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電磁相互作用による中重ラムダハイパー核の生成及び精密分光手法の確立

ストレンジ・クォークを含むクォーク多体系であるハイパー核の構造研究は強い相互作用のメカニズムの解明に非常に有用な研究である。我々はハイパー核の構造を高精度で研究するため、米国・ジェファーソン研究所(JLab)の高品質な電子ビームを用いて世界最高のエネルギー分解能で幅広い質量数領域での一連のハイパー核分光実験を行っており、その第三世代実験が2009年の8月から11月にかけて行われた。この実験に我々は散乱電子側に新たな電磁スペクトロメータ・HESを設計・制作して臨み、データ収集は成功裏に終わった。21年度における主な研究目標は実験のデータ収集と解析を行うことであったが、私の果たすべき役割は主に1.粒子検出器の実験室へのセットアップ、2.データ収集システムの管理、3.データ解析プログラムの改良、の3点であった。これらの作業を行うため2008年7月から2009年11月までJLabに滞在した。1、2の検出器及びデータ収集システムに関しては本実験の前までに準備を完了し、実験中も特に大きなトラブルもなく動作していた。3の解析プログラムについては現在細かいパラメータ調整やデバッグなどを行っている最中であるが、実験中のオンライン解析の精度では充分な役割を果たした。とくに陽子(実際にはCH_2)標的を用いたエネルギー校正用のデータにおいて素過程の反応によるラムダ、シグマ粒子のピークを確認することができ、また^<12>_ΛBの基底状態のピークも実験中に確認することができた。これらの結果は解析に使用したスペクトメータの計算磁場マップが10^<-3>程度の精度で正しいことを示しており、今後の解析を進める上でも非常に重要な進展である。現代物理学における課題の一つである強い相互作用の解明のためには、ストレンジ・クォークを含むクォーク多体系であるハイパー核の構造研究が大きな役割を果たす。本研究は米国・ジェファーソン研究所の高品質な電子線加速器・CEBAFを用いて世界最高のエネルギー分解能で幅広い質量数領域でのハイパー核の構造を解明し、ひいてはラムダ粒子と核子間の相互作用を理解することが目的である。このために我々は散乱電子側に新たな電磁スペクトロメータ・HESを設計し、製作の段階に入っていた。19年度における主な研究目標は1.HESの磁石系を完成させること、2.HESの検出器の開発、3.シミュレーションを用いた解析コードの開発の3点であった。1については日本での製作が秋に完了し、磁場測定を行った上で一部を除いてジェファーソン研究所に輸出が完了した。2,3については2005年に我々が行った第二世代の電子線ハイパー核実験の解析結果を踏まえ、ジェファーソン研究所に常駐している研究者と数度にわたる綿密な打ち合わせを行った上で研究を遂行した。検出器についてはHESの時間検出器を完成させ、K中間子を判別するための水チェレンコフカウンターとともに東北大学核理研においてテスト実験を行い、性能を確認した。また、解析コードについては詳細なシミュレーションを基にして従来のものより高速かつ正確な解析コードの開発を行った。これにより従来のものより正確なエネルギー校正用のデータが必要なことが判明し、新たな試みとして水標的の開発も開始した。本研究は米国・ジェファーソン研究所(JLab)の高品質な電子線加速器・CEBAFを用いて世界最高のエネルギー分解能で幅広い質量数領域でのハイパー核の構造を解明し、ひいてはラムダ粒子と核子間の相互作用を理解することが目的である。このために我々は散乱電子側に新たな電磁スペクトロメータ・HESを設計・制作した。20年度における主な研究目標は1.粒子検出器の動作確認、2.実験装置設置の準備・打ち合わせ、3.シミュレーションを用いた実験データ解析コードの開発の3点であった。1については2008年7月からJLabに滞在し、予定通り飛行時間検出器・粒子位置検出器の動作テストを行い、十分な性能が出ていることを確認した。2についても、滞在開始時から現地研究者・技術者と綿密な打ち合わせを行い、特に電子ビームラインの設置についてJLab加速器グループと議論した。2009年3月から実際に実験装置の実験室への設置が開始されている。3については前年度に引き続いてラムダ粒子・シグマ粒子を解析プログラムの開発・メンテナンスを行い、実際の実験条件に即したプログラムの開発を進めている。この他、本実験で新たに必要となるデータ収集プログラムのメンテナンスにも着手し、テストベンチでの動作テストを行っている。

これらの作業を行うため2008年7月から2009年11月までJLabに滞在した。1、2の検出器及びデータ収集システムに関しては本実験の前までに準備を完了し、実験中も特に大きなトラブルもなく動作していた。3の解析プログラムについては現在細かいパラメータ調整やデバッグなどを行っている最中であるが、実験中のオンライン解析の精度では充分な役割を果たした。とくに陽子(実際にはCH_2)標的を用いたエネルギー校正用のデータにおいて素過程の反応によるラムダ、シグマ粒子のピークを確認することができ、また^<12>_ΛBの基底状態のピークも実験中に確認することができた。これらの結果は解析に使用したスペクトメータの計算磁場マップが10^<-3>程度の精度で正しいことを示しており、今後の解析を進める上でも非常に重要な進展である。
