hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分子の状態がどこまで分かれば表面増強ラマンの増強機構を完全に理解できるのか?

今年度は、単分子接合の表面増強ラマン散乱(SERS)と電流ー電圧特性(I-V)の同時計測を行った。そして光学特性と電気特性の相関、および同時計測に基づく界面構造の決定に関して研究を展開した。特に、同時計測に基づく単分子接合の界面構造決定で顕著な成果を得た。同時計測を行った所、SERSは単分子接合形成時に著しく増強され、単分子のSERSを計測していることが示された。観測された単分子接合のSERSを詳細に解析すると、伝導度に応じて振動数が変化することが分かった。アミノベンゼンチオール単分子接合における、ラマンシフトとI-Vから決定した電気的な金属ー分子カップリング強度の相関図を解析した所、振動数が小さく、カップリングが大きい状態(状態1)と、振動数が大きく、カップリングの小さな状態(状態2)が観測された。モデルクラスターを用いて、電気的なカップリングと振動数を求め、実験結果と比較することで、状態1がbridgeサイト、状態2がhollowサイトに帰属することができた。ここで強調したいのは、振動数およびカップリング強度単体では分離出来なかった2つの吸着状態を、SERSとI-Vの情報を組み合わせることで、初めて分離出来たことである。SERSとI-Vの解析から、単分子接合における分子の吸着サイトを決定出来ることが分かったので、本手法を吸着サイトの時間変化の解析に適用した。その結果、hollowからbridgeに時間と共に吸着構造が変化している様子を明らかにすることも出来た。まず、再現性良く分子接合のラマン散乱と電流電圧特性を同時計測するために、分子接合の機械的安定性を向上させた。安定性に優れるmechanically controllable breakjunction(MCBJ)法を用いてナノギャップを作製した。MCBJとは3点曲げの要領で基板を押し曲げることで金属線を破断する手法である。MCBJ電極は微細加工技術を用いてナノサイズとすることで、単分子接合の安定性の飛躍的な向上に成功した。またMCBJ電極の絶縁層としてSi酸化膜を用い、妨害信号となる蛍光を低減するなどの独自の工夫を行った。並行して、分子接合作製部、光学計測部および電気計測部から構成される分子接合のラマン散乱と電流電圧特性を同時計測装置を構築した。作製したMCBJ電極と同時計測装置を用いて、1,4ーアミノベンゼンチオール(ABT)の分子接合のラマン散乱と電流電圧特性を同時計測を行った。。多数の接合について電流ー電圧特性(I-V)を計測した所、3つの状態(H, M, L)が優先的に形成されていることが明らかとなった。I-V特性を解析し、金属と分子の波動関数の重なり(Coupling)、電極と分子軌道のエネルギーの差、伝導度と3つの情報を得た。並行して理論計算を行い、coupling,エネルギー差、伝導度と3つのパラメータを実験値と比較することで、Hがbridgeサイト、Mがhollowサイト、Lがatopサイトに帰属された。さらにSERS強度とI-V特性の関係性を検討した所、ABT単分子が特定のBridgeサイトに吸着した時だけSERS信号がより大きく観測されることが明らかとなった。その結果、ABT単分子のMCBJ電極上の結合サイトを含む分子接合の構造同定と電子状態の決定に成功した。本年度に作製したMCBJ電極と同時計測装置を用いて、1,4ーアミノベンゼンチオールの分子接合のラマン散乱と電流電圧特性を同時計測を行った。同時計測をすることで初めて、1,4ーアミノベンゼンチオールのMCBJ電極上の結合サイトを含む分子接合の構造同定と電子状態の決定に成功した。本年度に作製したMCBJ電極と同時計測装置を用いて、SERSにおける化学効果の解明に取り組む。化学効果は、光による金属の占有準位から分子の非占有軌道、あるいは分子の占有軌道から金属の非占有準位への光誘起電子移動に由来する。従って、金属と分子間の相互作用強度つまりCoupling強度と化学効果による増強には相関関係があるはずである。実際に、一準位Andersonモデルに基づき計算をして頂いたが、Coupling強度のべき乗でSERS強度が増加することが予想された。

そこで、伝導度とラマン散乱の同時計測法により得られるCoupling強度とSERS強度の相関から化学効果の定量的評価に挑戦する。SERS増強率から化学効果に由来する増強率を差し引き、また散乱スペクトルから求めた吸収確率を考慮することで、電場増強効果による増強率を決定する。並行して、トンネル電流から評価したギャップ間隔について電磁界解析(FDTD計算)を行うことで電場増強効果による増強率を評価する。実験的に得られた増強率と比較し、本解析法の妥当性をチェックする。分子接合の電流電圧特性の計測機構の構築に際し、計測方法の工夫により計測に必要なソフトウェアについて、当初計画よりも効率的に構築できた。このため、当初の計画で計上していた電流電圧特性の計測機構の構築に必要な経費を削減することができた。このために未使用額が生じた。未使用額は次年度の薬品や基板の購入に当てる。
唾液由来顆粒球の活性酸素生成能をマーカーとした新規アレルギー診断技術開発

