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第一原理有効模型と相関科学のフロンティア

強相関電子系とよばれる物質群は基礎物理学の新概念や自然のしくみを解明する研究の最前線にあり、高温超伝導、トポロジカル伝導などの応用も期待される新奇現象のゆりかごである。しかし現実の強相関電子系の第一原理的、定量的解明は何十年もの基礎科学的難問であった。これに対して、本研究では強相関電子系の電子状態を高精度で解明する方法を、この系特有のマルチスケール階層構造を利用して確立した。それだけでなく、鉄系超伝導体やフラーレン化合物の高温超伝導機構を解明し、スピン軌道相互作用の大きなイリジウム化合物での新たなトポロジカル相を予言するなど、手法を活用して多くの基礎物理的な難問解明に貢献した。密度汎関数法と強相関模型解法を融合し、従来の密度汎関数法では困難な強相関電子系を高精度、低負荷で取り扱える新手法開発を進め、実証研究の展開を準めた。擬一次元・二次元系の物性解析のために次元縮約法を開発し、2次元有効模型の導出をLaFeAsOに対して行った。構造最適化や弾性定数の第一原理計算で重要となる応力テンソルの全電子フルポテンシャル線形化補強平面波(FLAPW)法での定式化を提案した。鉄系超伝導体の第一原理有効模型に対して、多変数変分モンテカルロ法を適用し、磁性秩序構造、秩序磁気モーメントの両方において定量的にLaFeAsOの実験結果を再現することを示した、LaFeAsOが磁気量子臨界点近傍にあることを第一原理的に立証した。Ca_4Al_2O_6Fe_2As_2の電子状態を密度汎関数法で調べ、LaFeAsOよりΓ点の周りでフェルミ面が1枚少ないことが分かった。PrFeAsO_<1-y>,BaFe_2(As_<1-x>Px)_2の光電子分光測定と第一原理計算から,鉄原子層に対するニクトゲン原子層の高さが低下するとd_<z2>バンドが上昇してフェルミ面への寄与が増し,フェルミ面の3次元性が増すことが示された.Ba_<1-X>K_XFe_2As_2,Ba(Fe_<1-X>Co_X)_2As_2,Ba(Fe_<1-X>Ni_X)_2As_2の電子ドープによりフェルミ面の3次元性が増すことも示された.スピン軌道相互作用の強い物質群の電子状態の研究も進んだ。2次元単一軌道系のモット絶縁体としては、銅酸化物がまず念頭に浮かぶが、Sr_2IrO_4が銅酸化物同様高い転移温度をもつ超伝導体になり得るかという可能性を考察することは非常に興味深い。相対論的第一原理計算によって構造最適化を行い、さらに電子状態計算の結果からワニエ軌道を作って、低耳ネルギー有効模型を構築し、動的平均場理論を用いて解析した。QMAS上でトポロジカル絶縁体や電気磁気効果を調べるため、平面波基底のPAWコードであるQMAS(http://www.qmas.jp/)上で相対論効果を考慮した第一原理計算プログラムの開発を進めた。FPLAPW-GWコードにスピン依存GW近似の実装を行った。また、スピン軌道相互作用のある系において第一原理計算と低エネルギー模型を組み合わせた電子状態計算のためのコードを整備した。密度汎関数法と強相関模型解法を融合し、従来の密度汎関数法では困難な強相関電子系を高精度、低負荷で取り扱える新手法を確立し、現実の多彩な物質群への広範な実証研究の展開を進めた。とりわけ鉄系超伝導体の電子状態を第一原理的に導出された4種の鉄系超伝導体(:LaFeAsO,LaFePO,BaFe2As2,FeTe)の有効模型に対して、多変数変分モンテカルロ法を適用して調べ、これら4つの物質の磁性に関する実験結果を再現することを示した。現実物質が巨大なモット絶縁体の辺縁部に位置することもわかった。またCa_4Al_2O_6Fe_2As_2の電子状態を解明し、不純物効果の微視的理解を目的として、LaFeAsOに対する不純物ポテンシャルの第一原理評価を行った。Ba_<1-x>KxFe_2As_2でx=0.4で全ての軌道が同等に超伝導に寄与していると考えられるのに対しx=1.0ではs±波超伝導となっていることを光電子分光で見出した。超伝導体の第一原理計算を芳香族超伝導体、フラーレン超伝導体、窒化物超伝導体で行ない、従来型超伝導としては理解できない要素を抽出した。スピン軌道相互作用の強い物質群の電子状態の解明も進め、Sr_2IrO_4、Ba_2IrO_4はスピン軌道相互作用と電子相関の相乗作用によって磁気秩序が生じてはじめて絶縁化するスレータ-絶縁体であることを明らかにした。

Cd_2Os_2O_7へのLDA+U計算に着手し、現実的なUのパラメータ領域では反強磁性絶縁体で、all-in/all-out磁気構造が安定であること、強い磁気異角性(single-ion anisotropy)をもつことを見いだした。また水銀カルコゲナイドの研究に基づき、スピン軌道相互作用を取り入れたGW近似はトポロジカル絶縁体一般の準粒子バンド構造の定量計算ツールとして有望であることを示した。トポロジカル絶縁体の物理の理論と光電子分光の両面からの研究も進めている。多バンド強相関物質について角度分解光電子分光を行い,第一原理計算との比較から電子相関効果を議論した.密度汎関数法と強相関模型解法を融合し、従来の密度汎関数法では困難な強相関電子系を高精度、低負荷で取り扱う新手法を確立し、現実の多彩な物質群への広範な実証研究の展開を進めた。従来の方法には電子相関効果の取り入れ方について、二重勘定の問題が存在したが、新たに密度汎関数法からの寄与を取り去って制限自己エネルギーを付け加えることによって、低エネルギー有効模型を解くときに考慮される電子相関効果の二重勘定を取り除く方法を開発した。また2つの有機導体に対して1バンドと3バンドでのそれぞれ2種類の第一原理有効模型を導出した。界面に対するダウンフォールディング法の開発に成功し、LaAlO3とSrTiO3の界面に対して適用した。電荷混合や初期状態の構成法を改善し、LDA+U計算の際に生じる数値的困難を回避してノンコリニアな磁性を導出する方法を整備した。Osパイロクロア酸化物においてジャロシンスキー守谷相互作用が大きいことを示した。相関電子系を扱う電子状態計算法としてLDA+DMFT法が広く用いられている。この方法ではKohn-ShamハミルトニアンにハバードU項を加えた多電子ハミルトニアンを動的平均場理論(DMFT)で解く。標準的なLDA+DMFT法を超えてUの動的効果や自己エネルギーの波数依存性を取り込む方法の開発を行った。(TMTSF)2PF6の低エネルギー電子構造を計算し、低エネルギープラズモン励起の存在を確認した。超伝導を密度汎関数理論の枠組みの中で非経験的に取り扱う方法論の開発を進め、有効クーロン相互作用の周波数依存性を考慮する方法論の開発を行い、圧力下の金属リチウムに適用し、実験との整合性が向上することを確認した。Sb2Te系に対してトポロジカル絶縁相の探索を行い、層面内方向に歪ませることでギャップが開いてトポロジカル絶縁体が生じることが示された。密度汎関数法と強相関模型解法の融合により、強相関電子系を第一原理的に扱う標準手法が大きく前進した。この手法を多彩な強相関電子系に適用し、物理の解明に成功してきている。平成25年度はこの手法をさらに発展させて展開し、ネオジウムを含む強磁性体の磁化や磁気異方性を決める機構を解明し、窒素添加の効果について解明した。またスピン軌道相互作用が扱えるように手法を開発した。以下に大きな進展のあった課題を挙げる。「方法論の開発」(1)スピン軌道相互作用の強い系を扱えるように手法を拡張した。(2) HiLAPW法のコード開発(3)電子格子相互作用系のab initio downfolding法の開発と応用:格子の自由度も考慮にいれたab initio downfoldingの方法(制限密度汎関数摂動論)の開発を行い、鉄系超伝導体とフラーレン超伝導体への適用をおこなった。(4)時間分解光電子分光の理論解析手法の開発:時間分解光電子分光は、ポンププローブ法により、光により励起された電子の緩和の様子を実時間で調べられる手法である。
掃流砂に関する準直接数値解析法の拡張と応用

