること、以上二つの課題について具体的な研究成果の公表を目指した。ユーゴスラヴィア軍占領地域におけるハンガリー系社会主義者・共産主義者の活動については、カーロイ・ミハーイ政権への参加者が「1918年10月」の名を政治的に利用する際に、パリ講和会議主導で設定された戦間期中東欧の国際体制に対するオルタナティブを強く意識していたことを確認することができた。1920年後半のウィーンとブラチスラヴァにわける亡命ハンガリー系左派政治家・知識人の政治活動に関しては、亡命ハンガリー系左派政治家・知識人がパリ講和会議主導で設定された戦間期中東欧の国際体制への対案を提示しようと模索した点を明らかにすることを試みた。同時にこの報告では、彼らが第一次世界大戦後の国境変動の中でハンガリー・人左派亡命者としての協力関係を築くことを目指しながちも、多様な政治背景から政治情勢の影響を受けることで次第に派閥が形成され、その分断によって最後まで統一した亡命者組織の形成には至らなかったことを指摘した。特に、ブラチスラヴァ他のスロヴァキア地域の都市部における共産主義運動の伸張と、当時のハンガリー国内における反革命的な政権による領土修正工作に対するチェコスロヴァキア政府やオーストリア政府の対応は、亡命者の活動に重要な影響をもたらした。中欧全体における共産主義運動の伸張とハンガリー国内の政治状況が亡命者の政治活動にもたらした影響については、平成25年3月前半に2週闇程度ブダペストに滞在して追加で文献調査を行った。当初の研究計画を進められただけでなく、当初の計画には含まれていなかったテーマとしてハンガリー・ナショナリズムが18世紀末の啓蒙思想の影響から市民社会を基盤とする国民国家を理想として、カルパチア盆地を中心とする第一次世界大戦末期までの歴史的領土を想定してきたことを考察する必要性を見出すことができ、それを更に具体的な研究成果として発表することができたため。博士論文を書き上げる上での基本的な調査を済ませ、本論の基礎となる投稿論文等は概ね書き上げることができたから。また、投稿論文の修正の過程で認識した「パリ講和会議主導で設定された戦間期中東欧の国際体制に対するオルタナティブ」という視角を採り入れることで、博士論文の議論を整理できる見通しが付けられた点でも成果を上げることができたと考えている。採用2年目(最終年度)は引き続き博士論文の完成を最大の目標として研究を進める。また本年の研究課題で得られた成果も学術論文の形で公表することを目指す。その際には、チェコスロヴァキアやユーゴスラヴィア軍占領地域の内部でのハンガリー系社会主義者・共産主義者の政治活動の違いを意識したい。なお、本年度の研究計画に追加して得られた成果である領域認識と政治理念からハンガリー・ナショナリズムを分析する視点は、現在執筆中の博士論文の序章で問題設定や議論の枠組みとして提示する予定である。本研究課題の遂行によって、博士論文を書き上げる上での基本的な調査を済ませ、本論の基礎となる投稿論文等は概ね書き上げることができた。今後はこれらの原稿を博士論文の形にまとめる作業に専念し、平成25年度の早い段階で博士論文を提出することを目指している。
シリコンカーバイドフォトニック結晶の開発

ワイドギャップ半導体であるSiCを用いたフォトニック結晶を実現し、Siフォトニック結晶では不可能な領域へその応用を拡張することに成功した。具体的には二光子吸収の完全抑制によるSiの100倍以上の高密度光を取り扱える光デバイス、光通信波長帯から可視光までを同一チップで取り扱える光回路、コンパクトな高調波発生デバイス等を実現した。また、Siと比較して動作波長変動の温度依存性が1/3程度に抑制できることも示した。フォトニック結晶微小共振器の良さの指標であるQ値については1万4千程度の値を達成したが、これは材料限界ではなく、今後さらに最適化できると期待される。本年度は(i)SiCフォトニック結晶の設計・構造最適化、(ii)SiCOI基板に対して光通信帯域のフォトニック結晶を形成するためのナノ構造加工技術を確立、(iii)光ナノデバイスに適したSiCOI基板の作製技術の確立に取り組んだ。(i)SiCフォトニック結晶の設計・構造最適化:基本構造として光学的厚さが波長の数分の1程度のSiCスラブ(薄板)に対して空気孔が三角格子状に周期的に形成されたフォトニック結晶スラブを用いた。SiCの屈折率は赤外域で2.5程度と通常のフォトニック結晶の構成材料であるSiの屈折率3.4程度と比較すると小さいことを考慮してPBG帯域が最大化するように構造を最適化した。また光導波路の伝搬帯域およびナノ共振器構造のQ値を最大化できる構造を探索した。その結果、伝搬帯域100nm以上、Q値1000万以上という設計値を得ることができた。(ii)SiCナノ構造加工技術の確立:現有のSiCOI基板に対して金属マスクを用いて(i)で検討した構造を形成するプロセスを確立した。