『研究目的』花粉症患者と健常者において、スギ花粉抗原(SBP)の刺激に応答して口腔内顆粒球と血中顆粒球が活性酸素をどの程度産生するのか?、また、その刺激応答の違いが見られるのか?という疑問に対して、化学発光法とスピンとラップ法(ESR)による検証を行った。さらに細胞の活性状態の1つの指標としてATP測定も行った。『サンプル』花粉症オフシーズンにおける男女19名(自己申告型のアレルギー症状アンケートによる花粉症9名・健常者10名)。サンプル採取の前日20時以降を絶食とし、6時間以上の睡眠をとってもらった。当日は朝食量を統一し(男女差はあり)、歯磨き後9時以降絶飲・絶食とした。昼食前の12時に採血(15ml)、うがい液(60ml)を採取し、1被験者に対してうがい液、血液当日、血液翌日の3サンプルに分け、各サンプルから顆粒球を分離、化学発光測定で1×105 cells/ml(最終濃度7.5×104 cells/ml)、ESRで1×106 cells/ml(7.5×105 cells/ml)を用いて実験を行った。『結果』顆粒球の回収量において、血液翌日で花粉症(+)が(-)より有意に多かった。化学発光値において、血液当日のSBP0.2μg/mlの刺激応答で花粉症(+)が(-)より有意に高かった。ESR測定値において、口腔内顆粒球のSBP0.2μg/mlの刺激比(DMPO-OH値/non)で花粉症(+)が(-)より有意に高かった。ATP値において、血液翌日で花粉症(-)が(+)より有意に高かった。化学発光値とATP値の関係において、口腔内顆粒球の花粉症(-)で強い正の相関関係を示した。『結論』口腔内顆粒球は、アレルギー診断のマーカーになりうる可能性が示唆されたが、産生する活性酸素の相対量に個人差があり、生成量による診断を行うには今後、サンプル数を拡大し精査が必要である。1.口腔内顆粒球の採取方法の検討採取時間(朝・昼・夜)・唾液分泌刺激剤(食塩・砂糖・蒸留水)・食事前後・ブラッシング前後・プラーク堆積量をパラメーターにして最も効率の良い口腔内顆粒球の採取方法を検討した.被験者は口腔内に歯科的疾患のないボランティア4名で行った.結果:最も採取効率の高い方法は,昼食後ブラッシングを行い1時間経過後,生理食塩水120mlを用いてうがいを行い採取する方法であった.2.花粉症患者の好中球の活性酸素産生能の評価花粉症患者6人(自己申告)の口腔内好中球(OPMN)および血液内好中球(BPMN)を採取し、スギ花粉抗原SBPおよび代表的な刺激剤であるPMAを添加した時に産生される活性酸素種(ESRスペクトル)を測定した。SBPで活性酸素産生が増加するかどうか、口腔内好中球と血液内好中球で違いがあるか調べた。結果:6人とも無刺激とSBP添加では違いはなく,SBP添加により好中球が刺激されて活性酸素産生が増加するということはないという結果であった。PMAで刺激したときもOPMNの方がBPMNより活性酸素産生が大きい傾向があったが、個人差があることがわかった。考察:今回用いた口腔内顆粒球は1×10^6cells/mLに調製したが,これが発生する活性酸素種の量は非常に小さく,ESRスペクトルによって無刺激との差を観察するには限界があった.今後は1×10^4cells/mL程度でも判定可能なフォトンカウンティング法を利用した試作診断装置を用いて精査する予定である.『研究目的』花粉症患者と健常者において、スギ花粉抗原(SBP)の刺激に応答して口腔内顆粒球と血中顆粒球が活性酸素をどの程度産生するのか?、また、その刺激応答の違いが見られるのか?という疑問に対して、化学発光法とスピンとラップ法(ESR)による検証を行った。

化学発光値とATP値の関係において、口腔内顆粒球の花粉症(-)で強い正の相関関係を示した。『結論』口腔内顆粒球は、アレルギー診断のマーカーになりうる可能性が示唆されたが、産生する活性酸素の相対量に個人差があり、生成量による診断を行うには今後、サンプル数を拡大し精査が必要である。
自主防災市民組織の防災能力の計測に関する研究

本研究では,昭和62年度、昭和63年度の研究成果をふまえて,自主防災市民組織の防災能力の維持,向上方策を提言することを目的として調査分析を行った。また,たまたまロマ・プリ-タ地震におけるボランティア活動のデ-タが入取できたので,我が国の防災市民組織との比較分析を追加し,以下のような結論と提言を得た。(1)防災市民組織の防災能力の地域比較と能力向上要因の描出昨年度までの研究において,防災市民組織の初期消火能力を判定するモデルを開発したが,それを23区及び多摩地区の全ての防災市民組織に適用し,いかなる地域差があるかを見ることにより,その能力向上の要因を分析した結果,23区の場合は,装備は高いにも拘らず参集の遅れが消火能力を弱めている事,しかもその参集力は,在宅率よりは,初期の火災覚知力の弱さ,すなわち,情報収集体制の欠如にあること,多摩地区の場合は,結成率も低く,装備力そのものがまだ不充分で,かつ水利も低いなど,ハ-ド面の充実が不可欠であることが明らかとなった。(2)市民の災害情報収集能力の向上方策上記の結果をふまえ市民の地震直後における出火を含めた被害情報収集能力を向上させるため板橋二丁目町会の防災市民組織を対象として情報収集実験を行った。その結果,情報収集能力向上のためには,口頭伝達ではなく地図を媒体とする筆記伝達によるべき事,その為に地図認識訓練が基本となる事,割り当て区域をできるだけ小さく分割し,短時間で報告させる事,地区や被害の呼称を統一するべきことなど,市民による早くて正確な情報収集のあり方について重要な提言が得られた。(3)米国ボランティア組織との比較(ロマ・プリ-タ地震より)赤十字を中心とするボランティア活動と比較した結果,ごく少数の活動的ボランティアによるリ-ダシップの有無が決定的な差となった。
日本におけるプロダクティブエイジングの定義、役割と影響

高齢者の生産的な役割を唱える概念として生まれたプロダクティブ・エイジング(ProductiveAging, PA)の枠組みを用いて、生産的活動が社会と高齢者本人にどのように影響を及ぼすかを調査した結果、日本では年金、医療、介護など基本的な保障のための制度が不安定であるため、それ故に高齢者がボランティアや就労等のプロダクティブな活動の確保が難しくなっている。高齢者がボランティアや就労等のプロダクティブな活動を始めるのは自らが選択することで活動に入ることでなければいけないが、義務感や必要にせまられて活動しているケースがある。プロダクティブな活動を促すためには、アクセス・動機・情報・促進の4つの側面から政策を練ることが必要となることが調査結果から抽出された。プロダクティブ・エイジング研究に必要と考えられる研究環境を整備することを目的とし、プロダクティブ・エイジング研究関係英語と日本語の図書・論文のデータベース(ブックリスト・内容概略など)を作成した。対象期間は、1990年から現在までの21年間、収集件数は143件。収集したデータベースは、インターネット上で閲覧できるようにホームページを製作して公開している。プロダクティブ・エイジンク研究に関するデータベースは我が国では初めての取り組みだと思う。データベースを整理し、日本におけるプロダクティブ・エイジングの定義を追求した。本概念を社会参加・ボランティア、経済と就労、介護と家事、余暇、社会支援、健康とメンタルヘルス、高齢期のイメージ・アイデンテティという7つのテーマに分けることができたが、プロダクティブ・エイジングの役割と影響はそれぞれのテーマで異なることがわかった。今後は、このデータベースを通してプロダクティブ・エイジングの概念がどのように年次的変化を経たか調査をしていく。現在は、日本の社会参加・ボランティアについてデータベースを整理し、2011年8月における中国・北京大学とアメリカ・ワシントン大学大学院が主催する第2回プロダクティブ・エイジング会議に参加し、研究発表を行う。プロダクティブ・エイジングを日本で実現していくにあたり、どのような問題意識があるかを考えていく。次年度では、プロダクティブ・エイジングの概念の研究に携わる有識者を集め、デルファイ方法を用いて問題意識とその解決方法を見出していく。我が国の高齢者の多くはより長く、より健康な暮らしを営むため、より自立し且つ生産的な高齢者が増えることを考えると、高齢者のために、社会経済的生産性がある役割を促進する必要があると考える。本研究では、高齢者の生産的な役割を唱える概念として生まれたプロダクティブ・エイジング(Productive Aging,PA)の枠組みを用いて、生産的活動が社会と高齢者本人にどのように影響を及ぼすかを調査した。また、高齢者のボランティア活動を推進する社会構造環境について報告した文献を参考に、どのような政策レベルの取り組みが必要かという点にも言及した。文献レビューの結果、我が国では年金、医療、介護など基本的な保障のための制度が不安定であり、それ故に高齢者がボランティアや就労等のプロダクティブな活動の確保が難しくなっていると考えられる。また、団塊の世代について検証すると、高齢者にとってプロダクティブな活動は自己実現につながるものでなくてはならない。しかし、介護保険をはじめとする日本のエイジング・ポリシー(高齢者政策)は、高齢者の身体と認知機能の維持と増進に焦点をあてた健康促進・介護予防施策であった。これらの研究結果を踏まえ、高齢者の「社会的機能」に焦点をあてたエイジング・ポリシーが必要であり、今後も自己実現をPAのアウトカムとして重視していくことが重要である。さらに、実態調査や有識者からの意見の分析を踏まえ、プロダクティブな活動へのアクセス・動機・情報・促進の4つの側面から政策を練ることが必要だと示唆された。
腫瘍新生血管および免疫機能増強を標的とした天然薬物由来の抗腫瘍剤の探探・開発