(1)リップルを扱う数値シミュレーションの検証のための小規模回転ドラム実験を執行し、その動画を解析した。得られたデータは粒子レーノルズ数の低い領域(Rep<2.5)にも貢献した。また、水槽の半径は既存研究と比べて4倍以上小さいため、細かな数値解析の条件には合わせやすく、検証データを得るためにより妥当である。(2)研究期間中に提案された、接近・接続する粒子同士の間に発生する潤滑力の簡単な「サッブグリッドモデル」に対して、無視されていた慣性力の影響を定量的に見積もった。(3)自由水面を含む掃流砂現象に適用可能な粒子に働く力の理論式を初めて導いた。回転軸が水平の回転ドラムを用いた実験は順調に進んでいる。直径12mmの一応粒度分布の材質をドラムの半分まで導入して、「斜面崩壊」が一時的におきる遅い回転という条件下、数個の直径のより小さな「トレーサー粒子」の奇跡をビデオ撮影により測定した。その結果、油中においても空気中においても、直径4mm、6mm、7mm、10.5mmのトレーサー粒子の奇跡の範囲は直径と共に広くなる。この現象は実河川でのsorting現象とよく似ている。また、今後のシミュレーションとの比較検討に必要な粒子同士の摩擦係数の測定法を開発した。また回転軸が垂直な回転ドラムの実験は順調についても興味部会データを得ている。この実験では直径190mmの円筒に400ミクロンの砂を引いて、水を入れて、静止状態から、あるいは剛体回転の状態から、瞬間的に追加の角速度を与えることによりらせん状のripple trainを発生させる。それらの特性を元の角速度および追加した角速度のrippleの数への影響を検討し、過去のデータとの比較検討を行った。また理論的な面では、液体中と自由水面と周りの渦度を結ぶ積分式を導入した。水平軸の回転ドラムによる実験において、今までの粒子径が一様のケースの次の段階として、粒径の小さいものを数個足して、それるのtest particleの直径の影響を着目しながら解析を進行させた。ヒストグラムなどを解析した結果、「雪崩」を受けるせん断層において、粒径が小さくなると早く落ちることが観察される。その分、下流はの輸送が遅くなり、粒径によりlongitudinal shortingが生じる。この効果を定量的に評価するため、平均河床に直行する軸上におけるtest particleの存在頻度のヒストグラムをプロットした。直径12mmビーズの河床に、直径6mmと10mmのtest particleのヒストグラムははるかに違って、空気中においても油においても直径6mmの場合の分布の幅は片方の半分程度でした。また、回転軸が垂直な水槽において、形成するrippleの特徴を記録した結果を妥当に無次元化すれば、文献の実験結果と合うことが確認された。今後のシミュレーションにおいて自由水面を含む3次元計算を行う予定であるため、水面の挙動と粒子の運動のの関係重要な課題となる。これにむけて、水面における全水頭と渦の運動と粒子の運動と結ぶ積分関係を導いた。画像解析に予想以上に時間がかかっているため。また、実験を手伝う補助員の予期せぬ事情により実験に遅れが出ているが、H25年度に進める予定である。実験の解析や装置の開発に力を入れた分、計算プログラムの開発が遅れています。実験を進行させると共に、シミュレーションを執行し比較検討により、粒子同士の接触モデルなどシミュレーションモデルの改善を行い、sorting現象のメカニズムを解析する。当初の計画のとおり、順次に進んでいく予定です。計算プログラムの並列化について、学外の協力者の協力をいただくことを検討する。実験執行とシミュレーションデータ解析の遅れと取り戻すために、アルバイトを執行する。結果を発表したり今後の進行を議論してもらうために、国際学会へ参加する。実験に必要な部品、シミュレーションに必要な計算機の使用料、購入費を執行する。次年度に上記アルバイトを執行するためも、海外で開催する国際学会へ参加するためも、未使用額を繰越した。
金属／半導体界面における半導体欠陥構造とその周辺電位の直接観察