様々なプロセス段階の最適化を行ったが、特に金属マスクからSiC層への転写を行うためのプラズマエッチングの条件が重要であった。ガス種の混合割合、流量、チャンバー圧力そしてプラズマのシース電圧変更等の条件を詳細に検討した。その結果、特性に最も大きく影響を与える穴側壁の垂直性において86度以上という高い値を得ることができた。(iii)SiCOI基板作製技術の確立:基板メーカの協力を得て、本研究に適したSiCOI構造(SiC/SiO2/Si構造)の作製を行った。京都大学側で高品質なバルクSiC基板およびベースとなるSi基板を購入し、SiO2の形成および貼り付けを行い、熱処理によって薄膜層を残してSiC基板を剥離するという工程に関して、様々な条件を最適化した。その結果、最終的にSiCOI構造を作製することに成功した。本年度は(a)光通信帯域におけるSiCフォトニック結晶共振器のさらなる低損失化、および(b)可視光広帯域で動作するSiCフォトニック結晶の実現に取り組んだ。以下にその成果の概要を示す。(a)光通信帯域におけるSiCフォトニック結晶共振器のさらなる低損失化昨年度Q値10,000程度の共振器を作製することに成功した。今年度はまず、フォトニック結晶導波路の横にドロップ効率の低い共振器を長手方向等間隔に配置して、共鳴光を入れた際のドロップ光強度を観測した。これにより、導波路端での結合のばらつきの影響を回避して、伝搬損失を正確に測定することが出来た(10/cm程度)。その結果、SiC材料の吸収損失が現状のQ値を決定していることが明らかになった。さらにフォトルミネッセンス測定によりSiCOI基板のみで光通信波長帯において多くの欠陥起因の発光が見られることがわかった。これは、SiCOI作製時に必須の水素イオン打ち込み工程によるものと考えられため、ダメージ回復のため1400°C程度の温度でアニーリングを行ったところ最大でQ値14000の試料が得られた。(b)可視広帯域で動作するSiCフォトニック結晶の実現光通信帯域可視広帯域で動作するフォトニック結晶を実現するために、格子定数を150nmから600nmと広い範囲に設定し、点欠陥共振器および導波路の作製を試みた。これまで培った技術を適用することにより、150nmの格子定数であっても良好なフォトニック結晶構造の作製に成功した。スーパーコンティニュアム光源を導波路に導入し、共振器からののドロップ光を分光器で観察した結果、それぞれ格子定数に応じて共鳴波長550nmから1450nm程度の超広帯域での多波長分波動作を実証することが出来た。分波波長と格子定数の関係はSiCの屈折率の波長依存性を考慮すると非常に良く一致した。本年度は(a)光通信帯域においてSiCフォトニック結晶共振器のQ値を1万程度まで増大させ、(b)実現したQ値のある程度高いSiCフォトニック結晶のハイパワー光に対する耐性を実証することに取り組んだ。

(a)昨年度確立したSiCナノ加工技術を用いて共振器と励起用導波路を備えた2次元フォトニック結晶スラブを作製した。その構造としては昨年度検討した導波路をベースとしたダブルヘテロ構造共振器を用い、動作波長が光通信帯域となるように各領域の格子定数を540nmおよび550nmとした。光学測定の結果、この構造において、中心波長1559nm、半値幅0.15nm程度の共振スペクトルが観測された。この結果は、Q値1万程度のSiC光ナノ共振器が実現できたことを示しており、これによりSiCにおいてもある程度の高Q値ナノ共振器が作製可能であることを実証できた。(b)通常のSi光ナノ共振器においては、光通信波長帯域の強い光を入射した場合、高いQ値と小さいモード体積のために光電界強度が非常に大きくなり、2光子吸収過程とその生成キャリアによる自由キャリア吸収が生じてパワーが失われるとともに共鳴スペクトルに大きな歪みが発生する。これに対してバンドギャップが大きいSiCナノ共振器ではこれが生じないことが期待される。そこで実際に、同程度のQ値(1万程度)とモード体積を持つナノ共振器をSiとSiCで作製し、両者に対してパルス光を入射して応答を測定した。その結果、Siナノ共振器では僅か0.6pJの入力で出力の減少とスペクトルの歪みが生じ始めたのに対して、SiCナノ共振器では64pJと100倍以上のエネルギーを投入しても出力の減少や波形の歪みは全く見られなかった。(測定系の制限でこれ以上のエネルギーの実験はできなかった。)これにより、SiCナノ共振器が非常に高い入力パワーに対して線形に動作しうることを実証できた。ワイドギャップ半導体SiCを用いてフォトニック結晶デバイスの応用範囲を拡張することが本研究の目的である。これまでに、SiCフォトニック結晶およびそこに導入された人為欠陥による光導波路、高Q値ナノ共振器(Q値最大1万4千程度)を実現し、二光子吸収が完全に抑制されるためSiの100倍以上のエネルギー密度の光を取り扱えること、可視域まで透明であることを利用して同一基板上で5501450nmにわたる超高帯域で多波長分波動作する波長選択デバイスを実現できることなどを示してきた。