【研究目的】本研究は、腫瘍血管新生阻害作用および免疫増強作用を標的として、天然薬物から活性成分を単離・構造決定およびその作用機構について検討した。【研究実績の概要】Agaricus blazei(アガリクス茸)の抗腫瘍・抗転移作用成分として、血管新生抑制作用を指標として、低分子のsodium pyroglutamateを単離・同定した。その作用機構は、腫瘍血管新生抑制作用と共に脾臓免疫活性化によるCD4^+およびCD8^+T細胞の増加であることが判明した。2.Angelica keiskei根からの抗腫瘍・抗転移作用成分の単離・構造決定Angelicakeiskei根から既に、抗腫瘍成分として抗血管新生抑制作用を有するXantoangelolを単離した。さらに精査した結果、新たに4-hydroxyderricinを単離・同定した。その作用機構は、Xantoangelolとは異なり、むしろ脾臓での免疫活性化作用による抗腫瘍・抗転移効果であることを示唆した。3.新規EPA誘導体の単離・構造およびその抗腫瘍・抗転移効果魚油中のエイコサペンタエン酸(EPA)の長期保存によって生じたEPA誘導体を検討した結果、ルイス肺癌細胞(LLC)移植マウスで抗腫瘍・抗転移効果および腫瘍による血管新生阻害作用を認めた。EPA以外にEPAの2量体およびEPA hydroxyethylesterを単離・構造決定した。その作用機構は、長期保存によって生じたEPA誘導体には抗腫瘍・抗転移作用を有し、その作用機構は、O_2産生の増加による癌細胞へのアポトーシス誘導、脾臓免疫活性化によるCD8^+、NK細胞の増加および腫瘍血管新生阻害作用による複合的な作用であることが判明した。現在、上記以外の天然薬剤からVEGF-2受容体のリン酸化阻害を介した抗腫瘍・抗転移剤を見出している。【研究目的】本研究は、腫瘍血管新生阻害を標的として、数種類の天然薬材から活性成分を分離し、その構造決定およびその作用機構について検討した。また、免疫機能に及ぼす影響も併せて検討を行った。【研究実績の概要】1.研究材料として、伝統的に癌に有効であるとされている数種類の天然薬材を選択し、その一つとして、Agaricus blazeiの担子歯類を選び、その水抽出物中のMeOH可溶性分画に高転移株肺癌細胞(Lewis lung carcinoma, LLC)担癌マウスにおいて、抗腫瘍および肺への抗転移作用が認められ、また、腫瘍血管阻害作用を有することを見出した。2.上記の実験に基づいて、In Vivo評価実験での腫瘍血管新生の阻害活性を指標として、低分子の腫瘍血管新生阻害物質を単離し、その構造が^1H-NMR,^<13>C-NMRなどの機器解析から、Sodium Pyroglutamateであることを明らかにした。4.従って、Agaricus blazeiから単離したSodium Pyroglutamateの抗腫瘍および抗転移効果は、腫瘍血管新生阻害作用によるものと推定した。その詳細な作用機構に関しては更に、分子レベルで検討中である。5.脾臓リンパ球のT細胞の分布を検討した結果、担癌動物におけるCD8およびNK細胞数の低下がSodium Pyroglutamateの投与によって阻止され、また、腫瘍組織中の血管新生の減少、癌細胞のアポトシースの増加、CD8およびNK細胞数の浸潤の増加が免疫組織学的染色によって明らかにした。従って、Sodium Pyroglutamateの抗腫瘍・抗転移効果には血管新生阻害作用以外に免疫増強作用が関与していることが推定された。その詳細な作用機構は脾臓リンパ球からのサイトカインシグナルを検討中である。6.上記以外の天然薬材以外に、アユールベーダ医学で使用されている生薬から大腸癌細胞に対する抗腫瘍・抗転移作用成分を単離し、腫瘍血管を阻害することを見出した。

その作用が免疫組織学的研究から腫瘍中のHIF-1αの発現抑制を介していることを推定し、現在検討中である。【研究目的】本研究は、腫瘍血管新生阻害作用および免疫増強作用を標的として、天然薬物から活性成分を単離・構造決定およびその作用機構について検討した。【研究実績の概要】1.魚油中のエイコサペンタエン酸(EPA)の長期保存によって生じたEPA誘導体を検討した結果、ルイス肺癌細胞(LLC)移植マウスで抗腫瘍・抗転移効果および腫瘍による血管新生阻害作用を認めた。2.ヒト臍帯静脈血管内皮細胞(HUVEC)からの血管新生阻害を指標として、長期保存のEPAから新規なEPA誘導体を2種類得た。^1H-NMR,^<13>C-NMRなどの機器分析から、EPAの2量体およびhydroxyethylester体であることを明らかにした。3.EPA2量体およびHydroxyethylester体は何れもLLC癌細胞およびHUVECに対してEPAより強いDNA合成阻害作用を示し、HUVECからの血管新生阻害作用もEPAよりも強いことが判明した。4.EPA誘導体はLLC細胞からのO_2^-産生を増加した。上記化合物はVEGF誘導による血管新生も抑制した(In vivo)。5.LLC移植マウスでの癌組織中の免疫組織化学および脾臓リンパ球のT細胞分類の検討から、EPA誘導体投与は、癌移植による脾臓免疫能(CD4^+,CD8^+およびNK細胞)の低下を防止し、癌組織のアポトーシスの誘導、CD8^+およびNK陽性細胞の癌組織への浸潤および血管新生阻害作用を示した。6.これらの事実は、長期保存によって生じたEPA誘導体には抗腫瘍・抗転移作用を有し、その作用機構は、O_2^-産生の増加による癌細胞へのアポトーシス誘導、脾臓免疫活性化によるCD8^+、NK細胞の増加および腫瘍血管新生阻害作用による複合的な作用であることが判明した。7.現在、上記以外の天然薬剤からVEGF-2受容体のリン酸化阻害を介した抗腫瘍・抗転移剤を見出している。
生理活性を有する酸化ソルビシリン二量体の生合成研究