ZSM-5系ゼオライトによるベックマン転位反応の活性劣化機構の解明

シクロヘキサノンオキシムのベックマン転位反応を効率よく行うための固体触媒の開発を目的として研究を行った。これまで行った研究結果を参考にして、ZSM-5型構造を持つメタロシリケートを種々合成してε-カプロラクタムへの選択性と活性劣化速度を検討した結果、酸強度が最も小さいインディオシリケートが最も小さな活性劣化速度を持つことが分かった。さらに、このシリケートに少量の貴金属を担持し、アルコールを希釈溶剤、二酸化炭素を希釈ガスとして反応を行うと、その劣化速度が著しく減少した。また、貴金属の種類を変えた実験から、白金が最も劣化制御作用が大きく、ロジウム、パラジウム、リテニウムの順序になった。この序列はプロピレンの完全酸化活性のそれと同一であることから、二酸化炭素あるいはアルコールにある酸素が貴金属触媒により生成し、これが触媒表面にある炭素析出物と反応するメカニズムが有力となった。さらに、二酸化炭素の効果を検討する目的で、希釈ガスとして水素を用いて老化させた触媒の活性回復効果を測定したところ、数時間後には、反応開始時と同程度まで活性が戻った。これらの結果は、上述した白金をはじめとする貴金属の効果を明確にするものと考えられる。このように触媒の改良と共に触媒を使用する雰囲気を変更することによって、ベックマン転位反応用としては、現段階で最長の寿命を有する触媒にすることができた。さらに、触媒寿命の評価方法についても新しい考え方を導入し、これを用いることによって、過去に行われた同一反応の触媒評価が簡単になった。
エスノ認識論とそれに基づくメタ認識論の探究

平成28年度にスティッチ教授やガネリ教授らと協力し、Ethno-Epistemologyと題した国際会議を開催し、言語学者、社会心理学者、人類学者らを招いて学際的な会議を成功させた。また、スティッチ教授らと共同編集した論文集Epistemology for the Rest of the Worldをまとめ上げ、最終的にオックスフォード大学出版からの出版が正式に決まった。これはエスノ認識論に特化した最初の論文集であると言える。日本語の「知っている」と「分かっている」の認識論的に重要な文脈における振る舞いの大きな違いを明らかにし知識概念の複数性を指摘した論文もその中の一遍として出版される。今年度はまず意味論と語用論の関係に関する理論的考察としてwhat is saidの意味内容を知識の内容として「知識条件」を真理条件の代わりに与える、というこれまでの考えをトラヴィスの文脈主義とゲティアー例の考察と結びつけ、そこから文脈主義と真理のデフレ主義とは整合的ではない、という結論を導き出した(科学基礎論学会で発表)。これは意味論と語用論だけでなく、意味と真理との関係を考える上でも重要な成果である。現在、これの延長として語用論が関わる発話に対する日常言語の真理述語(日本語では「本当だ」も含む)の使用の言語的差異についての調査を行っている。次に、実験哲学的手法で、後知恵バイアスの文化的差異によって知識帰属の差異が生じるのかを日本人とアメリカ人で比較し、日本人とアメリカ人の比較だけでなく、「知っている」と「分かっている」の差異についても興味深い結果を得た(中国で開催された認識論と認知科学の国際会議で発表)。これは来年度開催する国際会議でもコアとなる成果である。さらに、今度は指示の理論について、文化的に異なる地域の言語使用に従う用意があるか、という問題について、アメリカ人と日本人を対象に比較調査を行い、仮説と整合的な結果を得た(アメリカのバッファローで開催された実験哲学会議において発表)。また、実験哲学を外在的視点から批判的に考察する特集を学会誌にて企画し、ゲスト・エディターを務めた。別のタイプの成果として、実験哲学の方法論にする考察から、アンケート調査の参加者が楽しみながらより誠実に回答するようになる工夫を考案し、特許を申請した。今年度(平成27年度)は来年度開催の国際会議に向けて、発表の募集、選考、プログラム作成などを行う一方、会場や宿泊施設の確保などを遂行した。また認識論の研究においては日本語の「知っている」と「分かっている」の調査を行い、両者の語用論的かつ意味論的な違いを明らかにし、その認識論的な含意をまとめて一つの論文として完成した。これは現在編集を行っている論文集の論文の一つとして出版する予定である。さらにこの論文集のために、研究協力者であるスティーブン・スティッチらとともに認識論における言語的・文化的差異についての研究のManifestoを執筆し、論文のとりまとめ、配置、序文の執筆など編集の仕事を行った。