また、SiCフォトニック結晶デバイスは温度に対する波長の変化がSiの1/3程度と小さく、温度安定性に優れていることなども実証している。本年度はこれまでに実現してきたSiCフォトニック結晶共振器における光非線形現象の検討を行った。基本モードの共鳴波長が1560nm、Q値1万程度のフォトニック結晶ナノ共振器を用い、このモードにCW可変波長レーザを導入することで、780nmの2次高調波の発生を確認した。SiCフォトニック結晶では、二光子吸収が存在せず、かつ発生した二次高調波もSiCの透明帯域にあるため、高効率かつ微小な高調波発生源として期待できる。また、フォトニック結晶ナノ共振器の高次モードも利用して、基本モードと高次モードのそれぞれにCW可変波長レーザ光を導入することで、和周波混合に基づく高調波の発生も観測することに成功した。また高調波光の偏光や放射パターンは理論解析結果と非常に良い一致を示した。以上、本研究では平成23年度から4年間の研究により、SiCを用いたフォトニック結晶を実現し、Siフォトニック結晶では不可能な様々な領域へ応用を拡張することが可能であることを示すことに成功した。
次世代ウェアラブルデバイス・スマートグラスを活用した外来教育システムの構築と評価

本研究は、今後我が国の医学教育で主流となる、参加型臨床実習を念頭に、多忙な臨床現場で教育効果を高めつつ、指導教員の時間的・空間的負担軽減を図るという相反する目的を達成するために、ICTデバイスを活用するとのコンセプトの下で計画を進めてきた。まず我々は授業の一環として実際の外来診察を想定した医療面接実習を行い、その中に我々の作成したArduinoを基盤にしたセンシングシステムとスマートグラスを含むICTデバイスシステムを導入し、主観的および客観的評価を中心にデータ収集を行いその解析を進め、その有効性を評価した。本研究では、指導教員の負担を軽減しつつ臨床教育の教育効果を高めることを目的としたスマートデバイスの活用法についての検討を行う。スマートデバイスの採用候補としてはスマートグラスが第一に挙げられるが、研究申請時点と現在とで変化している状況を鑑み、他のデバイス等も視野に検討を行っている。平行して、教育指導のどの要素のどの部分でどんなセンサーやモニター能力を有するデバイスのを用いた自動化・効率化が適切かを検討している。そのために、医療面接実習を模擬患者さんで行う場面で、患者側、医師役両者に複数のセンサーを装着してビデオ記録・データ収集を行い、そのデータを用いて評価対象の行動を数値モデル化する試みを行っている。医療現場では曖昧な表現で意思疎通が行われることもあり、厳密なモデルの作成は難しいが、現段階で利用可能な特徴を分析するために、臨床実習の記録ビデオからいくつかの特徴を考察した。まず,実習生と模擬患者の発話の時間を計測し実習生の頭部に三軸加速度センサを取り付け実習中の頭部の動きを評価した。これまでの繰り返しの今回の検討では、会話の長さ、学生と模擬患者の会話の時間の割合、頷きの検出、頭部の角度、姿勢がコンピュータによる自動評価が可能な要素の検討と考えられた。会話内容の解析として指向性マイクを用いた上でユリウス・エンジンを用いてリアルタイムでの音声認識・解析を行ったが、こちらの方は医療面接中の音量や姿勢の変化で解析効率が大きく変化することが明らかとなった。その上で文脈解析に関しては現時点での音声認識感度では低い信頼性しか得られないものと認識された。一方でキーワード解析については、同じ人間での解析とする場合には、予めキーワードを複数の状態で記憶させておくことで認識効率を高めることが可能と判明した。本研究の基盤となるスマートデバイスについて、グラス型で加速度センサーおよびGPS、指向性マイクを備えるなどの特徴を有し、現時点で最も完成度の高いものとしてGoogle Glassを採用しての検討を加えているが、実際にサーバーPCとの間でデータをリアルタイムでやり取りしながら使用してみると、デバイス本体の加熱が強く、また充電池の消耗も極めて早く、実験的使用に際しても現実的ではない状況になってしまうことが判明している。その対策として、情報のデバイスからサーバーへの移行を純粋なリアルタイムから、バッファを介してのシステムに変更することを試みて、ある程度の成果をあげていた段階で、突然Google glass自体の詳細技術情報の公開が人権団体よりの要請によりFreezeされてしまい、pending状態となっている。現在Google glassの次世代版が開発中とされ、当面は得られる情報は限定されたものとなるためシステム構築への影響は小さくはない。また臨床実習での情報収集にあたっても、教育効果を妨げない形で行う必要があり、機材の活用が極めて制限されることも明らかとなっている。