前年の本計画の実績に加え、報告者らに酸化ソルビシリン二量体の生合成鍵化合物と目される化学的に不安定な新規化合物sorbicillinolの存在を明らかにすることに成功したことから、本年度の研究は当初の計画を微修正しTrichoderma sp. USF-2690株の培養ろ液かち単離した酸化ソルビシリン二量体の生合成前駆物質と考えられるsorbicillinol、sorbicillinの生合成と、2分子のsorbicillinolからbisorbicillinolへの、及びoxosorbicillinolからbisvertinoloneへの生合成経路を明らかにすることを目的としている。まず、^<13>Cラベル酢酸ナトリウム(^<13>CH_3^<13>COONaとCH_3^<13>COONa)を別々にかびUSF-2690株の培養液に加え24時間後にsorbicillinol (1)を安定な6-O-acetyl体へと誘導して単離し^<13>Cラベル6-O-acetyl-1([1,2-^<13>C_2]-6-O-acetyl-1と[1-^<13>C]-6-O-acetyl-1)を得た。^<13>C-NMR、INA-DEQUATEスペクトルの解析から、1がヘキサケチドから従来予想されていたのとは異なる閉環様式をとって生合成されることが明かとなった。次に[1-^<13>C]-6-O-acetyl-1を加水分解して[1-^<13>C]-1とした後、USF-2690株の培養液中に添加して一定時間培養を行った。得られた培養ろ液を精製し、^<13>Cラベルsorbicillin (2)、bisorbicillinol (3)を得た。さらにCH_3^<13>COONa添加により得たoxosorbicillin (4)の添加実験により^<13>Cラベルbisvertinolone (5)を得た。^<13>C-NMR解析の結果、二量体5の生合成前駆体2分子のうち1分子は4であることが明かとなった。本年度の研究は、筆者らがこれまでかびTrichoderma sp.USF-2690株の培養ろ液からDPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl)ラジカル捕捉物質として単離した酸化ソルビシリン二量体のうちbisorbibutenolideとbisorbicillinolideの生合成経路を明らかにすることを目的としている。まず^<13>Cラベル酢酸ナトリウム(CH_3^<13>COONaと^<13>CH_3COONa)を別々にかびTrichoderma sp.USF-2690株の培養液に加え、^<13>Cラベルbisorbicillinol(1)([1-^<13>C]-1と[2-^<13>C]-1)をそれぞれ得た。次にUSF-2690株を9日間培養し、得られた菌体を滅菌水で洗滌し、滅菌水に懸濁し、そこへ[1-^<13>C]-1と[2-^<13>C]-1をそれぞれ加え培養した。10時間後と72時間後に培養ろ液をpH3にし、酢酸エチル抽出、LH-20カラム、MPLCなどで精製し、^<13>Cラベルbisorbicillinolide(3)とbisorbibutenolide(2)とをそれぞれ得た。それらの^<13>C-NMRスペクトルを解析した結果、1から2が、また1から3が生合成されることが明らかとなった。1から3を経て2が、また1から2を経て3が生合成される可能性があるので、2と3の生合成経路における関係を明らかにするため、非ラベル2と3とをそれぞれ洗滌菌体に加え、72時間培養した。しかし、2と3以外の代謝産物は存在しなかった。このことから、1から2が、また1から3が、それぞれ3、2を経由せず生合成されることが明らかとなった。また2と3は酸化ソルビシリン二量体の生合成経路の端に存在することが明らかとなった。^<13>C-NMR、INA-DEQUATE

スペクトルの解析から、1がヘキサケチドから従来予想されていたのとは異なる閉環様式をとって生合成されることが明かとなった。次に[1-^<13>C]-6-O-acetyl-1を加水分解して[1-^<13>C]-1とした後、USF-2690株の培養液中に添加して一定時間培養を行った。得られた培養ろ液を精製し、^<13>Cラベルsorbicillin (2)、bisorbicillinol (3)を得た。さらにCH_3^<13>COONa添加により得たoxosorbicillin (4)の添加実験により^<13>Cラベルbisvertinolone (5)を得た。^<13>C-NMR解析の結果、二量体5の生合成前駆体2分子のうち1分子は4であることが明かとなった。前年の本計画の実績に加え、報告者らは酸化ソルビシリン二量体の生合成鍵化合物と目される化学的に不安定な新規化合物sorbicillinolの存在を明らかにすることに成功したことから、本年度の研究は当初の計画を微修正しTrichoderma sp.USF-2690株の培養ろ液から単離した酸化ソルビシリン二量体の生合成前駆物質と考えられるsorbicillinol、sorbicillinの生合成と、2分子のsorbicillinolからbisorbicillinolへの、及びoxosorbicillinolからbisvertinoloneへの生合成経路を明らかにすることを目的としている。まず、^<13>Cラベル酢酸ナトリウム(^<13>CH_3^<13>COONaとCH_3^<13>COONa)を別々にかびUSF-2690株の培養液に加え24時間後にsorbicillinol(1)を安定な6-O-acetyl体へと誘導して単離し^<13>Cラベル6-O-acetyl-1([1,2-^<13>C_2]-6-O-acetyl-1と[1-^<13>C]-6-O-acetyl-1)を得た。^<13>C-NMR、INADEQUATEスペクトルの解析から、1がヘキサケチドから従来予想されていたのとは異なる閉環様式をとって生合成されることが明かとなった。得られた培養ろ液を精製し、^<13>Cラベルsorbicillin(2)、bisorbicillinol(3)を得た。さらにCH_3^<13>COONa添加により得たoxosorbicillin(4)の添加実験により^<13>Cラベルbisvertinolone(5)を得た。
フタロシアニン多層積層型錯体を用いた分子デバイスの創出および新規物性の開拓