金属/半導体界面を有するTEM観察用薄片サンプルについて、極めて均一かつ、ダメージレスな観察サンプルを仕上げる技術を確立した。この技術により作製された金属/半導体界面を有するサンプルに、ピエゾ駆動で電圧印加可能なホルダーを用い、順バイアスおよび逆バイアスを印加し、金属/半導体界面の電流ー電圧測定と電子線ホログラフィーによる金属近傍の半導体内部における電位分布の変化から、空乏層と電界の変化をとらえることができた。金属電極/半導体界面のTEM観察用試料薄片化には異相界面の断面試料作製に最適なガリウム(Ga)イオンによる集束イオンビーム(FIB)法を用いるが、FIB法では、薄片化した試料の表面にダメージ層が形成さる。昨年度見出したFIB法による試料薄片化条件と、さらに薄片試料表面に形成されるFIBダメージ層除去条件に加え、本年度は、試料均一厚さを達成する試料薄片化とFIBダメージ除去条件を見出した。具体的には、各加工段階に置いて、Gaイオンビームの電流量はこれまでの条件で、比較的早めのスキャン速度(Gaイオンビームのデュウェルタイムを110μs)を採用した。この試料加工条件を用いて、NbドープSrTiO3バイクリスタル粒界を含み、針状サンプルを作製した。この針状サンプルについて、透過型電子顕微鏡(TEM)による高分解能観察と電子損失分光(EELS)による化学状態を評価した。高分解能観察から、SrTiO3の格子縞が観察された。EELS測定では、SrTiO3粒内のチタン(Ti)の価数が4価であり、本来の化学状態であることを確認した。さらに、加速電圧300kVで電子線ホログラムを撮影したところ、極めて鮮明な干渉縞を得ることができた。今後は、ピエゾ駆動の電圧印加ホルダーによりSrTiO3粒界領域に電圧を印加し、電流ー電圧測定とともに、電子線ホログラフィーを用いて、SrTiO3粒界近傍の電位分布変化を測定する。昨年までに試料作製条件を用いて、金属電極/半導体界面をTEM観察用試料薄片化し、さらに、TEM観察用試料表面のダメージ層を除去するためにアルゴン(Ar)イオンビームを照射し、観察試料膜厚が一定かつ、ダメージレスサンプルに仕上げた。このサンプルについて、3次元解析ホルダーを用いて、金属電極/半導体界面領域の試料厚さ変化がほぼ無しであることを確認した。このようなサンプルを用いて、ピエゾ駆動による電極位置を正確に制御できる電圧印加ホルダーにより、順バイアス、逆バイアスを印加し、電流ー電圧測定とともに、電子線ホログラフィーを用いて、金属電極/半導体界面の電位分布を計測した。金属電極近傍の半導体内部における電位分布の変化から、空乏層と電界の変化をとらえることができた。電位分布については定量的な評価も可能であった。さらに、このサンプルを用いて、電子線入射方向と平行に磁場を印加しながら、サンプルにバイアス与えながら電流ー電圧測定とともに、電子線ホログラフィー観察による電位分布計測を行うことにより、ホール効果を確認することができた。さらに、半導体内部において、加速電圧数100kVで加速した電子を微小領域に照射すると電子・ホールペアが発生し、微弱な電流が流れる。そのような微弱電流と照射電子の領域から、半導体内部の電子拡散距離に関するデータを得ることができた。このダメージ層は、電子線ホログラフィーによる半導体内部の電位分布を評価する際、ノイズとなり、電位分布評価の定量性が失われる。本年度は、ニオブ(Nb)ドープのSrTiO3を半導体材料の対象とし、FIB法による試料作製で形成されるダメージ層についての知見を得るため、透過型電子顕微鏡(TEM)による高分解能観察と電子損失分光(EELS)により化学状態を評価した。さらにSrTiO3を電子線ホログラフィーにより評価を行うための観察条件について検討した。NbドープSrTiO3を加速電圧40 kVのGaイオンビームにより試料厚さ100 nm程度まで薄片化し、最終的に加速電圧1 kVのGaイオンビームによりTEM試料に仕上げた。TEM試料端に3 nm程度のダメージ層が確認でき、ダメージ層はアモルファス相であった。EELS測定から、SrTiO3の格子縞が鮮明に観察される領域では、チタン(Ti)の価数が4価であり、本来の化学状態であった。しかしながら、Gaイオンによるダメージ領域ではTiの価数が3価に変化していた。この価数の変化はSrTiO3の電気的な性質にも影響を与えるため、可能な限りGaイオンビームによるダメージ層を軽減することが重要である。また、以上のように薄片化したSrTiO3を電子線ホログラフィーにより干渉縞を撮影したところ、加速電圧200kVでは干渉縞を得ることができなかったが、加速電圧300kVで極めて鮮明な干渉縞を得ることができた。

SrTiO3の電子線ホログラフィーの評価には、加速電圧を300kVにする必要がある。NbドープSrTiO3バイクリスタル粒界を含み、針状サンプルを作製とともに、観察対象試料を均一厚さにする試料薄片化条件とFIBダメージ除去条件を見いだすことができた。この条件の場合、EELSの測定からSrTiO3のTiの価数が4価であるため、薄片化後もSrTiO3の構造を保っている。NbドープSrTiO3を対象に、集束イオンビーム法による試料作製に起こる構造変化および、電子線ホログラフィー観察に必要な条件を見出すことができている。上記のような針状試料に仕上げたサンプルについて、ピエゾ駆動の電圧印加ホルダーによりSrTiO3粒界領域に電圧を印加し、電流ー電圧測定とともに、電子線ホログラフィーを用いて、SrTiO3粒界近傍の電位分布変化を測定する。NbドープSrTiO3が主な対象材料であるが、他の半導体材料でも、集束イオンビーム法により形成されるダメージ層を取り除くための、加工条件を見出す。ダメージ層を取り除いた半導体材料について、ピエゾ駆動の電圧印加ホルダーにより電圧を印加し、電流ー電圧測定とともに、電子線ホログラフィーを用いて、半導体内部の電位分布を測定する。電子線ホログラフィーによるSrTiO3粒界の電位分布評価とともに、TEMサンプルに仕上げた針状サンプルもしくは、薄膜サンプルの3次元構造を解析する必要がある。そのため、H24年度未達分は、SrTiO3粒界の三次元構造を構築するための計算機を購入する。H25年度支給額分の研究費は当初の計画に沿って使用する。H24年度の研究費は当初計画に沿って使用する予定である。
日本の株式市場における取引ルールの研究

当研究は3年間にわたり、日本の株式市場についての実証的、制度的分析を行ってきた。初年度は特にミクロ構造に注目し、intra-dailyのデータを使い、東京証券取引所では、取引高の大きい銘柄の価格変動と取引高の小さい銘柄のそれとの間に異なった時系列的特性があることを明らかにした。即ち、前者にあっては負の系列相関があり、米国のスペシャリスト市場の動きに似ているのに対し、後者では正の系列相関があり、いわゆるザラバ市場で想定されている値動きである。2年度は、大阪証券取引所、地方取引所及び店頭市場に注目をし、店頭市場では活発に取引されている銘柄に関しても、負の系列相関がないことが明らかにされ、これが成行き注文が許されていないことに起因している可能性を指摘した。また、マーケットメークの行われていない我が国において、地方取引所会員が東京証券取引所に会員権をもつ全国的な証券会社である場合、株式取引は必然的に中央に集中することが指摘された。これらの研究結果を踏まえ、3年度は、我が国の地方取引所の抱える問題を、地方取引所の地位が比較的高いとされるドイツの実例に照らして比較分析した。ここでは、我が国の地方取引所の低迷は、(1)競争的なマーケットメーカーが存在しないこと(2)会員のほとんどが全国市場を基盤とする証券会社であることに関係していることが示された。地方取引所が廃止されたイギリスやフランスの経験を考えると、我が国地方取引所の将来を議論する時が来ている。欧米の証券市場ではスペシャリストと呼ばれるディーラーを通して株の売買が行なわれるが、日本では才取り会員を通しての競争売買が行なわれる。両者のちがいは、前者が自己保有の在庫によってマーケットメークするのに対し、後者は単に売り手と買い手をマッチングするだけである。本研究は、このいわゆるガラバ方式の市場における流動性に注目し東証,大証,名証,店頭市場での価格形成,取引成立率などを比較研究した。売買高の大きい東証と比べて、他取引市場の売買高は小さい。大証の場合、売買高の大きい銘柄に関しては、東証と同じような価格変動、すなわち負の系列相関をもっている。店頭市場での価格変動は、その反面、正の系列相関がある。ことことは、店頭市場において成り行き注目が許されてないことを示すものといえる。また東証を含めた取引所において売買高の大きい銘柄の価格変動に負の相関関係があることは、スペシャリスト市場とにかよった動きをしていることから、インプリシットなマーケットメーキングが行なわれている可能性を示唆している。初年度のデータ分析、2年度の制度的分析を踏まえ、今年度はわが国の地方取引所の抱える問題を、地方取引所の地位が比較的高いとされるドイツの実例に照らして比較分析した。この研究では、わが国の地方取引所の低迷は、(1)競争的なマーケットメーカーが存在しないこと、(2)会員のほとんどが全国市場を基盤とする証券会社であることに関係していることが明らかにされた。さらに、(1)日本と同じ取引ルールを有する(すなわちマーケットメーカーが存在しない)フランスでは、全国的でない証券会社が地方取引所の中心的地位を占めていたにもかかわらず、近年において地方取引所が廃止されたこと、(2)マーケットメーカーが存在し、かつ地場証券会社が比較的重要であったイギリスにおいても20年前に地方取引所が廃止されたことを考えると、わが国地方取引所の将来を真剣に考える時が来たと言える。これらの研究結果をまとめた論文は現在執筆中であり、しかるべき形で発表される予定である。
腱板付着部の修復におけるScx/Sox9共陽性前駆細胞の制御因子の解明