さらには評価の高い音声認識・解析システムとして採用したユリウス・エンジンについてもテスト段階で録音音声を用いた場合と、実際の外来診療室でマイクを用いて収録した場合とで極めて認識効率が異なることも明らかとなっている。これらの技術的課題は今後クリアされていく必要がある。もちろんこれらの課題は、面接環境を限定したり、症例のパターンを限定したりすることでクリアすることは容易ではあるが、初期段階より大きな限定を加えてしまうことで、システムとしての発展性を最初から妨げてしまうのではないかという危惧のもとに工夫を重ねている。本研究は、今後我が国の医学教育で主流となる、参加型臨床実習を念頭に、多忙な臨床現場で教育効果を高めつつ、指導教員の時間的・空間的負担軽減を図るという相反する目的を達成するために、ICTデバイスを活用するとのコンセプトの元計画を進めてきた。計画段階ではスマートデバイスの候補としてスマートグラスを前面に出していたが、スマートグラスの開発が当初見込まれたものより大きく後退している状況であり、具体的な計画を改変し、即ちセンシングデバイスとしては自己開発可能デバイスArduinoに音声センサー、3D位置センサー、加速度センサー等の種々のセンサーを取り付けて検討を進めている。平成28年度は平生27年度の検討を受けて、デバイスの改良を継続しつつ、ボランティアを対象としてのデータの集積およびその解析を行った。医療面接の評価指標としては、会話時間、流れ、姿勢、患者さん側を向いて話をしているかで医療面接の態度面の評価が可能となるのではないかと思われ、各指標についての検出閾値についての検討を行った。なお会話内容についての自動解析を加えることで、指導の実効を上げられるのではないかとの検討については、現時点では機能的制限が大きく困難と判断されたため、評価者よりのフィードバックで代用することとした。平生29年度に向けては、フィードバックデバイスおよびシステムの充実が挙げられる。最近発表されたグラスデバイスやスマートウォッチを候補として検討を進めている。感知された指標について、どのような形で提示することで指導の効果を高めることができるかを中心にして今後の検討を進めてゆく。追加でシステム全体のスマートさ、スムーズさも考慮して開発や検討を進めてゆく方針である。当初より計画が遅延していることについては、以下の要因によるものと考えられる。1)スマートグラスの開発

遅延:計画段階ではスマートデバイスの代表と目されたGoogle Glassの開発が事実上停止していることは本研究に大きな影響を与えている。昨年度の段階では、Google Glassの次世代版の開発が進行中とのことであったが、結局一年が経過して、状況は何も変わってはいない。ただ、既に平成27年度の段階で上記の展開はある程度予想されていたため、当方は研究に用いるセンシングデバイスとして、自己開発可能デバイスArduinoを採用し、そこに種々のセンサーを装着してボランティアを対象にデータ収集を継続して対処している。2)リアルタイムでの情報収集・フィードバックシステムの問題:当初はリアルタイムでの情報収集・フィードバックシステムを念頭にシステムの構築を試みたが、システム及び指導者・被指導者のcapacity的に無理があることが判明した。そのため現在は、面接の終了後にフィードバックを行うシステムの開発を行っている。3)自動音声認識システムの限界:当初JULIUSエンジンを中心とした自動音声認識システムを組み合わせて会話内容の解釈を通しての検討も試みたが、現時点では実用に足るシステムは期待しにくい事が判明した。そこで、内容面のフィードバックについては評価指導医のチェックリストによる評価を、被指導者の見る画面に反映させることとした。現時点では上記の問題が遅延要因と考えられているが、いずれも適切に対処はできており、致命的なものとはなっておらず、デバイスの開発及びシステムの評価については、当初とは異なった環境を用いて継続されている。本研究は、今後我が国の医学教育で主流となる、参加型臨床実習を念頭に、多忙な臨床現場で教育効果を高めつつ、指導教員の時間的・空間的負担軽減を図るという相反する目的を達成するために、ICTデバイスを活用するとのコンセプトの下で計画を進めてきた。まず我々は授業の一環として実際の外来診察を想定した医療面接実習を行い、その中に我々の作成したICTデバイスを導入し、その有効性を評価するとの方策を採用した。我々の行っている医療面接実習は、実習生数人が1つのグループとなり、医者役と評価役を順に交代しながら医療面接を行なうものである。平成29年度は昨年度より用いているAruduinoをbaseにしたセンシングシステムと併用してその主観的および客観的評価を中心にデータ収集を行いその解析を進めた。本研究ではグループ間で行われる相互評価に着目したグループ内評価支援方式を行った。スマートグラスとしてGoogle GlassおよびEpson Moverioを活用しその上でプロトタイププログラムを導入して学生実習後に評価を受けた。