本年度は、フタロシアニン多層積層型錯体の構造と磁気物性の解明という観点から、1)フタロシアニン6層積層型錯体の結晶構造解明および2)フタロシアニン多層積層型錯体の酸化還元に伴う構造・磁気特性の変化の2つについて研究を行った。1)これまでの研究より、フタロシアニン多層積層型錯体が単分子磁石として振る舞い、積層数を変化させることで分子内の磁気的な相互作用の強弱を制御できることが知られている。本テーマでは、これまでの報告されている中で最も分子内磁気相互作用の弱い6層積層型錯体の合成および結晶構造解明に成功し、6層錯体内の磁性原子は1.3 nm以上離れた距離にあることを明らかにした。従来の単分子磁石研究では、1nm以上離れた磁性イオン間の相互作用は無視できるほど小さいと考えられていた。しかしながら、6層錯体の磁化率測定を行ったところ、1.3 nm以上離れた磁性イオン間にも強磁性的な相互作用が働いており、単分子磁石特性に影響を与えうることが明らかとなった。本研究は単分子磁石設計にも応用できることから、分子磁性分野において一石を投じる結果である。2)フタロシアニン多層積層型錯体は拡張したπ共役系を有することから、多彩な酸化還元特性を示すことが明らかとなっている。これを単分子磁石特性と組み合わせることで、酸化還元に伴う磁気特性の制御が可能になると考えられる。以上の観点より、本テーマでは、フタロシアニン多層積層型錯体の高酸化状態における構造と磁気特性の解明を行った。結晶構造解析より、多層錯体は酸化に伴って分子を縦方向に圧縮するような変形を示すことを明らかにした。またこの構造変化に伴い、単分子磁石特性も大きく変化することを見出した。とくに4層・5層錯体では、これまでに報告されている中で最も多い5段階の磁気特性制御に成功した。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の最終目標である"金基盤上に配列した高積層型錯体による単分子スピンバルブ"の実現を目指し、真空蒸着に対して安定なフタロシアニン多層積層型錯体の合成を試みた。その際、以前の研究計画よりも優れた分子設計を思いついたので、それに従って合成を行った。積層型錯体を合成するにあたり、配位子として無置換フタロシアニン(Pc)とターシャリーブチル置換フタロシアニン(tertBuPc)の2種類を用いた。いずれのフタロシアニンも安定であり、Pcは基盤への付着性を高める平面性を有し、tertBuPcは錯体自体の溶解性を向上させる効果がある。今回合成した4層・5層錯体はいずれも溶媒に対して高い溶解性をもち、カラムクロマトグラフィーを用いた容易な精製が可能であった。現在これら錯体を精製し、東北大学多元物質科学研究所米田忠弘研究室の協力のもと基板上着を試みている。また、すぐれたデバイス作成のためには高温で動作する単分子磁石が必要となる。したがって単分子磁石の性能向上についても検討・実験を行い、新規にclamshell型の4層積層錯体を合成した。この錯体は、clamshell型のフタロシアニンを用いており、2つのTbPc2錯体が共有結合により連結した構造を有する。このようにすることで、Tb周りの配位環境の対称性を落とすことなくTb間に弱い相互作用を働かせることができると予想された。この錯体の溶液中での磁気特性を測定したところ、低温域において磁化率の上昇が見られたことから、TbPc2ユニット間に弱い時期双極子相互作用が働いていることが示唆された。溶液中での測定であることから、このTb間相互作用は分子内TbPc2ユニット同士の相互作用であると考えられた。また、この錯体は10 K以上の温度領域においても磁気ヒステリシスを示した。これは孤立したTbPc2の値(1.8 K)と比較して大幅に高い温度である。本研究員は、フタロシアニン多層積層型錯体を用いたデバイスおよび新規物性の開拓を目的に研究を行っている。本年度は、化学酸化によるTb錯体の磁性スイッチングを目的とした。フタロシアニン多層積層型錯体は、その磁気特性に加え、分子軸方向に拡張したπ共役系を有する興味深い系である。π共役系から電子を抜き出す、すなわち酸化することにより、その磁気特性の多段階スイッチングが可能になると予想される。本申請者は、スペイン・バルセロナ自治大学との共同研究により、3層(TbTb)、4層(TbCdTb)、5層錯体(TbCdCdTb)の多電子酸化種の単離を行い、酸化種の単分子磁石特性スイッチングを試みた。各酸化種は大気下でも比較的安定であり、固体サンプルを得ることができた。フタロシアニンの積層枚数が増えるにしたがって、より高い酸化状態まで単離することができた。特に、TbCdCdTbに関しては、電気分解により5+まで、化学酸化により4+までの酸化状態を取り出すことに成功した。また、TbCdCdTbの各酸化状態に対して交流磁化率測定を行ったところ、酸化状態にしたがって異なるSMM挙動を示した。おそらくは、酸化に伴うπラジカルの生成と分子構造の変化が単分子磁石特性のスイッチングに影響を与えていることが示唆された。

これまでの単分子磁石研究において、TbCdCdTbのように5段階の磁性スイッチングを行った例は本研究が初めてである。本年度、本研究員はフタロシアニン多層積層型錯体の酸化による単分子磁石特性スイッチングを行い、結果的にこれに成功した。今現在、さらに詳しい解析を行うことで、磁性スイッチングの機構を解明する。しかしながら、当初の研究テーマとの乖離が見られることから、上記評価とした。本年度は、フタロシアニン多層積層型錯体の構造と磁気物性の解明という観点から、1)フタロシアニン6層積層型錯体の結晶構造解明および2)フタロシアニン多層積層型錯体の酸化還元に伴う構造・磁気特性の変化の2つについて研究を行った。1)これまでの研究より、フタロシアニン多層積層型錯体が単分子磁石として振る舞い、積層数を変化させることで分子内の磁気的な相互作用の強弱を制御できることが知られている。本テーマでは、これまでの報告されている中で最も分子内磁気相互作用の弱い6層積層型錯体の合成および結晶構造解明に成功し、6層錯体内の磁性原子は1.3 nm以上離れた距離にあることを明らかにした。従来の単分子磁石研究では、1nm以上離れた磁性イオン間の相互作用は無視できるほど小さいと考えられていた。しかしながら、6層錯体の磁化率測定を行ったところ、1.3 nm以上離れた磁性イオン間にも強磁性的な相互作用が働いており、単分子磁石特性に影響を与えうることが明らかとなった。本研究は単分子磁石設計にも応用できることから、分子磁性分野において一石を投じる結果である。2)フタロシアニン多層積層型錯体は拡張したπ共役系を有することから、多彩な酸化還元特性を示すことが明らかとなっている。これを単分子磁石特性と組み合わせることで、酸化還元に伴う磁気特性の制御が可能になると考えられる。以上の観点より、本テーマでは、フタロシアニン多層積層型錯体の高酸化状態における構造と磁気特性の解明を行った。結晶構造解析より、多層錯体は酸化に伴って分子を縦方向に圧縮するような変形を示すことを明らかにした。またこの構造変化に伴い、単分子磁石特性も大きく変化することを見出した。とくに4層・5層錯体では、これまでに報告されている中で最も多い5段階の磁気特性制御に成功した。本年度は主として化合物の合成に力を入れたが、その際により簡便に実現可能な分子設計を思いついたことから、単分子ピンバルブに関するテーマについては研究がスムーズに進んだ。以上の点を踏まえ、研究全体の進歩状況はやや遅れいていると思われる。フタロシアニン多層積層型錯体の酸化に伴う単分子磁石特性の変化について、DFT計算、NMRなどの手法を用いて解析を行う予定である。また、TbCdCdTb以外の錯体についても、その磁気特性を解明し、論文としてまとめる予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。単分子スピンバルブの実現をめざし、金基板上への積層型錯体の蒸着を試みる予定である。また固体表面へのTb錯体形成に関しては、高安定性を示すようなMOFを用いることで、MOFの分解反応を抑制しつつTb錯体の導入を試みる予定である。
個人の頭部伝達関数取得のためのプラットフォームの構築とその評価