腱板付着部の損傷後や腱板修復術後の腱骨間には本来の線維軟骨構造は再生せずに脆弱な線維性組織が形成され、臨床上の再断裂の一因と考えられている。発生過程ではbHLH型転写因子のScleraxis(Scx)を発現する前駆細胞が腱を形成し、特にScxとSRY-box 9(Sox9)を共発現する前駆細胞(Scx+/Sox9+細胞)が、腱とその付着部の形成に寄与することが示されている。われわれはScxの発現領域でGFPを発現するScxGFP Tgマウスを用いた先行研究で、20週齢マウスの腱板付着部損傷後1-2週の修復部で少数のScx+/Sox9+細胞が一過性に観察されるものの線維軟骨層は再生しないことを確認した。これは、成体においてもScx+/Sox9+細胞が限定的ながら付着部の修復に関与している可能性を示唆する結果と考えられた。本研究では、修復過程におけるScx+/Sox9+細胞の線維軟骨形成への関与を明らかにするために、修復能の異なる幼若マウスと成熟マウスの修復過程におけるScx+/Sox9+細胞の局在を免疫染色により評価し比較した。また、Scx+細胞へのFGF、TGF、BMPシグナル制御について各シグナル伝達因子の免疫染色により評価した。その結果、幼若マウスでは損傷後4週の損傷部骨表面に正常より細胞配向性の低い線維軟骨層の形成が認められた。また、損傷後3日の修復組織中の骨近傍にScx+/Sox9+細胞を認め、損傷後1-2週には修復組織内に広く分布し、損傷後4週では形成された線維軟骨の辺縁に局在していた。さらに、その陽性率は全ての評価時期で成熟マウスより高かった。以上の結果から本モデルの付着部損傷後の修復過程における線維軟骨形成にScx+/Sox9+細胞が関与している可能性が示唆された。また、シグナル伝達因子の免疫染色結果からScx+細胞のTGFシグナルによる制御が示唆された。当初、幼若モデルとして6週齢マウスを用いる予定であったが、その修復後4週までに線維軟骨層の形成が観察されなかったため、より修復能の高い3週齢マウスを用いる計画に変更した。3週齢マウスの腱板付着部損傷後の修復過程において、損傷部に線維軟骨層が形成されることを確認した後、モデル作製と解析を遂行中である。ScxGFP Tgマウスの繁殖およびモデル作製は概ね計画通りに進展している。幼若モデルを腱板付着部損傷後の修復過程で線維軟骨層が形成される3週齢マウスモデルに変更し、動物モデルの作製と解析を継続する予定である。また、当初の計画通りに、修復組織中のScx/Sox9共発現細胞におけるヘッジホッグシグナル制御をGli1の免疫染色により確認し、ヘッジホッグシグナル応答細胞の局在と損傷後の線維軟骨形成との関連を評価する。さらに、成熟モデル(20週齢)の修復過程におけるScx/Sox9共発現細胞の局在と修復組織形態を比較し、Scx/Sox9共発現細胞の線維軟骨修復への寄与を明らかにする予定である。3週齢

マウスの腱板付着部損傷後の修復過程において、損傷部に線維軟骨層が形成されることを確認した後、モデル作製と解析を遂行中である。ScxGFP Tgマウスの繁殖およびモデル作製は概ね計画通りに進展している。幼若モデルを腱板付着部損傷後の修復過程で線維軟骨層が形成される3週齢マウスモデルに変更し、動物モデルの作製と解析を継続する予定である。また、当初の計画通りに、修復組織中のScx/Sox9共発現細胞におけるヘッジホッグシグナル制御をGli1の免疫染色により確認し、ヘッジホッグシグナル応答細胞の局在と損傷後の線維軟骨形成との関連を評価する。さらに、成熟モデル(20週齢)の修復過程におけるScx/Sox9共発現細胞の局在と修復組織形態を比較し、Scx/Sox9共発現細胞の線維軟骨修復への寄与を明らかにする予定である。
ＯＪＴ型スクールリーダー育成プログラムの開発的研究