ニトロキシドラジカルを配位子とする金属錯体の合成と磁性

反磁性金属原子を通した常磁性化学種間の磁気的相互作用はほとんど無いと考えられている。しかしながら、軌道の対称性・エネルギー準位が許せば、磁気的相互作用が誘起されると考えられる。本研究では、有機ラジカル(ニトロキシドラジカル(図IMpy))が反磁性金属(Cu^1・Zn^2・Ag^1)に配位した一連の有機ラジカル金属錯体を合成し、その構造・磁性について詳細な研究をおこなった。その結果、次のことが、明らかになった。(1)有機ラジカル銅一価錯体反磁性金属である銅一価錯体[Cu(im-opy)_2](PF_6)において、二つのニトロキシドラジカル間にかなり強い強磁性的相互作用(J=+30cm^<-1>)があることを見出した。これは、配位したニトロキシドラジカルの磁気的軌道がお互いに直交するためであり、この反磁性金属を通した磁気的相互作用(特に、強磁性的相互作用)の発見は、今までの磁気化学の常識を覆するものである。(2)有機ラジカル銀一価錯体銀一価錯体[Ag(im-opy)_2](PF_6)では、分子間および分子内で弱い反強磁性的相互作用(J=<-10cm^<-1>)の存在が見出された。分子内の反強磁性的相が作用の発現は、ラジカルの磁気的軌道の直交性が崩れたためである。また、[Ag(imph-NO2)_2](PF_6)では(右図)、ラジカル間電荷移動相互作用・静電的相互作用により、自己集合化した蛇行した一次元構造をもつ集合体が得られた。この系をうまく利用すれば、磁気的に興味ある分子集合体の構築が期待される。
反対称化分子動力学を用いた不安定原子核における励起状態の構造研究

反対称化分子動力学の手法により不安定原子核の構造を研究し、不安定核の励起状態に、様々な構造が現れることを発見した。特筆すべきものには、従来知られていない新しい種類のクラスターの出現を理論的に示唆し、実験データの説明に成功したことがある。例えば、^<12>Beにおける^6He+^6Heクラスター構造などがあげられる。また、^<14>Beにおける^8He+^6He的な構造をもつ励起状態を予言し、さらに重い中性子過剰核にも奇妙なクラスター構造をもつ励起状態が頻繁に見られる可能性を示唆した。また、幅広い質量数領域の核構造の記述に有用な相互作用として、有限レンジの3体力を含む新しい有効相互作用を開発し、^4Heから^<40>Caまでの原子核の結合エネルギーと半径を一つの相互作用で統一的に記述することに初めて成功したことは重要な成果である。開発された有効相互作用を用いて、^<40>Ca近傍の原子核の励起状態を大きな変形をもつ様々な状態が低エネルギー領域に現れることを理論的に発見した。これらの励起状態は,ごく最近ガンマ線測定で実験的に発見された回転帯に良く対応している。従来の研究ではクラスター的構造は比較的軽い原子核や特殊な核に限られていたが、今回の研究では一般の原子核においてクラスター構造に起因する多様な奇妙な変形状態が現れる可能性を示唆した。不安定原子核においてもクラスター的な相関からくる奇妙な変形の可能性が考えられることはユニークな結果である。例えば^<11>Beの原子核には、2αクラスターの芯をもつ分子的構造が発達した励起状態が比較的エネルギーの低い領域に現れ、高スピン状態までの回転帯を形成することがわかった。^<11>Beには2αクラスターの発達した構造が数多く現れる一方で、理論計算では2つのαクラスターの片方が壊れたようなシェル模型的な励起状態が10MeV近くの励起エネルギーの領域に現れると予想された。理論計算には、こうした様々な励起状態の構造が予想されるが、E2遷移強度,ベータ遷移強度などの諸量の理論値と実験値を比較することにより、対応する状態が存在することを実験データからも確かめられることを明らかにした。より重い不安定核をも、統一的に記述するために、反対称化分子動力学における新しいタイプの有効相互作用の開発に向けて、数値シミュレーションを行ない、有限レンジの3体斥力の導入が有効な方法であるという手掛りを得た.反対称化分子動力学の手法により不安定原子核の構造を研究し、不安定核の励起状態に、様々な構造が現れることを発見した。
食品中のメイラード反応産物の一斉分析