平成30年度も平成29年度と同様に,複数の個人の頭部形状を3Dスキャナを用いてスキャンした.平成29年度は耳介形状を正確に得ることができなかったため,その部分についてはアルジネート印象材および石膏を用いて造形していたが,平成30年度は,デジタルカメラを用いて多方向から撮影した耳介部分の写真から耳介形状の3次元形状を作成する方法を採用して耳介形状をある程度の精度で得ることができた.これらのことから,平成30年度は,ダミーヘッドおよび2名の個人の頭部形状を全て3次元データとして得ることができた.また,3Dスキャナでは測定困難であった頭髪部分の形状も,頭表面の寸法を基準に合わせるよう配慮した.このデータを基に,本補助金で購入した3Dプリンタで出力した頭部形状を「頭部モデル」と呼ぶ.ダミーヘッドおよび個人について測定された頭部伝達関数(HRTF)と,頭部モデルを用いて測定されたHRTFを比較した.その結果,ダミーヘッドについては,頭部モデルを用いて測定されたHRTFと,本体を用いて測定されたHRTFは高い精度で一致した.一方,個人のHRTFについては,頭部モデルのものと本人のものでは,周波数特性の概形は類似しているものの,細部では違いがみられた.この点では,平成29年度と同様の傾向であり,精度の有意な改善ができていない.平成29年度に作成した頭部モデルよりも,平成30年度の頭部モデルの方が形状の精度は上がっていると考えられるため,HRTFの測定方法についても見直しが必要であると考えている.頭部形状を正確に得る手法を確立するのが長びいた.また,頭部伝達関数の測定方法についても見直していたために,研究計画に遅れが生じている.頭部の3次元形状がある程度の精度で得られるようになったため,境界要素法(BEM)を用いた頭部伝達関数(HRTF)の推定については令和元年度に着手する.BEMによる計算には,本補助金で購入したコンピュータやスーパーコンピュータを利用して,効率の高い高速な計算が行えるよう配慮する.得られたHRTFは,平成30年度までと同様の方法でHRTFの測定結果との比較を行う予定である.ただし,平成30年度までの検討で,HRTFの測定手法にも問題がある可能性が生じたので,その部分の見直しを上記の計算と並行して行う.本研究の着想は,HRTFの個人による違いが背景としてあるため,その違いを推定できるようにすることを重視する.最終的に,個人の頭部形状の3次元測定を行うところからHRTFを推定するところまでを含めた個人のHRTF取得のプラットフォームを構築し,その有効性をできる限り多くの面から評価する.複数の個人の頭部形状を,3Dスキャナを用いてスキャンした.その際,頭部伝達関数(HRTF)の特性に大きな影響を与えると考えられる耳介の形状をスキャンしたが,耳介の形状を正確に取得することができなかった.そのため,高い精度で耳介形状を得ることを重視し,耳介形状をアルジネート印象材と石膏によって取得して耳型を作成し,それを3Dプリンタで出力した頭部形状に接着することにした.また,光を用いて3次元形状を得る3Dスキャナの原理上の制限から,個人の頭部の頭髪部の形状を得ることができなかった.その部分は,競泳用のキャップを装着して測定し,測定後に形状の編集ソフト上でスムージングを行って頭部形状とした.以上のような方法で,ダミーヘッドおよび2名の個人の頭部(頭部モデルと呼ぶ)を3Dプリンタおよび石膏で作成した.ダミーヘッドおよび個人について測定されたHRTFと,頭部モデルを用いて測定されたHRTFを比較した.その結果,ダミーヘッドについては,頭部モデルを用いて測定されたHRTFと,本体を用いて測定されたHRTFは高い精度で一致した.一方,個人のHRTFについては,頭部モデルのものと本人のものでは,周波数特性の概形は類似しているものの,細部では違いがみられた.この差の原因としては,頭髪部の形状をスムージングしたことや頭部モデルの出力に使われた樹脂と本人の皮膚などとの音響的な特性の違いなどが考えられる.境界要素法(BEM)を用いたHRTFの推定に関しては,耳介の形状を得るための検討に時間を要したため,プログラムを開発している段階である.また,今年度は耳介の形状を石膏の耳型として得ているが,プラットフォーム構築の観点では,被測定者に負担をかけるのは望ましくないと考えているので,改善策を検討中である.耳介部分の3次元形状取得の検討に時間を要したため,HRTF推定プログラムの開発の着手が遅れ,計画していたプラットフォームのうち,境界要素法(BEM)による推定の部分が未完成である.また,光を利用した3Dスキャナの原理上の制限から,3次元データとして正確な耳介形状を得ることができていない.平成30年度も平成29年度と同様に,複数の個人の頭部形状を3Dスキャナを用いてスキャンした.平成29年度は耳介形状を正確に得ることができなかったため,その部分についてはアルジネート印象材および石膏を用いて造形していたが,平成30年度は,デジタルカメラを用いて多方向から撮影した耳介部分の写真から耳介形状の3次元形状を作成する方法を採用して耳介形状をある程度の精度で得ることができた.これらのことから,平成30年度は,ダミーヘッドおよび2名の個人の頭部形状を全て3次元データとして得ることができた.また,3Dスキャナでは測定困難であった頭髪部分の形状も,頭表面の寸法を基準に合わせるよう配慮した.