本研究において,スクールリーダーとして学校改善実践力を育成するプログラムを開発的研究を行った。学校の実態を可視化し、その実態に基づく学校改善プログラムを開発し、実践を通してミドルリーダーの学校改善実践力の育成を図った。例えば、高校教員は、1学校アセスメントを行い、2学校の実態を可視化した。3その課題に基づく改善プログラムを開発し、4学校組織に導入するとともに、5その成果を検証した。結果,1教職員の組織化、2子どもの学習意欲と行動の変容等が確認され,本研究の効果が一定程度確認された。本研究の目的は,スクールリーダーとしての確かな学校改善力を育成するための研修プログラムを開発することである。スクールリーダーに求められる重点能力として,以下の3点を設定し,OJTを基盤としたスクールリーダー育成プログラムの開発を本研究の目途としている。1学校を鳥瞰的にとらえ,根拠の基づいた学校の課題分析能力(スクールアセスメント能力),2学校の課題を組織的・協働的に解決する「課題解決プログラム」を構築する能力(課題解決プログラム構築能力),3学校の教職員の組織化を促し,教育改善(子どもの変容)を実現していく能力(課題解決プログラム展開能力)である。本研究では,研修プログラムの開発にあわせて,スクールリーダー育成プログラム構築の基礎となる1スクールアセスメントシステムの開発,2「課題解決プログラム」の基本モデルの開発,3「課題解決プログラム」の展開手順の開発,を合わせてすすめることとしている。本年度は,昨年度成果を踏まえ,「課題解決プログラム」の実践的開発とともに,学校の組織化を具現化するスクールリーダーの資質と能力の伸長について,検証を進めた。具体的には,教職大学院の院生の実習校,並びに小学校3校,中学校4校の研究実践協力校の協力を得て,1組織マネジメントの理論に基づき,学校の組織化による教育改善を促す「課題解決プログラム」の開発,2スクールリーダーとして求められる資質能力の伸長にかかる検証を進めた。結果,学校の課題を可視化し,組織的な協働によって課題解決を促す課題解決プログラムが学校組織に適合し,教育改善効果がエビデンスベースで確認され,課題解決プログラムの有効性が一定程度とらえられた。一方,学校経営にかかる今日的な課題や生起する問題等について,研究実践協力校の校長に聞き取りを行い,スクールリーダーとして対応を求められる課題や問題の整理を行った。本研究の目的は,スクールリーダーとしての学校改善力を育成するための研修プログラムを開発することである。スクールリーダーとして求められる主要な能力として以下の3点を設定し,OJTを基盤としたスクールリーダー育成プログラムの開発を本研究の目途としている。1学校全体を鳥瞰的にとらえ,根拠に基づいて学校課題を分析する能力(スクールアセスメント能力),2学校の課題を組織的・協働的に解決する「課題解決プログラム」を構築する能力(課題解決プログラム構築能力),3学校の教職員の組織化を促し,教育改善(子どもの変容)を実現していく能力(課題解決プログラム展開能力)である。本研究は,研修プログラムの開発にあわせて,スクールリーダー育成プログラム構築の基盤となる1スクールアセスメントシステムの開発,2「課題解決プログラム」の基本モデルの開発,3「課題解決プログラム」の展開手順の開発をあわせて進めることとしている。本年度は,昨年度までの成果を踏まえて,より効果的に教育改善(子どもの変容)を生み出す「課題解決プログラム」の開発と,その展開手順の明確化を進めた。具体的には,教職大学院院生の実習校,並びに小学校4校,中学校2校の研究実践協力校の協力を得て,1「子どもの意識と行動の構造」に適合した効果的な「課題解決プログラム」の構築,2教職員の協働を生み出す組織マネジメントの展開手順の精緻化を進め,3スクールリーダーとして求められる資質能力の伸長にかかる検証を進めた。結果,子どもの実態と課題に基づいた課題解決プログラムの効果性と,組織化を促すマネジメント展開手順の有効性がエビデンスベースで確認され,それを主体的に駆動したファシリテーター教員(スクールリーダー)の知識と技術の伸長がとらえられた。一方,学校経営にかかる今日的な課題や生起する問題等について,研究実践協力校の校長に聞き取りを行った。(1)学校を鳥瞰的にとらえ,根拠の基づいた学校の課題分析能力(スクールアセスメント能力),(2)学校の課題を組織的・協働的に解決する「課題解決プログラム」を構築する能力(課題解決プログラム構築能力),(3)学校の教職員の組織化を促し,教育改善(子どもの変容)を実現していく能力(課題解決プログラム展開能力)である。本研究では,研修プログラムの開発にあわせて,スクールリーダー育成プログラム構築の基礎となる(1)スクールアセスメントシステム,(2)「課題解決プログラム」の基本モデル,(3)「課題解決プログラム」の展開手順の開発を合わせてすすめることとしている。

本年度は,特に学校の組織化による教育改善を実現する「課題解決プログラム」を,研究実践協力校等の協力を得て開発を進めた。具体的には,教職大学院の院生の実習校,並びに小学校2校,中学校2校の研究実践協力校の協力を得て,(1)学校を鳥瞰的にとらえ,根拠に基づいて学校の課題を可視化するための「スクールアセスメントシステム」の開発,(2)組織マネジメントの理論に基づき,学校の組織化による教育改善を促す「課題解決プログラム」の基本モデルの開発を進めた。結果,学校の課題を可視化し,組織的な協働によって課題解決を促す課題解決プログラムが学校組織に適合し,教育改善効果がエビデンスベースで確認され,本プログラムの有効性が一定程度とらえられた。本研究の目的は,スクールリーダーとしての確かな学校改善力を育成するための研修プログラムを開発することである。スクールリーダーに求められる重点能力として,以下の3点を設定し,OJTを基盤とした経営的実践力育成のための研修プログラムの開発を本研究の目途として取り組んだ。具体的には,1学校の実態を可視化するスクールアセスメントシステムを開発し,根拠の基づいた学校の課題分析を可能とした。そして,2子どもの意識と行動の構造に適合した効果のある取り組みを抽出し,自校の課題に適合した課題解決プログラムを構築することを可能とした。さらに,3教育改善プログラムを組織的な協働を通して駆動させ,組織的な教育改善を実現していく学校組織マネジメントの展開手順を可視化した。このように開発した学校改善の展開手順を踏襲し,スクールリーダーの育成を目指す鳴門教育大学の現職院生が実際に自身の現任校の改善に取り組んだ。結果,県立中高一貫校,県立普通科高等学校,公立小学校において,各校の実態に応じた学校改善プログラムを開発し,それぞれの学校における1子どもの意識と行動の変容(学びへの意識の高まり,生活における規範意識の高まり),2教職員の指導の質的変容(統制型指導から支援型指導への転換),3教職員組織化(協働意識の高まり)等の変容が確認された。院生自身の自己評価において,1自校を鳥瞰的にとらえ,根拠に基づいて学校の課題を分析するスクールアセスメント能力,2自校の課題を可視化し,課題解決プログラムを構築する能力,3自校の教職員と協働し,組織的な教育改善を実現していくプログラム展開のためのファシリテート能力の高まりが確認された。また,管理職や派遣した教育委員会からの評価においても,学校改善を具現化する力量の高まりが評価された。これらのことから,本研究が一定程度の効果を示したことが確認された。学校経営実践論昨年度からの研究の蓄積である,1「スクールアセスメントシステム」の開発,2組織マネジメントの理論に基づく「課題解決プログラム」の開発,をふまえ,3「課題解決プログラム」の展開手順の明確化について,本年度計画通りに進めることができた。
超平面配置の統計科学への応用