これと並行し、日常言語の意味論の探究として、文脈主義的な意味論と真理条件的意味論との関係をゲティアー例に見られる偶然的真理の観点から考察し、トラヴィスらの文脈主義とホルヴィッチらのデフレ主義(ミニマリズム)は整合的ではないと論じる発表を科学基礎論学会で行った。これはまた、発話や信念の内容を真理概念を用いるのではなく、プリミティヴなものとしての知識の内容に基づいて捉えるknowledge-first semanticsという新たなアプローチの提案に繋がる。この研究についてはそうした意味論を徳理論との関係から捉え直し、「徳意味論」として解釈する発表を台湾のSooChow大学で発表し、またその意味論に基づきゲティアー例そのものや銀行例、シマウマ例などを捉え直することでむしろ(認識論的文脈主義でなく)insensitiveなinvariantismを導き出す、という発表を北京大学で開催されたウィリアムソン会議で発表した。本課題に関して開催する国際会議(Ethno-Epistemology)の発表申し込みは世界から多数あり、準備は順調に進んでおり、論文集についても目次に至るまで詳細が決定した。また認識論と日常言語の意味論の研究についても、「知っている」と「分かっている」の間に認識論的に興味深い差異があることをデータとして示すことができ、他方文脈主義的な意味論と認識論との関係を具体的に描き出すことができたため。日本語の「知っている」と「分かっている」については、これまで主にその使用の語用論的な違いが研究されてきたが、意味論的な違いについての研究があっても認識論的に興味深い命題的知識に絞った研究は少なく、ましてやその経験的探究は行われて来なかった。他方、英米の認識論においては、知識についての議論や考察は、knowが当然のように前提され、言語的な差異についての考慮はなされて来なかった。研究代表者は、前年度までの調査で得られた「知っている」と「分かっている」の有意な違いをもとに、さらにそれを英語のknowのデータと比較することで、意外にも、日本語のknowに対応する語としては、「知っている」よりも「分かっている」の方が近いということを明らかにした。だが、「知っている」も知識述語である以上、これは世界の言語の知識述語が様々な知識概念を表している、という知識の多元主義を支持するデータとなった。研究代表者は、これを論文('"Know" and Japanese Counterparts;“Shitte-iru" and “Wakatte-iru"')にまとめ、認識論における言語的多様性の含意についての他の論文とともに、ラトガース大学のスティッチ教授らと共同で論文集Epistemology for the Rest of the Worldにまとめた。

研究代表者はそこで、筆頭編集者として、序論やマニフェストの執筆(マニフェストはスティッチ教授と共著)も行った。この論文集はこの度オックスフォード大学出版からの出版が決まった。また、6月にはEthno-Epistemology Conferenceと題した国際会議をスティッチ教授やNY大学のJ・ガネリ教授らと金沢で開催し、世界の著名な認識論者、言語学者、社会心理学者、人類学者を交えた刺激的で活発な議論を行うことで、認識論への新たな貢献ができた。以前より準備してきた論文集の出版が決まり、また28年度の国際会議に基づく新たな論文集の準備も順調に進んでいる。後者の論文集は、前者のものより内的な整合性や統一性がより取れていると言え、内容的にも論文の質が高いと期待される。その冒頭のManifestoにおいては、Stephen Stichと共に、言語的差異が認識論に対し持ちうる帰結の重要さを論じ、論文'"Know" and its Japanese counterparts Shitte-iru and Wakatte-iru'においては、具体的に「知っている」と「分かっている」の知識述語としての使用に大きな違いがあることを経験的データをもとに示し、英語の"know"と異なる知識概念があるということ、およびそのことの帰結を論じた。その他、審査中であるが、真理概念についても大きな言語的差異が存在し、しかもそれが政治・道徳的要素の影響によって生じることを発見し、論文としてまとめた。その後の研究の成果を含め、それらの結果は(独立の論文として)香港、韓国、ニュージーランドで発表された。さらに、StichやMacheryらとの共同研究Intellectual Humility Projectの成果が複数の論文にまとめられ、異なる国際誌に掲載が決まった。平成28年度にスティッチ教授やガネリ教授らと協力し、Ethno-Epistemologyと題した国際会議を開催し、言語学者、社会心理学者、人類学者らを招いて学際的な会議を成功させた。また、スティッチ教授らと共同編集した論文集Epistemology for the Rest of the Worldをまとめ上げ、最終的にオックスフォード大学出版からの出版が正式に決まった。これはエスノ認識論に特化した最初の論文集であると言える。日本語の「知っている」と「分かっている」の認識論的に重要な文脈における振る舞いの大きな違いを明らかにし知識概念の複数性を指摘した論文もその中の一遍として出版される。理論的考察において意味についての考えに独自の見解を打ち出すことができ、そこから日常言語の真理述語の経験的調査へと繋がることになったこと。また、これまで行ってなかった文化心理学的な差異についての調査を認識論の研究と繋げ、成果を得たこと、など。特許を申請したことも大きい。まずは6月の国際会議を成功させることが最大の目標であるが、それと並行して平成28年度中を目標として論文集の出版手続きを進めたい。