このデータを基に,本補助金で購入した3Dプリンタで出力した頭部形状を「頭部モデル」と呼ぶ.ダミーヘッドおよび個人について測定された頭部伝達関数(HRTF)と,頭部モデルを用いて測定されたHRTFを比較した.その結果,ダミーヘッドについては,頭部モデルを用いて測定されたHRTFと,本体を用いて測定されたHRTFは高い精度で一致した.一方,個人のHRTFについては,頭部モデルのものと本人のものでは,周波数特性の概形は類似しているものの,細部では違いがみられた.この点では,平成29年度と同様の傾向であり,精度の有意な改善ができていない.平成29年度に作成した頭部モデルよりも,平成30年度の頭部モデルの方が形状の精度は上がっていると考えられるため,HRTFの測定方法についても見直しが必要であると考えている.頭部形状を正確に得る手法を確立するのが長びいた.また,頭部伝達関数の測定方法についても見直していたために,研究計画に遅れが生じている.境界要素法(BEM)による個人のHRTF推定プログラムの開発を早急に行う.これについては,基本的な部分は既に作成済みで,並列処理などを利用した計算の高速性についての検討を行う状況である.さらに,現状では,アルジネート印象材と石膏を用いて耳型の作成を行っており,このことはプラットフォーム構築の観点では望ましくないと考えている.その大きな理由は,現状では,正確な耳介形状の3次元データが得られておらず,BEMによって推定を行うには不十分だからである.そのため,3次元の正確な耳介形状を得るための検討を引き続き行う.その方法をなるべく早期に確立させたうえで,なるべく多くの個人の3次元の頭部形状を得る.その後,同様に3DプリンタやBEMによる推定を並行して行い,どれだけ正確に個人のHRTFを取得できるかどうかを,客観的・主観的評価を両方行い明らかとしたい.その後で,形状の簡略化の余地について検討をしたいと考えている.頭部の3次元形状がある程度の精度で得られるようになったため,境界要素法(BEM)を用いた頭部伝達関数(HRTF)の推定については令和元年度に着手する.BEMによる計算には,本補助金で購入したコンピュータやスーパーコンピュータを利用して,効率の高い高速な計算が行えるよう配慮する.得られたHRTFは,平成30年度までと同様の方法でHRTFの測定結果との比較を行う予定である.ただし,平成30年度までの検討で,HRTFの測定手法にも問題がある可能性が生じたので,その部分の見直しを上記の計算と並行して行う.本研究の着想は,HRTFの個人による違いが背景としてあるため,その違いを推定できるようにすることを重視する.最終的に,個人の頭部形状の3次元測定を行うところからHRTFを推定するところまでを含めた個人のHRTF取得のプラットフォームを構築し,その有効性をできる限り多くの面から評価する.
時間論理によるリアクティブシステム仕様のプログラム化可能性判定を行う証明システム

時間論理により記述されたリアクティブシステムの仕様の性質の分類を構文的に行う方法を構築した。リアクティブシステム仕様の性質はSafety PropertyとLiveness Propertyに分類される。安全性を保障するためにはSafety Propertyが満たされることが重要であるため、仕様からSafety Propertyを分類し、その性質を満たすリアクティブシステムを構築することも有効である。リアクティブシステム仕様の性質をこの2種類に分類する方法は、リアクティブシステムからモデルを構成してそのモデルを解析することでしか、これまではできなかった。ここでいうモデルは、状態遷移図であり、この構築には仕様の長さの指数オーダが必要である。よって、性質を分類することはリアクティブシステム仕様のプログラム化可能性と同程度の計算量を必要としていた。構文的に性質を分類することが可能になると仕様の長さの多項式時間で分類が可能となり、リアクティブシステム仕様から安全性を満たすリアクティブシステムをプログラム化可能であるかを判定することができる。よって、プログラム化可能性判定の計算量を減少させることが可能となる。また、昨年度は、モデル検査ツールの一つであるUPPAALを利用して実際のシステム記述を行い自動車ネットワークの一つであるTTCANの検証を行いその有効性を確認したが、今年度は、開発中のネットワーク管理ロボットのプログラムの検証に用いて、モデル検査手法の有効性を確認した。論理式の制限やモデル化の限定が、モデル検査においては有効であることはわかったが、今年度は仕様の性質をSafety PropertyとLiveness Propertyに構文的に分類することが可能となることがわかった。よって、性質を分類することで、モデル検査に必要とする計算時間を減らすことが可能である。また、プログラム化可能性の判定にも有効であることがわかった。システム仕様を記述する場合に、論理式の制限の実施により、より効率的にプログラム化可能性の判定が行えるかどうか分析する。さらに、システム仕様を記述時のモデルを限定することで、システム仕様のプログラム化可能性の判定が効率化されるかどうか、そして、どの程度の効率化されるかを分析し、システム仕様のプログラム化可能性の高速化を目指す。また、リアクティブシステム仕様をSafety PropertyとLiveness Propertyに分類して、プログラム化可能性を判定する場合に、各性質に特化した効率化が行えるかどうかを調べる。時間論理で記述されたリアクティブシステムの仕様の構造、つまり、論理式の形によって、実現可能性に関する各性質の関係が変化することを明らかにした。具体的には、論理式の形によっては、実現可能性と強充足可能性が同一に成る場合、実現可能性と段階的充足可能性が同一に成る場合があることを明らかとなった。この性質を利用することにより、仕様の実現可能性を判定するときに、仕様の形から、実現可能性と強充足可能性や段階的充足可能性が同一になるかを判定し、この結果に基づき、強充足可能性や段階的充足可能性の判定によって、実現可能性の判定を行うことが可能となり、高速に実現可能性の判定を行うことができるようになる。また、ネットワークをソフトウェアにより構築するSoftware Defined Network (SDN)の一つにOpen Flowがある。OpenFlowは実際にGoogleでのネットワーク構築で利用されている。ネットワークを構築するソフトウェアの検証方法にはモデルチェッキングなどの方法があるが、Coqを利用した検証方法も提案されている。Coqは定理証明を行うシステムであり、この定理証明システムを利用することで、OpenFlowプログラムの検証が可能である。従来の研究では、Coqを利用した検証方法では、ネットワーク機器が単一のみの場合の検証が可能であるが、本研究では、複数のネットワーク機器でも検証可能となる検証方法を提案した。この検証方法を利用することで、ネットワークトポロジーを与えるだけで、基本的なOpenFlowプログラムを構成することができる。理由としては、以下が挙げられる。時間論理で記述されたリアクティブシステムの仕様の構造と、実現可能性に関する各性質の関係を明らかにすることにより、実現可能性の判定が高速に行える方法を提案できた。つまり、実現可能性の判定よりも計算量が少ない強充足可能性や段階的充足可能性の判定で、実現可能性が判定できる可能性があることが明らかとなった。また、ネットワークをソフトウェアにより構築するSoftware Defined Network (SDN)の一つであるOpenFlowソフトウェアの検証を定理証明システムであるCoqにより行うことができることを明らかにした。特に、従来の研究では、Coqを利用した検証方法では、ネットワーク機器が単一のみの場合の検証が可能であるが、複数のネットワーク機器でも検証可能となる検証が可能となった。時間論理により記述されたリアクティフシステムの仕様の構造、つまり、論理式の形が限定されている場合について、リアクティブシステムの仕様のプログラム可能性の判定が容易になることが前年度の研究で明らかとなった。今年度は、この制限がモデル検査の場合に有効であるか、また、実際のプログラム化可能性の判定を行うための仕様を用意するために、実際のシステムの仕様記述を行なった。つまり、様々なシステムの仕様を記述して、実際に、本研究で開発予定のプログラム化可能性の判定システムの実験を行うための準備を行なった。さらに、この仕様記述の1つを実際のモデル検査ツールであるUPPAALを利用して実際のシステム記述を行った。UPPAALでは、システム仕様をCTLのサブセットで記述することから、論理式の形が制限されている。この場合のモデル検査における実用性について調べた。その結果、構文が限定されていたとしても、モデルの大きさに依存して、処理時間が大きくなること、そして、対象となるシステムのモデル化の仕方によって、処理時間が大きく変化することがわかった。