食品の加熱調理によりメイラード反応が起き、様々な化合物(ピラジン類など)が生じ、食品の風味の向上に寄与することが知られているが、中には発がんの原因となる物質(ヘテロサイクリックアミン類など)も生じる。本研究ではメイラード反応産物であるピラジン類やヘテロサイクリックアミン類のLC-MS/MSによる一斉分析法を確立し、食品中に含まれるメイラード反応産物を明らかにすることを目的とした。6種のピラジン類に3種のヘテロサイクリックアミン類を加え、LC-MS/MSによる一斉分析法を検討した。LC-MS/MS分析はABサイエックス社のQtrap5500を用い、当初の計画はODSカラムを用いて分離を行う予定であったが、ピーク割れやテーリングの問題が発生したため、より分離能が高く、低圧力を維持することが可能であるAgilentPoroshell 120HPLCColumnに変更したところ、この問題を改善することができた。また、ピラジン類は揮発性物質であり、特にpyrazineや2-metylpyrazineはエレクトロスプレーイオン化法によるイオン化が難しく、感度が低かったことから、イオン化方法を大気圧化学イオン化法を用いたことにより、これを改善することができた。標準添加法にて定量を行い、Pyrazine、2-methylpyrazineについては安定同位体標識化合物を内部標準物質に用いて定量することとし、この2化合物も含めてメソッドを確立した。また、確立したメソッドを用いて、茶葉またはコーヒー豆の抽出液を用いて分析を行った。スルホサリチル酸またはアセトニトリルによる除タンパク処理を行い使用したところ、スルホサリチル酸処理において良好なピークを得ることができ、ピラジン類やヘテロサイクリックアミン類のLC-MS/MSによる一斉分析法を確立することができた。当初の計画はODSカラムを用いて分離を行う予定であったが、ピーク割れやテーリングの問題が発生したため、より分離能が高く、低圧力を維持することが可能であるAgilentPoroshell 120HPLCColumnに変更したところ、この問題を改善することができた。また、ピラジン類は揮発性物質であり、特にpyrazineや2-metylpyrazineはESI(エレクトロスプレーイオン化)法によるイオン化が難しく、感度が低かったことから、イオン化方法をAPCI(大気圧化学イオン化)法を用いたことにより、これを改善することができた。現在、pyrazineと2-metylpyrazineについて、安定同位体標識化合物を内部標準物質に用いて定量することとし、この2化合物も含めてメソッドを確立しているところである。また、確立したメソッドを用いて市販の緑茶飲料とコーヒー飲料、茶葉またはコーヒー豆の抽出液を用いて分析を行った。茶試料およびコーヒー試料については、スルホサリチル酸またはアセトニトリルによる除タンパク処理を行い使用したところ、スルホサリチル酸処理において良好なピークを得ることができた。また、標準品の濃度を変えて添加し、H2O中に添加した場合と比較することにより夾雑物の影響を検討している。当初の目的であったピラジン6種の一斉分析メソッドを確立することができ、茶やコーヒーなどに添加して夾雑物の影響の検討を始めている。安定同位体標識化合物を内部標準物質に用いた定量については、まだ検討の余地があるが、おおむね順調に進行していると考えている。本年度確立した方法をもとに、ヘテロサイクリックアミン類(2-amino- 3-methylimidazo [4,5-f]quinolone (IQ)、2-amino-3,8-dimethylimidazo [4,5-f] quinoxaline (MeIQx)、2-amino- 1-methyl- 6-phenylimidazo [4,5-b]

pyridine (PhIP)など)も同時に分析する方法を確立し、少しずつ一斉分析できる物質を増やしていく。ヘテロサイクリックアミン類は発がん性が疑われる物質でもあるメイラード反応産物である。食品の嗜好性などに影響を与える、安全性が認められているピラジン類とともに分析することにより、広くその食品の特徴を捉えることができると考える。さらに、そのメソッドを用い、食材や調理法による違いによる、ピラジン類、ヘテロサイクリックアミン類の生成量の違いについて分析を行う。食品中の定量分析については、現在行っている茶やコーヒーに続いて醤油などの液体から分析を行い、固形試料中での分析も行っていく。その加熱による温度履歴の分析などから、調理条件の違いにより生成量にどのような差ができるかを明らかにしていきたい。今年度必要とする物品を購入した残金が、次年度でも使用可能なカラム類等の金額に満たなかったため、次年度の助成金と併せてヘテロサイクリックアミン類を合わせた分析方法の確立において必要な標準品、カラム等の購入に使用する。
直腸前方切除術後の排便機能に関する研究