超電導共振器中のマイクロ波を用いた低温分子ビームの操作と基礎物理研究への応用

本研究では、精密測定を通じた高エネルギー物理学の研究に供することを目的に、低温低速の分子ビーム源の開発や、分子ビームの減速器・集束器となる超伝導マイクロ波共振器の開発を行った。また、常電導体のマイクロ波共振器を使用して、実際に分子の集束を実演した。また、低温低速分子の検出のためにレーザー周波数の安定化が必要であるが、そのために超低膨張素材でできたエタロンを作成し、それを用いて400 nm帯の主要な原子共鳴線について絶対周波数を測定した。本研究の目的は、超伝導共振器中で大幅に増強されたマイクロ波を用いて、低温分子ビームを集束・減速し、高指向性・低速の低温分子ビームを実現し、低温分子ビームを用いる高エネルギー物理学の精密測定に寄与することである。期間の前半で、マイクロ波の定在波と極性分子の相互作用(acシュタルクシフト)を利用し、共振器内を通過する分子ビームに対しレンズとして働く集束器や、時間変化するマイクロ波定在波を利用して分子ビームの運動エネルギーを奪う減速器を完成させる計画である。今年度では、昨年度までに行っていた超伝導共振器の性能評価と、分子ビームの集束・減速の原理について論文をまとめ、発表した。これを基に、全長約50cmの超伝導共振器を作成し、実用上十分な集束・減速能力をもつシステムを組上げ中である。また、ブリティッシュ・コロンビア大学との共同研究により、逆回転ノズルと呼ばれる低速分子ビーム源を用いて、液体窒素温度での銅製の共振器を用いた実験で分子の集束の効果を確認した。また、分子ビームの予備冷却を行うため、低温金属セル内で固体ターゲットにパルスレーザーを照射して局所的・瞬間的に分子気体を生成し、約4Kのヘリウムガスと衝突させてセルの壁の小孔から噴出させることで、中速度、低温の分子ビームを得るバッファーガス冷却法の開発を進めた。一酸化鉛(PbO)をターゲットとして用い、約4Kでの低温PbO分子気体の生成に成功した。検出はレーザー誘起蛍光法とFM変調吸収分光法を用い、どちらの手法も有効であることを確認した。今年度では、ブリティッシュ・コロンビア大学との共同研究で、逆回転ノズルと呼ばれる低速分子ビーム源を用いてマイクロ波分子集束を行った実験について論文を発表した。また、富山大学においても、全長約50 cmの超伝導共振器を作成し、実用上十分な集束・減速能力をもつシステムを作成中である。この超伝導共振器について、約10 Wのマイクロ波パルスの入射に対しても100万近いQ値が得られることを確認し、高強度マイクロ波入射による加熱からくるQ値の低下が軽微であることを確認した。このことから10 kV/cm程度の交流電場が得られていると期待され、これは集束・減速を行うのに十分な電場強度である。また、超伝導共振器に導入する前段階の、中速度、低温の分子ビームを得るために、レーザーアブレーションによるバッファーガス冷却法の開発を進めた。一酸化鉛(PbO)分子について、液体ヘリウム温度での分子ビームの生成に成功した。PbO分子気体の生成量についてアブレーションレーザーの強度依存性について調べ、10 mJ/mm2程度が最適であることを確認した。分子ビームの温度や並進速度などの特性評価も行い、140 m/s程度の分子ビームが得られていることを見た。今年度では、ヘリウムバッファーガス冷却によるPbO分子ビームの改良をまず行い、前年度に比べて分子ビームのフラックスは2桁程度改善した。バッファーガス冷却を行う4 Kの金属セルの開口の最適化(直径2mmから直径5mmに変更)が最も改善に寄与した。また、減速・集束された分子ビームの光学的検出のためには、レーザー周波数を1 MHz程度の精度で安定化させる必要がある。今年度では、超低膨張率ガラス製のエタロンを購入し、既存の波長計と組み合わせて、1 MHz精度のレーザー周波数測定計を作成した。エタロンのスペーサーの素材にはオハラ社のクリアセラムを用い、それを真空中で温度を安定化させた。一定速度の周波数ドリフト(約0.3 MHz/day)があるものの、非常に安定な周波数参照器として利用できた。ミラーには低分散ミラーを採用することで、数十nmにわたって一定の自由スペクトル領域を持つエタロンとなり、多数の共鳴線を持つ分子分光に役立つ仕様になっている。PbO分子と同じく、カリウム原子も405 nm付近に共鳴線を持ち、この共鳴線の絶対周波数がある程度の精度で求まっているため、これを基準の周波数とし、この超低膨張率エタロンを光周波数の物差しとして、PbO分子の共鳴周波数を数MHzの精度で決定する実験を進めている。