超平面配置の理論を用いて,統計科学におけるランキングのいくつかの問題を解決した.またそのために,超平面配置の理論自体の拡張も行なった.具体的には,展開モデルと呼ばれるランキングのモデルから生成され得るランキングの集合の数を,次元による制約が最も緩い場合について理論的に求めた.またこの数を数値的に求める際には,有限体法という超平面配置における一般的な方法を用いることになるが,この有限体法自体の拡張を行なった.超平面配置の理論を用いて,統計科学におけるランキングのいくつかの問題を解決した.またそのために,超平面配置の理論自体の拡張も行なった.具体的には,展開モデルと呼ばれるランキングのモデルから生成され得るランキングの集合の数を,次元による制約が最も緩い場合について理論的に求めた.またこの数を数値的に求める際には,有限体法という超平面配置における一般的な方法を用いることになるが,この有限体法自体の拡張を行なった.統計科学に現れる超平面配置の問題のうち,今年度は主として有限体法を一般化する問題に取り組んだ.Kamiya, Orlik, Takemura and Terao (2006)では,1次元の場合のランキング・パターン数を求めるために,中面超平面配置という超平面配置を定義した.そしてその部屋の数を求めることで,ランキング・パターン数を求めた.その際,中面超平面配置の特性多項式を求めるために,有限体法を用いた.この有限体法においては,素数qに対して中面超平面配置のq-reductionを考え,そのcomplementの点の数を数えることで,特性多項式を求める.ここで用いた有限体法は,中面超平面配置に限らず,R^mの一般の超平面配置に対して考えることができる.その際に重要なこととして,本研究では,q-reductionのcomplementの点の数を数える問題は,qが必ずしも素数ではなく,一般の自然数の場合にも考えることが出来るという点に着目した.ここで得た結果は有限体法の一般化と考えることができ,具体的な超平面配置に対し,実際にq-reductionのcomplementの点の数を数え,あてはめにより特性多項式を求める際にも,計算量の観点から有効に利用することが出来る.さらに引き続き,一般にcentralとは限らない超平面配置に対しても,上の結果を拡張することを試みているところである.統計科学に現れる超平面配置の問題のうち,昨年度は有限体法を一般化する問題に取り組んだ.しかしそれはcentralなケースに関する考察であったので,この問題をより一般のnon-centralなケースにまで拡張することが,今年度の主たる目標であった.幸いこの問題を,以下のように解くことが出来た.ここで得た結果を用いれば,non-centralな整数係数超平面配置についても,そのq-reductionの補集合の点の数を数えることで,特性多項式を求めることが出来るようになった.この方法は,超平面配置が具体的に与えられたとき,その特性多項式を実際に求める際に,非常に有効である.今後はこの方法を,統計科学に現れる様々な超平面配置に適用したい.昨年度,一昨年度は,整数係数超平面配置に関する有限体法の一般化を行なった.今年度はそこで得られた一般的な結果を,統計科学において現れる具体的な超平面配置に応用することが目的であった.また計量心理における展開モデル(理想点モデルともいう)のランキング・パターン(生成されるランキングの集合)の問題についても,自明でない最大次元の場合(codimension oneのケースと呼ぶ)について解決することを目的とした.幸いこれらは目標通り,今年度,以下のように達成することが出来た.まずcodimension oneの展開モデルのランキング・パターンが,braid arrangementのsliceによるランキング・パターンとして実現されることを示した.そしてbraid arrangementのsliceによるランキング・パターンたちの全体が,ある整数係数超平面配置(all-subset arrangementと呼んだ)の部屋たちの全体と1対1に対応することを示した.その上で,braid arrangementのsliceによるランキング・パターンたち(すなわちall-subset arrangementの部屋たち)のうち,codimension oneの展開モデルのランキング・パターンと対応するものとしないものとを特定した.それにより,codimension oneの展開モデルのランキング・パターンの個数を求めることが出来た.この個数はall-subset arrangementの部屋の数を用いて表されるが,この部屋数を求めるためには,各次元ごとにallーsubset arrangementの特性多項式を具体的に求める必要がある.昨年度,一昨年度に行なった有限体法の一般化の結果を用いることにより,これらの特性多項式を(計算量の点で可能な範囲で)実際に求めることが出来た.以上の結果は,Ranking patterns of unfolding models of codimension one, H. Kamiya, A. Takemura and H. Terao, METR2010-05としてまとめられている.
末梢血単核球のサイトカインmRNA発現の定量的解析法の開発とその臨床応用

2年間で以下の基礎的検討ならびに臨床応用を行った。1.末梢血単核球のサイトカインmRNA発現の定量的測定法の開発末梢血単核球からmRNAのみを抽出し、予めコピー数のわかっているcRNA(内部コントロール)とともにRT-PCR法を施行することにより、mRNA発現を定量的に測定するassay系を樹立した。更に、in vitro、in vivoの両方の系について本法の信頼性と再現性を検討したところ定量的RT-PCR法の妥当性を得た。2.LAK細胞におけるサイトカインmRNA発現の定量的解析末梢血単核球にIL2を添加培養することによって得られるLAK細胞のサイトカインmRNAについてTNF、IL 1α、IL 1β、mRNAの発現量の変動を経時的に解析したところ、TNF、IL 1α、IL 1βの発現量が各々特異的に変動することが示された。3.臨床癌患者における癌免疫化学療法前後の末梢血単核球のサイトカインmRNA発現量1)癌化学療法剤IL2併用療法を施行した癌患者(10例)についてその療法前後での末梢血単核球のTNFmRNA発現量を測定したところ、療法後には全例で4.235.0倍の発現量の増加が認められたが、TNFmRNA発現量が症例毎に発現パターンは異なり、末期癌患者では療法前からTNFmRNAの基礎値が高い傾向を認めた。2)IL2療法を施行した癌患者(10例)についてその療法前後での末梢血単核球のTNF、IL 1α、IL 1β、mRNA発現量を測定したところ、療法後では全例でその値は増加した。以上の結果は末梢血単核球のサイトカインmRNA発現の検索における私共の工夫した定量的解析法の有用性を示していると考えられた。今後、この方法を用いて各種BRM療法におけるサイトカインネットワークの変動について解析を進めたいと考えている。本年度は以下の基礎的検討ならびに臨床的応用を行った。1.末梢血単核球のTNFmRNA発現の定量的測定法の開発末梢血単核球からmRNAのみを抽出し、予めコピー数のわかっているcRNA(内部コントロール)とともにRT-PCR法を施行することにより、mRNA発現を定量的に測定するassay系を樹立した。更に、in vitro,in vivoの両方の系について本法の信頼性と再現性を検討したところ定量的RT-PCR法の妥当性を得た。2.LAK細胞におけるTNFmRNA発現の定量的解析末梢血単核球にIL2を添加培養することによって得られるLAK細胞の殺細胞効果とTNFmRNAの発現量の変動を経時的に解析したところLAK活性の上昇に伴ってTNFmRNAの発現量が増加することが示された。3.臨床癌患者における癌免疫化学療法前後の末梢血単核球のTNFmRNA発現量の変動癌化学療法剤IL2併用療法を施行した癌患者(6例)についてその療法前後での末梢血単核球のTNFmRNA発現量を測定したところ、療法後には全例で4.235.0倍の発現量の増加が認められた。4.手術侵襲時のサイトカインmRNAの変動手術侵襲時のIL6mRNA発現がウリナスタチン(UTI)投与により抑制することが示された。最終年度は以下の基礎的検討ならびに臨床的応用を行った。1.末梢血単核球のサイトカインmRNA発現の定量的定法の開発末梢血