直腸前方切除後の機能を、多様な面から測定し、術後排便機能障害に影響を及ぼす因子を検討した。直腸低位前方切除術例、6例を対象とした。すべての患者に対して検査の意義を説明し、同意を得た。術前及び術後3カ月の、直腸肛門内圧測定検査の結果、最大肛門管静止圧はそれぞれ、平均80cmH20、平均70cmH20であり、最大肛門管随意圧はそれぞれ、平均150cmH20、平均120cmH20であり、術後肛門括約筋機能低下を認めた。また、直腸貯留能測定は、自作バルーンを用いて直腸最大耐用量を測定した。術前及び術後3カ月のそれぞれは、平均180ml、平均150mlであり、直腸貯留能の低下を認めた。術前及び術後3カ月の肛門括約筋筋電図検査の結果、静止時はそれぞれ、平均35μV/DIV、平均30μV/DIVであった。収縮時はそれぞれ、平均70μV/DIV、平均60μV/DIVであり、直腸肛門内圧測定の結果と相関性を示した。レーザードップラー血流計を用いた、腫瘍及び吻合部の血流量測定検査では、術前及び術後3カ月で、それぞれ平均65ml/min/100g、平均45ml/min/100gと血流量の低下を認めた。体液性腸管運動調節性因子の測定では、術前術後のガストリン値に差は認められなかった。以上より、直腸低位前方切除後の排便機能障害は、肛門括約筋の軽度障害、便貯留能の低下、吻合部血流量の低下による機能障害である可能性が示唆された。今後、さらなる症例数の追加が必要である。
カルコゲナイド人工超格子による熱電材料研究の新しいアプローチ

強磁性トポロジカル絶縁体が、ゼロ磁場で異常ホール効果が量子化する量子異常ホール効果が実現することが分かり盛んに研究されている。本研究では、量子化する温度を極低温から高温に上げることが急務であると考えた。本研究では、カルコゲナイド化合物の積層構造を合成し、高濃度Crドープトポロジカル絶縁体層を表面近くに挿入した構造にすることで、質量ギャップの増加と均一性の増加を同時に実現することによって希釈冷凍機での冷却の必要のない0.5 Kでほぼ完全な量子化を実現した。この結果は、カルコゲナイド化合物の積層技術が将来のトポロジカル物質によるデバイスの基盤技術になると示唆している。本研究で提案している手法であるトポロジカル絶縁体薄膜の積層構造合成の実験を行った。強磁性トポロジカル絶縁体薄膜を用いて積層化による素子特性改善を目指した。トポロジカル絶縁体の(Bi0.12Sb0.88)2Te3にCrを添加した磁性トポロジカル絶縁体Cr0.2(Bi0.12Sb0.88)1.8Te3を積層させた新しい人工積層膜を作製した。この構造にトップゲート型の電界効果型トランジスタ構造を作製し、ホール抵抗を測定したところ、積層構造を使わないトランジスタに比べ10倍高い温度(0.5 K)でホール抵抗が量子化抵抗値(約25.8kΩ=h/e2)で一定となり、整数量子ホール状態になっていることを確認した。また、このような積層構造では反転対称性が破れている。反転対称性の破れによりジャロシンスキー・守谷相互作用が働き、スピンがらせん状に巻くことが知られているが、その効果によってこの系では磁気秩序がネールタイプのスキルミオン構造に安定化されトポロジカルホール効果と呼ばれる異常ホール効果が発現することを見出した。このように、トポロジカル絶縁体を適切に積層することで、量子化を単一層で報告した従来の結果よりも高温・弱磁場で観測可能となることを示し、また反転対称性の破れによるスキルミオン磁気秩序の発現をこの系で示した。非磁性トポロジカル絶縁体と磁性トポロジカル絶縁体を積層させるという本研究計画で提案した手法により大幅な機能開発を実現できることが示され、トポロジカル絶縁体素子開発における指針となることが期待される。(Bi,Sb)2Te3系薄膜の量子伝導について研究を進めた。研究目的に関連してトポロジカル絶縁体の(Bi0.12Sb0.88)2Te3にCrを添加した磁性トポロジカル絶縁体Cr0.2(Bi0.12Sb0.88)1.8Te3を積層させた新しい人工積層膜を作製した。トポロジカル絶縁体を適切に積層することで、量子化を単一層で報告した従来の結果よりも高温・弱磁場で観測可能となることを示した。非磁性トポロジカル絶縁体と磁性トポロジカル絶縁体を積層させるという本研究計画の手法で大幅な機能向上を実現できることが示され、積層構造というトポロジカル絶縁体素子開発における指針となる。また、ホモロガス構造の絶縁体層のGeTe薄膜の合成を行っている。テルルのInP(111)基板からの再蒸発が多く、成長レートが低いという問題があったが(Bi,Sb)2Te3系薄膜の成長よりテルルを多く供給することでGeTe薄膜の成長を確認した。GeTeは(111)方向に分極する強誘電性を持つが、この薄膜も(111)方向の軸長が伸びており期待通りの薄膜成長ができていると分かった。しかし、(111)と等価な(-111)方向に分極したドメインも混在しており、また、5*5mmの大きさでは膜質が明らかに不均一であり研究計画の超格子を作製できるレベルには達していない。強磁性トポロジカル絶縁体薄膜を用いた積層化研究が非常に良く進展しているので、引き続き実験に注力した。強磁性トポロジカル絶縁体では上下二つの表面状態が磁化している。上下の強磁性保持力を変えて磁化の反平行状態を作ることを目的に次のような構造をつくった。基板に1nmの(Bi,Sb)2Te3、2nm Cr12%-(Bi,Sb)2Te3、5nm (Bi,Sb)2Te3、2nm Cr12%-(Bi,Sb)2Te3。この上下で非対称な構造の磁化曲線を測定したところ、異なる保持力の強磁性体を二つ足し合わせた磁化曲線になった。この積層薄膜の磁気輸送特性を測定したところ、磁化が反平行状態になる磁場領域で、sxy、sxxともにゼロになる新しい状態が実現することが分かった。この絶縁体状態はアクシオン絶縁体と呼ばれる状態であり、トポロジカル絶縁体の新しい電磁場応答を研究する舞台になると期待できる。