本研究の目的は、超伝導共振器中で大幅に増強されたマイクロ波を用いて、低温分子ビームを集束・減速し、高指向性・低速の低温分子ビームを実現し、低温分子ビームを用いる高エネルギー物理学の精密測定に寄与することである。今年度では、ヘリウムバッファーガス冷却による低温PbO分子ビームについて、差動排気系や吸着ポンプ系の改良を引き続き行い、ビーム源から40 cm離れた位置でも十分な量のPbO分子が検出できるようになった。また、低分散ミラーと超低膨張率ガラススペーサーのエタロンによる、MHz精度の高精度レーザー周波数測定計を完成させた。これを用いて400-420 nm帯のCa,Rb,In,K,Ga,Ybの各原子種の主要な共鳴線の絶対周波数を測定した。測定はヘリウムバッファーガス冷却による低温原子ビームを用いた分光と、蒸気セルによる飽和吸収分光で行った。これらの共鳴線の多くはこれまでに数百MHzの精度でしか測定されていなかったが、我々はこれらを周波数比としては数MHzの精度、絶対周波数としては数MHz数十MHzの精度で測定した。この結果は論文にまとめられ、Appl. Phys. B誌への掲載が決まった。PbO分子のX→B電子状態間の遷移についても同様な測定を行っており、3種類の同位体について約40本の共鳴線を高分解能で測定した。また、レーザーの周波数をこのエタロンに対して安定化させることで、ドップラー幅の小さいPbO分子ビームについても安定した検出が可能になった。本研究では、精密測定を通じた高エネルギー物理学の研究に供することを目的に、低温低速の分子ビーム源の開発や、分子ビームの減速器・集束器となる超伝導マイクロ波共振器の開発を行った。また、常電導体のマイクロ波共振器を使用して、実際に分子の集束を実演した。また、低温低速分子の検出のためにレーザー周波数の安定化が必要であるが、そのために超低膨張素材でできたエタロンを作成し、それを用いて400 nm帯の主要な原子共鳴線について絶対周波数を測定した。一昨年度のクライオスタットのリークの修理による遅れが尾を引いているため。27年度が最終年度であるため、記入しない。物理学研究計画にやや遅れが生じているが、当初の計画の内容通り進めていく。電子の永久電気双極子モーメントについては、海外の他のグループが非常に高い精度の測定を既に報告しているため、それとは別のT,P非保存の物理の探究に有利な分子(TaNなど)を用いた研究を進める。既存の液体ヘリウムクライオスタットに合わせて共振器等の装置を作成しており、少し不便な構造になっている。そのため熱流入や真空シール部からのリークの修理等に時間がとられ、計画よりやや遅れが生じている。超伝導共振器を冷却するためのクライオスタットのリークの修理に時間と予算が大きくとられたため。おおむね計画通りに予算執行をしているが、消耗品の購入が若干新年度にずれこんだため。当初の計画通りである。研究計画にやや遅れが生じており、時間軸上での変更はあるが、当初の計画の内容通り進めていく。電子の永久電気双極子モーメントの測定については、海外の他のグループが非常に高い精度の測定を報告しており、それと競合しない類似研究(例えば核子の永久電気双極子モーメントの測定)などに取り組む。ずれこんだ消耗品の早期購入を含め、当初の予定通り予算執行を行う。
温度眼振反応における耳石器と半規管感覚細胞の役割

温度眼振反応では、左右迷路を別々に刺激することができるため、めまい患者の一側迷路傷害の有無を調べるために欠かせない。眼振発現の原動力は主として外側半規管の内リンパ対流と考えられてきたが、スペースラボでの実験により活発な温度眼振の存在が明らかになり、また温度眼振を三次元分析する事により、対流以外の要素も大きく関与することが報告されている。本研究では、半規管の内リンパ対流が選択的にブロックされた、半規管遮断動物の温度眼振を三次元分析し、(1)外側半規管を遮断しても温度眼振反応の大きさに著明な変化は見られなかった。(2)遮断術後には、対流により生じ、頭位に依存するが、頭位を考慮して空間座標から見ると重力と直角で空間に固定された反応が、頭部に固定された反応となった。(3)重力に平行な成分は、空間に固定され、遮断術後には一相から最も大きな成分として記録された。これらの結果は、内耳に生じた温度変化が、内リンパ対流を介さずに、十分大きな半規管神経放電を生ずること、および直接または中枢を介して耳石器の関与も大きいことが、明らかになった。しかし、内リンパ対流を介さない反応として、内リンパ液の体積変化などなお感覚細胞を介するものと、神経末端直接の温度変化の影響との区別、さらに、中枢前庭系を介さずに、直接耳石器への温度変化が眼振を生じうるか否かについてまでは、当該期間内には明らかにすることができなかった。前庭眼反射は本来、三次元空間における空間知覚をサポートするための反射であり、その一つである温度眼振は三次元の眼球運動として分析されるべきである。