単核球からmRNAのみを抽出し、予めコピー数のわかっているcRNA(内部コントロール)とともにRT-PCR法を施行することにより、mRNA発現を定量的に測定するassay系を樹立した。更に、in vitro、in vivoの両方の系について本法の信頼性と再現性を検討したところ定量的RT-PCR法の妥当性を得た。2.LAK細胞におけるサイトカインmRNA発現の定量的解析末梢血単核球にIL2を添加培養することによって得られるLAK細胞の殺細胞効果とTNF、IL1α、IL1β、mRNAの発現量の変動を経時的に解析したところLAK活性の上昇に伴ってTNF、IL1α、IL1βの発現量が増加することが示された。3.臨床癌患者における癌免疫化学療法前後の末梢血単核球のサイトカインmRNA発現量の変動1)癌化学療法剤IL2併用療法を施行した癌患者(10例)についてその療法前後での末梢血単核球のTNFmRNA発現量を測定したところ、療法後には全例で4.235.0倍の発現量の増加が認められたが、TNFmRNAの発現量が症例毎に発現パターンは異なり、末期癌患者では療法前からTNFmRNAの基礎値が高い傾向を認めた。2)癌化学療法剤IL2併用療法を施行した癌患者(10例)についてその療法前後での末梢血単核球のIL1α、IL1β、mRNA発現量を測定したところ、療法後では全例でその値は増加した。4.手術侵襲時のサイトカインmRNAの変動う手術侵襲時のIL6mRNA発現がウリナスタチン(UTI)投与により抑制することが示された。
１ｋｅＶ領域での高次高調波発生とアト秒軟Ｘ線分光への展開

BIBO結晶を用いた光パラメトリックチャープパルス増幅法に基づく高強度極短パルス赤外光源を開発した。得られた出力は、繰り返し1kHz、パルスエネルギー1.5mJ、パルス幅11fs、キャリアエンベロープ位相(CE位相)安定というものであり、世界的にも先端的な光源を実現した。本光源を用いた高次高調波発生実験では、高調波の最大光子エネルギーは325eVに到達した。CE位相敏感な軟X線スペクトルの振る舞いから、250325eVにおいて孤立アト秒パルスが発生していることが示された。炭素系物質の吸収スペクトル測定にも成功し、アト秒軟X線吸収分光が可能であることが実験的に示された。当該年度は、光パラメトリックチャープパルス増幅法(OPCPA)に基づく赤外域での高強度レーザー開発を集中して行った。この光源は本研究計画の根幹をなすものであり、その成否が重要な鍵となる。一年間の光源開発によって、OPCPAの励起光源となるチタンサファイアーレーザーシステムが中段増幅器まで完成し、繰り返し1kHzで約6mJの出力を得た。この出力光をパラメトリック増幅器の励起光として用い、その一方で、差周波発生によって得られた超広帯域白色光(波長域1.12.2ミクロン)をシード光として、二段階のパラメトリック増幅をBIBO結晶中で行った。その結果、パルスエネルギー0.55mJ、パルス幅8.2フェムト秒で位相制御された赤外域高強度パルス光を得ることに成功した。この出力は、波長1.5ミクロン帯において世界最短のパルス幅である。得られた高強度赤外光を用いて、ネオンガスを媒質とした高次高調波発生実験を行った結果、光子エネルギー280電子ボルトを越える「水の窓」領域の軟X線発生を確認した。過去に波長800nmの近赤外レーザーで観測した「水の窓」領域の高次高調波と較べて、約10倍のフォトンフラックスが得られていることから、高強度長波長レーザーを用いる優位性が確認できた。また、アルゴンガスを媒質とした高次高調波発生実験では、(i)光子エネルギー100電子ボルト以下において高調波スペクトルのピーク位置がキャリアエンベロープ位相に明瞭に依存すること、および(ii)光子エネルギー100130電子ボルトにおいて連続的なスペクトルが観測された。これらの特徴は、単一アト秒パルスを発生させるために満たすための条件であり、適切な分散補償を行うことによって、100アト秒程度の軟X線超短パルスを発生出来る見通しを得た。光パラメトリックチャープパルス増幅法に基づく高強度赤外レーザーの運用を開始し、コヒーレント軟X線パルス発生実験と、高強度レーザー場での原子のイオン化に関する実験を行った。前者に関しては、「水の窓」領域の軟X線スペクトルがターゲットガスの圧力によって変化する様子を観測し、プラズマ発生に伴う高強度極短パルスの電場波形の変化として理解できることを示した。また、得られた軟X線スペクトルの位相依存性を量子シミュレーションと比較することにより、アト秒オーダーの軟X線パルスが得られていることが示された。これは、アト秒光科学を極紫外から軟X線領域へと拡大する上での大きなマイルストーンである。後者に関しては、トンネルイオン化に伴って発生する光電子が強い光電場で加速され、発生源のイオンで弾性散乱された後に再び加速されるという興味深い現象を見いだした。いずれの実験も、キャリアエンベロープ位相の制御されたサブ2サイクルの赤外極短パルスによって初めて観測された成果である。上記の研究活動と並行して、高次高調波を用いた物性実験を物性研究者と協力して行った。グラフェン中の光キャリアの緩和過程や二酸化バナジウムの光誘起相転移を時間分解光電子分光や、強磁性体の極紫外共鳴吸収分光に着手した。また、今後の光源のアップグレードのために、高効率かつ大型の透過型回折格子を開発し、その特性評価を行った。広帯域かつ高い回折効率が得られたことから、高強度赤外レーザーの高出力化についての明確な道筋が得られた。コヒーレント軟X線パルスの波長域を「水の窓」よりさらに短波長域へ拡大するために、中赤外域での高強度超短パルス光源の開発にも着手し、プロトタイプ光源において10マイクロジュールの出力を達成し、中赤外光源の原理実証にも成功した。当該年度は、光パラメトリックチャープパルス増幅法(OPCPA)に基づく赤外域での高強度レーザーを用いた高次高調波によるコヒーレント軟X線の発生実験を集中して行った。安定化を主な目的としてOPCPA光源を高度化した結果、波長1.6ミクロン帯において、パルスエネルギー0.5mJ、パルス幅9フェムト秒台(光の電場周期の2サイクル以下)の位相制御された高強度極短パルス光を常時安定に発生させることが可能となった。この高強度赤外光を用いた高次高調波発生実験を進めた結果、最大光子エネルギーは330eVまで拡大し、「水の窓」領域でのコヒーレント軟X線発生に成功した。高次高調波の発生条件を系統的に制御することによって、軟X線スペクトルの構造が80eVを超える広帯域で系統的に変化することを見いだし、発生過程における光電子の運動の軌跡(トラジェクトリー)が、光電場の半周期ごとに異なるためであることを明らかにした。