よって、構文の制限に加えて、モデル化の仕方が処理時間に影響を与えることがわかった。論理式の形の制限に加え、モデル化についても制限を行うことが必要であることがわかった。今年度の研究から、システム仕様を記述する際にも、論理式の形の制限が有効であるだけでなく、システム仕様を記述する際のモデル化の制限も重要であると予想される。論理式の制限やモデル化の限定が、モデル検査においては有効である、つまり、モデル検査に必要とする計算時間を減らすことに有効であることがわかった。しかし、論理式の制限やモデル化の制限が、本研究の目標であるシステム仕様のプログラム化可能性判定が高速化に有効であるかは明らかではない。よって、モデル検査における結果を利用して、プログラム化可能性の判定の高速化を目指す必要があるが、この高速化で遅れが生じている。時間論理により記述されたリアクティブシステムの仕様の性質の分類を構文的に行う方法を構築した。リアクティブシステム仕様の性質はSafety PropertyとLiveness Propertyに分類される。安全性を保障するためにはSafety Propertyが満たされることが重要であるため、仕様からSafety Propertyを分類し、その性質を満たすリアクティブシステムを構築することも有効である。リアクティブシステム仕様の性質をこの2種類に分類する方法は、リアクティブシステムからモデルを構成してそのモデルを解析することでしか、これまではできなかった。ここでいうモデルは、状態遷移図であり、この構築には仕様の長さの指数オーダが必要である。よって、性質を分類することはリアクティブシステム仕様のプログラム化可能性と同程度の計算量を必要としていた。構文的に性質を分類することが可能になると仕様の長さの多項式時間で分類が可能となり、リアクティブシステム仕様から安全性を満たすリアクティブシステムをプログラム化可能であるかを判定することができる。よって、プログラム化可能性判定の計算量を減少させることが可能となる。また、昨年度は、モデル検査ツールの一つであるUPPAALを利用して実際のシステム記述を行い自動車ネットワークの一つであるTTCANの検証を行いその有効性を確認したが、今年度は、開発中のネットワーク管理ロボットのプログラムの検証に用いて、モデル検査手法の有効性を確認した。論理式の制限やモデル化の限定が、モデル検査においては有効であることはわかったが、今年度は仕様の性質をSafety PropertyとLiveness Propertyに構文的に分類することが可能となることがわかった。よって、性質を分類することで、モデル検査に必要とする計算時間を減らすことが可能である。
ファイバー結合スクイーズド光発生と量子エンタングルメント

量子光学的手法による連続量量子情報への応用を目指し、光ファイバーベースでの新しい直交位相成分スクイーズド光発生法の検討を行った。具体的には、超短パルスを用いた従来の直交位相成分スクイーズド光発生法に対して、現在の連続量量子情報技術の主流である連続光を用いた多モード量子エンタングルメントの生成・制御技術との整合性を重視し、光ファイバーに直接結合したシリコンチップ上モノリシック微小共振器を用いた連続光励起での直交位相成分スクイーズド光の発生に関する理論的検討と、共振器設計の最適化、さらに高Q値微小共振器の作製技術の開発を行った。特に、本手法による直交位相成分スクイーズド光の発生には高いQ値と同時に小さなモード体積を持ち、さらに共振スペクトルの測定結果からモード次数を同定できる共振器の開発が必要である。そのような条件を満たす共振器として微小球共振器に着目し、シリコン基板上にモノリシックに作製することで直径20μm以下の極微小球共振器に対して10^8オーダーのQ値を達成した。WGM型共振器のQ値は放射損失、物質の散乱・吸収による損失、表面の凹凸による散乱や不純物による外因性損失等で決まり、究極的には放射損失によって上限が定められる。本研究で達成したQ値は、直径20μm以下の極微小球共振器としては従来の値を1桁以上改善するものであり、放射損失によって決まる理論限界に肉薄するものである。また、共振器を使わずに光ファイバーで直接、光と物質の強い相互作用を実現できるナノファイバーデバイスを開発した。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、光ファイバー・ベースでの高レベルスクイーズド光発生・制御技術を拡張性の高い形で確立するため、トロイド型微小共振器を用いることで連続光に対するスクイージングおよびエンタングルメント生成を目指している。トロイド型微小共振器は、シリコン基板上にモノリシックに形成されたWhispering-Gallery-Mode(WGM)型共振器であり、高いQ値と小さなモード体積を併せ持つ上、テーパーファイバーを介して一般的な単一モード光ファイバーと高効率に結合する。さらに、標準的な半導体微細加工技術であるフォトリソグラフィーとエッチングにより、性質の揃った共振器を1枚のシリコン基板上に大量に作製することができる。トロイド共振器を用いて高レベルのスクイーズド光を発生させるためには、可能な限り高いQ値を持つ共振器の作製技術を開発することが最も重要である。そこで、今年度は作製プロセスを最適化し、より高いQ値の実現を目指した。特にエッチングプロセスの等方性を高めることで、従来は直径50μm以下の小径共振器では困難だった108オーダーのQ値を得ることに成功した。さらに、共振器内で発生した高レベルのスクイーズド光を劣化させずに光ファイバー中を伝搬させるには、共振器との結合部分であるテーパーファイバーに透過率の高いものを用いる必要がある。我々は、テーパーファイバーの透過損失に関する詳細な検討に基づいた高透過率テーパーファイバーの作製技術を確立し、99%以上という極めて高い透過率を達成した。トロイド共振器を用いて高レベルのスクイーズド光を発生させるためには、可能な限り高いQ値を持つ共振器の作製技術を開発することが最も重要であり、それが達成された。作製した微小共振器の光非線形性を精密に測定し、スクイーズド光発生へと繋げる。そのために、Q値が極めて高い微小共振器の共鳴に整合し、かつショットノイズレベルの低ノイズ高安定ポンプ光源を開発する。