精緻な前庭生理学的研究で知られるニューヨーク大において、申請者は共同研究者とともに、半規管遮断手術を受けた十頭のカニクイザルより、手術前後に冷刺激温度眼振を、座位およびこれと直角な四頭位で記録した。この温度眼振記録の生データとその解析プログラムを、インターネットを介して提供を受け、本邦において解析し、最大緩徐相速度および時定数を計測した。その結果、以下のことが明らかになり、学会で報告した。(1)眼振反応の大きさは個体差が大きいが、左右耳・頭位による差は小さかった。また、遮断の組み合わせによる一定の傾向はみられなかった。(2)眼振の方向は刺激耳側および重力方向に依存した。すなわち、サルでは内リンパ対流が温度眼振発現の絶対条件でないこと、および、対流を除いた状況でも重力の関与が重要であることが分かった。これらの結果より、限局的な有毛細胞and/or神経終末傷害動物による温度眼振の検討が待たれる。動物の扱い易さ、データ採取の非浸襲性のてんから、当初のモルモットを用いた実験計画を変更し、鳩の頭振をVTR3次元分析する方向で、実験装置を組み直し、方法の確立を進めている。本年は、これらの結果をまとめて新井が2つの国際学会に報告すると共に、論文にまとめた。

内リンパ対流を介さない反応として、内リンパ液の体積変化などなお感覚細胞を介するものと、神経末端直接の温度変化の影響との区別、さらに、中枢前庭系を介さずに、直接耳石器への温度変化が眼振を生じうるか否かについてを検討する目的で、ハトの頭振指標とした実験系を構築した。回転後眼振を頭部運動の回転成分を三次元に分析することが可能となり、11月の学会で西田が発表した。しかしこの解析には未だ極めて長い解析時間を要するため、当該期間内には内耳の部分的感覚細胞傷害動物を作成するに至らなかった。
循環系神経調節におけるペプチドの中枢性作用

1.ペプチドの中枢内作用部位の1つと考えられている視床下部室傍核激の血圧、心拍数と腎交感神経活動(RSNA)に対する効果を調べた。ウレタン・クロラロース麻酔したラットで室傍核を電気あるいはグルタメート刺激するとRSNAの滅少を伴った降圧反応が、1方覚醒ラットではRSNAの増加を伴った昇圧反応が見られた。したがって、室傍核ニューロンは交感神経系を介して血圧の昇圧と降圧調節系に関与していること、そして麻酔によってこれら2つの調節系のバランスが強く影響されることが分かった。今後ペプチドの中枢作用を調べてゆく上で麻酔の影響を考慮する必要性が改めて示唆された。2.ペプチドの脳室内投与の血圧、心拍数とRSNAに対する効果を麻酔下及び覚醒ラットを用いて調べた。(1)、アンギオテンシンII(AII)は用量依存性に血圧上昇とRSNAの減少を引き起こした。心拍数は麻酔ラットでは変化しなかったが、覚醒ラットで減少した。これらの反応はAII拮抗剤のサララシンで消失したのでAIIリセプターを介すること、また受容器からの求心線維を切断した麻酔ラットでもAIIによるRSNAの減少が見られたので、RSNAの抑制反応は圧受容器を介する2次的なものでないことが示唆された。腎血流はAII投与で変化しなかったので、観察したRSNAの減少はレニン分泌や尿細管でのナトリウムの再吸収など腎血行動態以外の機能に関与していることが示唆された。(2)、心房性ナトリウム利尿ペプチド(ANP)単独投与では血圧、心拍数とRSNAは変化しなかった。しかし、ANP前投与でAIIによる血圧上昇と徐脈反応が減弱した。RSNAの抑制反応はANPで影響を受けなかった。したがって、ANPとAIIの心・血管系に対する作用部位と腎機能に対する作用部位が異っている可能性が示唆された。1.神経ペプチドの中枢作用部位の1つと考えられる視床下部室傍核(PVN)刺激の血圧と腎交感神経活動(RSNA)に対する効果を調べた. (1).ウレタン・クロラローズ麻酔したラットのPVNを微小電気刺激(10-25μA)すると, RSNAの低下を伴った降圧反応が, 1方強い電気刺激(75-100μA)ではRSNAと血圧の一過性の上昇それに続く低下の2相性反応が見られた. RSNAの抑制と興奮反応の潜時は各々50-100ms,200msであった. (2).PVNへのグルタメイト(0.5M,80nl)注入によって, RSNAと血圧の低下が起こった.この結果は, PVN刺激による交感神経活動低下を伴った降圧反応は,通過線維でなくPVNの細胞の興奮によることを示している. (3).循環反応は麻酔により影響を受けることがよく知られているので,無麻酔ラットのPVN刺激の効果を調べた.慢性的にPVNに刺激電極あるいは化学刺激用ガイドカニューレを留置したラットを用いて,ネンブタール麻酔下で血圧測定用カニューレと腎交感神経に記録電極を装着した.手術終了後24-48時間後, PVN刺激に対する血圧とRSNA反応を調べた.麻酔下と異なり,電気,グルタメイト刺激によってRSNAの増加を伴った昇圧反応が見られた.2.側脳室投与のアンジオテンシンII(AII)と心房性ナトリウム利尿ホルモン(ANP)の血圧とRSNAに及ぼす効果を調べた.ウレタン・クロラロース麻酔したラットでAII投与により用量依存性に血圧上昇とRSNAの抑制反応が見られた.