このように、非磁性トポロジカル絶縁体と磁性トポロジカル絶縁体を積層させるという本研究計画で提案した手法により、前年度はまず量子異常ホール効果の観測温度を大幅に向上させ、また、反転対称性の破れによりジャロシンスキー・守谷相互作用によるネールタイプのスキルミオン構造に安定化されトポロジカルホール効果と呼ばれる異常ホール効果が発現することを見出した。今年度は磁化の反平行状態による新しい量子絶縁体状態の実現に成功した。強磁性トポロジカル絶縁体が、ゼロ磁場で異常ホール効果が量子化する量子異常ホール効果が実現することが分かり盛んに研究されている。本研究では、量子化する温度を極低温から高温に上げることが急務であると考えた。本研究では、カルコゲナイド化合物の積層構造を合成し、高濃度Crドープトポロジカル絶縁体層を表面近くに挿入した構造にすることで、質量ギャップの増加と均一性の増加を同時に実現することによって希釈冷凍機での冷却の必要のない0.5 Kでほぼ完全な量子化を実現した。この結果は、カルコゲナイド化合物の積層技術が将来のトポロジカル物質によるデバイスの基盤技術になると示唆している。これまで、トポロジカル絶縁体の(Bi0.12Sb0.88)2Te3にCrを添加した磁性トポロジカル絶縁体Cr0.2(Bi0.12Sb0.88)1.8Te3を積層させた新しい人工積層膜で量子化が起こる温度と磁場の改善に成功している。Crと同じようにドープによって強磁性になるバナジウムドープ(Bi,Sb)2Te3を積層構造に含む構造で量子転移温度向上と新機能探索を狙う。また、これまでは、ディラック点にフェルミレベルを正確に調整するために薄膜表面にゲート絶縁膜を積層したトップゲート構造で実験を行っていた。フェルミレベルを調整しながら熱電効果や表面の磁区観察をするには、基板の裏から電圧を印加するボトムゲート構造での実験が不可欠である。ゲート絶縁膜になる酸化物基板上への製膜条件の最適化を行いボトムゲートを用いた研究を進める。また、ホモロガス構造の絶縁層GeTe薄膜について成長条件がトポロジカル絶縁体と異なる事が分かってきた。特にテルルの供給量が違うので積層の度にテルルの加熱坩堝温度を変化させなくてはならず、製膜に時間がかかってしまうという問題がある。そこで、テルルの供給源の加熱セルを2台製膜装置に装着し、加熱温度を一つはトポロジカル絶縁体、もう一つはGeTe用に設定してシャッターの開閉により積層構造を作ることを計画している。薄膜成長購入したRHEED装置本体の価格が予定より安く中途半端に残金が出たため、次年度にまわして少し高額な原材料や装置の購入の計画を立てたため。カルコゲナイド化合物薄膜成長に必要な金属原料の購入、単結晶基板の購入を消耗品として計画し、またRHEED回折像解析装置を物品として購入する予定である。
３次元イメージングによる全身全細胞解析技術の開発

本研究は,世界初となる新生仔期マウスの全身透明化技術を完成させ,ライトシート顕微鏡による個体の全細胞3次元撮像を達成することを目的とし,以下の2項目の内容について研究を遂行する.1)マウス全身透明化プロトコルの作成.現在,透明にする事が困難である骨組織の透明化技術を開発をする.また,骨組織の透明化に成功してもなお,サンプルの透明度が不十分で顕微鏡による撮像に耐えられない場合は,さらなる新規透明化試薬の候補化合物の探索を行う.2)新規ライトシート顕微鏡の構築.顕微鏡サンプルとしては比較的大型である新生仔期マウスの全身を収める事ができ,なおかつ一細胞解像度を保てる分解能を持つ顕微鏡を開発する.本研究は,世界初となる新生仔期マウスの全身透明化技術を完成させ,ライトシート顕微鏡による個体の全細胞3次元撮像を達成することを目的とし,以下の2項目の内容について研究を遂行する.1)マウス全身透明化プロトコルの作成.現在,透明にする事が困難である骨組織の透明化技術を開発をする.また,骨組織の透明化に成功してもなお,サンプルの透明度が不十分で顕微鏡による撮像に耐えられない場合は,さらなる新規透明化試薬の候補化合物の探索を行う.2)新規ライトシート顕微鏡の構築.顕微鏡サンプルとしては比較的大型である新生仔期マウスの全身を収める事ができ,なおかつ一細胞解像度を保てる分解能を持つ顕微鏡を開発する.