この結果は、世界最短波長での高次高調波の位相制御が実現されたことを意味しており、軟X線領域でのアト秒パルス発生の実現可能性を示唆するものである。また、上記の研究活動と並行して、以下に挙げる二つの研究開発を進めた。(1)可視域における様々な超短パルス発生手法を赤外域へ拡大するための研究開発を行った。特に赤外域でのチャープミラーの開発も進めた結果、波長1200-2200nmにわたり約一オクターブの帯域をもつ分散補償ミラーを国内企業と共同で開発した。白色光干渉計を用いた分散特性の精密測定によって、予想通りの分散特性が得られていることを確認した。(2)固体における光電子分光への展開を目指して、東大物性研・辛研究室と共同で、光誘起相転移を示す固体の光電子分光に関する研究を開始した。これまでに光子エネルギー20eV付近の極紫外光を用いたフェムト秒時間分解分光を実施した。光パラメトリックチャープパルス増幅法に基づく高強度赤外レーザーを用いて、前年度に見いだした、強レーザー場中での光電子散乱に関する実験を展開した。特に、光電子スペクトルの高エネルギー成分に着目し、光電子が加速されて親イオンに衝突する際に弾性散乱することによって、スペクトル形状とその光電場に対するキャリアエンベロープ位相依存性を定量的に説明することに成功した。本手法をもちいることによって、赤外レーザー光源のキャリアエンベロープ位相の長期安定性の測定を行い、47時間にわたって受動的に位相が保たれていることを実証した。これによって、キャリアエンベロープ位相をパラメーターとした新しいアト秒分光手法が発展することが期待出来る。上記の研究活動と並行して、高強度テラヘルツ波を用いた分子のコヒーレント回転制御に関する実験、および、極紫外フェムト秒パルスを用いた固体の時間分解光電子分光実験も行った。テラヘルツ波を用いた実験では、二つの位相相関のあるテラヘルツパルス対を用いることによって、気相分子の回転状態における二準位系コヒーレンスを制御できることを示した。固体の光電子分光実験では、物性研究者との協力の下で前年度に着手した実験を継続した結果、グラフェン中の光キャリア緩和過程の測定と、二酸化バナジウムの光誘起相転移に伴う電子状態の変化を明瞭に観測することが出来た。高強度赤外光パラメトリックチャープパルス増幅光源の高出力化を行い、1.5mJのパルスエネルギーを得た。これによって、軟X線領域の高次高調波(光子エネルギー200320eV付近)において約35倍のフォトンフラックス増大を観測した。炭素を含む薄膜サンプルの吸収分光を行い、約100秒の積算で炭素のσ結合およびπ結合に起因する吸収ピークを同定することが出来た。これにより、本研究で開発されたアト秒軟X線光源を用いて、超高速軟X線吸収分光が可能であることが示された。また、極紫外域においてアト秒ストリーク実験を行った結果、光子エネルギー100eV付近において時間幅263asのアト秒パルスが発生していることが示された。レーザー高調波の物性応用に関しては、物性研究者との協力の下で、グラフェンおよび鉄系超伝導の母物質等に対するフェムト秒角度分解光電子分光を実施し、多くの知見を得た。レーザー光源開発に関しては、赤外二波長を同時増幅する手法を実証し、その出力の差周波をとることによって位相安定な高強度中赤外パルス(波長8μm)の発生に成功した。可視域の極短パルスをプローブ光とした電気光学サンプリングによって中赤外パルスの電場波形の直接観測を実現した。中赤外パルスの時間幅70fsであり、集光点での電場振幅は56MV/cmに達した。
ゼニゴケ精子特異的膜タンパク質の受精における役割

トランスクリプトーム解析で得られた雄器床特異的配列のうち,実際に精子でタンパク質として発現しているものを探索した。得られた候補配列の中に,電位依存性イオンチャンネル遺伝子が含まれていた。興味深いことに,この遺伝子のホモログは動物や藻類など鞭毛を有する生物種には広く分布し,被子植物には存在しない。従って,このイオンチャネルの鞭毛機能への関与が示唆される。雄器床特異的に発現する転写産物に,塩基性アミノ酸に富むプロタミン様タンパク質をコードする遺伝子MpPRMが見いだされた。一般に,プロタミンは精子においてヒストンの代わりにDNAに結合している。MpPRM遺伝子に蛍光タンパク質Citrine遺伝子を融合させたコンストラクトPRMCを発現させたところ,精子そのものに強い蛍光が観察された。目視ではPRMC発現精子の運動能に異常は見られず,KClに対する正の走化性も観察された。野生株雌株とPRMC発現株を交配したところ,正常に胞子が形成された。得られた胞子の約半数がハイグロマイシン耐性を示した。以上の結果より,PRMC精子の稔性は正常であると結論づけた。さらに,野生株雌器床にPRMC精子懸濁液をかけ,30分後に造卵器を観察したところ,多数のPRMC精子が造卵器内に認めらた。一部のPRMC精子は卵に到達していた。コケ植物やシダ植物において,これまで造卵器内進入後の精子の挙動をリアルタイムで追跡することは難しかったが,今回作成したPRMC精子によりそれが容易になると期待される。さらに,配偶子が融合した後の精子核の挙動の観察にも利用できる。25年度が最終年度であるため、記入しない。これまでのトランスクリプトーム解析により,約4,000の雄器床特異的配列が得られている。その中より膜タンパク質をコードすると期待されるものを抽出した。これらのうち,plasma membrane Ca2+-transporting ATPase遺伝子(MpPMCA)の解析を行ったところ,MpPMCA転写産物がオルタナティブ・スプライシングを受け,雄器床特異的なスプライシング・バリアントのみがPMCA全長をコードしていることが明らかになった。MpPMCAは雄器床のみで機能していると予測されたが,MpPMCAプロモーターでGUSを発現させたところ,雄器床辺縁部での発現は検出されたものの,造精器あるいは精子での発現は見られなかった。従って,MpPMCA遺伝子は精子そのものでは機能していないと考えられる。上記の雄器床特異的配列に,塩基性アミノ酸に富むプロタミン様タンパク質をコードする遺伝子MpPRMが見いだされた。MpPRM遺伝子に蛍光タンパク質citrine遺伝子を融合させて発現させたところ,造精器特異的な発現が見られた。さらに,精子そのものにおいても強い蛍光が観察された。コケ植物やシダ植物において,これまで造卵器内侵入後の精子の挙動を追跡することは難しかったが,今回作成したMpPRM:citrine発現精子を用いることで観察が容易になると期待される。発現・機能解析用のコンストラクトの作成に予想以上に時間がかかっているため。JGIおよび基礎生物学研究所との共同研究により,ゲノムデータがさらに充実しつつある。今後,比較ゲノム解析および精子プロテオーム解析と合わせて精子膜タンパク質を探索し,その機能を明らかにしていく。なお, K+ transporterなどの他に見つかっている精子特異的膜タンパク質候補遺伝子については現在解析を行っている。