このRSNAの抑制が圧反射を介するものかどうか目下検討しているところである. ANPの単独投与では変化が見られなかったが, AII投与後ANPは血圧とRSNAの低下を引き起こした.次年度,これらAIIとANPの中枢内作用部位及び作用機序について解析を進める.また麻酔の影響についても調べる.脳室内投与神経ペプチドの血圧、心拍数と腎交感神経活動(RSNA)に及ぼす効果を覚醒及び麻酔ラットを用いて調べた。1.アンギオテンシンII(AII)慢性的に留置したガイドカニューレを介して、覚醒ラット側脳室内にAIIを投与すると、用量依存性に血圧上昇、心拍数滅少を伴ってRSNAの滅少が見られた。これらの反応はAIIリセプターの括抗剤であるサララシンの脳室内前投与で消失したので、中枢内AIIリセプターを介すると考えられる。ウレタン・クロラロース麻酔したラットでもAIIにより血圧上昇とRSNAの滅少が見られた。反応の大きさは覚醒ラットに比べて小さかった。心拍数は有意な変化を示さなかった。AIIによるRSNAの抑制反応が血圧上昇による2次的効果である可能性を調べるため、圧受容器からの求心性線維を切断したラットを用いて、脳室内投与AIIの効果を調べた。正常麻酔ラットと同様なAIIによるRSNAの滅少が見られたので、このRSNAの抑制反応は圧受容器刺激によるものでないことが示唆された。AIIによるRSNAの抑制反応の生理的意味は不明であるが、腎血行動態以外のレニン分泌あるいは尿細管でのナトリウム・水の再吸収などに関与していると考えられる。2.心房性ナトリウム利尿ホルモン(ANP)覚醒及び麻酔ラットいずれに於ても、ANP単独脳室内投与では何ら血圧、心拍数とRSNAは変化しなかった。しかし、ANPはAII脳室内投与による血圧上昇と徐脈反応を滅弱させた。AIIによるRSNAの抑制反応は影響を受けなかった。したがって、AIIとANPの心・血管系に対する中枢内相互作用部位と腎機能に対するそれとが異っている可能性が示唆された。今後、これら脳内作用部位の解明を目指してゆくつもりである。
誘電体ストリップ線路形光表面波平面回路の基礎研究

1.光平面回路の概念,回路方程式の整理図1に示すように、誘電体基板上(ε1)にバッファ層(ε2)を設け、この上に誘電体ストリップ(ε3)を置いた誘電体ストリップ線路形光表面波平面回路の電磁波動論的特性を記述する方程式として、光平面回路方程式を確立・整理した事。2.リブ線路形横方向閉じ込め壁の理論解析誘電体ストリップ線路形光表面波平面回路で、実際の光平面回路を構成するには、光表面波の横方向閉じ込め壁を設ける必要がある。ここでは、横方向閉じ込め壁としてリブ線路形一様不連続壁を取り挙げ、この閉じ込め壁が動作する範囲及びこの閉じ込め壁が有する電磁波動論的特性を明らかにした。3.回路作成と測定の準備光平面回路を実際に作成し、理論結果との照合を行う為の準備を完了した。ここでは、基板としてガラス(n1=1.51)、バッファ層としてMgF2(n2=1.38)、誘電体ストリップとして電子線露光可能なPMMA(n3=1.49)を用いた場合の作成技術を確立するとともに、この構成で作成したスラブ導波路の実効屈折率を測定し、理論との照合を行った。
iPS細胞を用いた緑内障等メカノストレス性眼疾患の病態解明と治療開発

我が国における後天性失明原因の第1位を占める慢性視神経障害疾患、緑内障とアストロサイトとの関連性を検討した。マウス初代乳頭アストロサイトの伸展刺激負荷および高眼圧モデルマウスにおいてreactiveアストロサイトを示唆する形態学的変化を観察することができた。さらにマウスES細胞から乳頭アストロサイトの効率の良い分化誘導に成功したが、分離には至らなかった。一方で全眼球再生をSEAMという方法で完成した。今後、緑内障患者のゲノムから得られた遺伝子変異をもとに疾患特異的iPS細胞からアストロサイトを作製し緑内障における発症メカニズムの解明や新規治療法の開発を目指す。緑内障は眼圧というメカノストレスに対する視神経乳頭の応答ととらえることができる。その応答の一つとしてアストロサイトの反応が重要である。しかし、この分子機構については現在のところ全く不明である。そこで、既報を応用し低週齢マウスから視神経乳頭アストロサイトの純粋に単離培養する方法を用いて、培養細胞を作成しATP刺激や細胞伸展装置による圧ストレス刺激に対する細胞内Ca応答をCa imagingにて測定した。刺激後、アストロサイト内のCa濃度は変化し、特にアストロサイトの形態が変化した部位での、細胞内Ca濃度が変化することが観察された。これは、視神経乳頭部では細胞外シグナル刺激に対して形態を変容する能力を持っている可能性が示唆された。また、アストロサイトは生体でシンチウムを形成していると考えられているが、培養細胞がconfluentの状態となると、シンチウムの構造的特徴の一つであるコネキシン43という細胞間の交通を司るタンパク質が細胞間接触部に発現していた。これらの特徴を持つ培養細胞系の確立により、我々が予定しているiPS細胞から作成する乳頭アストロサイトのメカノストレス表現型を検討することができる。また、遺伝子改変マウスからアストロサイトを入手し緑内障発症のメカニズムを解析するために、まず正常マウスを用い緑内障モデルとなるレーザー誘発高眼圧モデルマウスを作成した。若年CD-1マウスに麻酔下で角膜輪部静脈および上強膜静脈にダイオードレーザーを照射し、上強膜静脈は細い静脈を残し中枢側まで照射を行うことで作成し、C57BL6マウスへの応用も行った。レーザー後の眼圧の経過を記録し21mmHg以上を高眼圧としその後の実験に用いた。さらに、Eirakuらの方法を用いて作成した、マウスの眼杯への途上である眼胞発芽時にアストロサイトマーカーとその前駆細胞のマーカーの発現を確認した。緑内障は視神経乳頭の中でも篩状板が最初に障害を受ける慢性視神経障害疾患である。篩状板には視神経を取り囲むようにアストロサイトが多数存在している。脳では神経と血管、さらにグリア細胞であるアストロサイトがneurovascular unitという単位を構成し互いに伝達し合うことで機能するという概念が浸透しつつある。この概念に基づいて、今までは神経の支持組織として思われていたアストロサイトが神経に対し機能的に重要な働きをしていることが報告されている。しかし生体における視神経乳頭内のneurovascular unitに関しては現時点では証明されていない。また、アストロサイトが圧負荷に対し増殖、遊走、変形するreactiveアストロサイトという状態になることは報告されているがそのメカニズムは知られていない。そこで我々はまず既報を応用して生後1日齢のマウスから乳頭アストロサイトの単離培養の効率な方法を確立した。その培養アストロサイトを用いて、初年度は神経伝達物質であるATPや伸展刺激装置を用いた伸展刺激に対する細胞内のCa濃度の動態を観察した。しかし、伸展刺激装置に用いたチャンバーに培養したアストロサイトでは伸展刺激に対しチャンバーから用意に剥離するという難点があった。そこで本年はチャンバーのコーティング条件を検討することで、伸展刺激に対して接着を持続させることができ長時間観察することに成功した。伸展刺激後、密に繋がっているアストロサイトの突起が離れて短く太くなった後に再び接着する様子がタイムラプスで観察できた。さらにアストロサイトのマーカーであるGFAPのmRNAの発現の上昇も確認できた。さらに初年度にEirakuらの3次元網膜作製法を改変することでマウスES細胞からアストロサイトの誘導に成功したが、本年度はこの方法がより効率的な誘導法であることを確認した。その応答の一つとして視神経乳頭のアストロサイトの反応は重要であると考えられている。我々はiPS細胞から乳頭アストロサイトを作成し、メカノストレスに対する表現型を検討する系を作成している。本年度は、当院緑内障外来通院中の原発開放隅角緑内障258人および正常眼200人の血液からゲノムDNAを抽出し香港大学と共同で解析を行った結果、原発開放隅角緑内障患者の遺伝子に既報の変異とともに、新たな変異を検出した。これらの変異とアストロサイトの反応性について関連を検討していくことで、視神経乳頭の反応性分子機構を解明することが可能となる。これまで、高眼圧動物モデルの作成とその観察系の開発、マウスから単離したアストロサイトの培養系の確立とin vitroの乳頭圧力負荷モデルの作成とその観察法を確立してきた。ヒト視神経乳頭の圧負荷モデルが出来た時に、用いる変異の候補を抽出するため、緑内障患者からのゲノムDNAより原発開放隅角緑内障の新たな変異を検出した。

この変異をマウス(もしくは正常ヒト)iPS細胞に戻ってパラレル変異を導入し(ノックイン)、そこから導入されたアストロサイトの表現型を評価することができる。Human iPSからの誘導が遅れていることからやや進捗状況は遅れている。これまでの予備実験の過程から、網膜組織(内網状層)にある接着分子Necl-1は、高眼圧ストレスに反応しその構造変化を引き起こす。Necl-1のノックアウトマウスは内網状層に関連する生理学的変化を引き起こす。しかし一方で、近年感覚過敏が注目されている自閉症スペクトラムの視覚ストレスと関連がある可能性がある。遺伝子も関連するという報告が続いている。そこで、当院精神科・小児科の協力を得て、すでに大阪大学で保存管理しているゲノムサンプルを用いて、Cadm3のエクソンターゲントリシーケンスを行った(倫理委員会の許可を得ている)。133名のうち、2サンプルでCadm3のExon9でホモザイゴートの1塩基変異(SNV)があり、その変異はsynonymousでcommon変異であった(rs862999)。この変異は他のタンパク質と相互作用で有意に結合する。このサイトにはアンチセンスRNAで新規のlong non-coding RNAがあり、Necl-1の発現を調整する働きを持つ。あと2サンプルに、Exon 2のexon-splicing enhancers領域のheterozygous SNVがありました(rs137949054)。この変異は、ミスセンス変異でメチオニンからバリンへアミノ酸変異を起こし、Exon 2のスプライスサイト近傍にtranscript-spliceがありました。しかし、これらの患者に眼科外来を受診してもらい、その視覚症状や電気生理学的手法で観察したところ、動物実験に該当する異常はみつからなかった。そこで、マウスの動物実験でその変異の機能解析するため、rs137949054のノックインマウスを作成した。ノックアウトマウスとノックインマウスとも、網膜電図に解析を行った。双方のマウスに短波長刺激による反応の遅延があり、網膜外網状層の異常が示唆された。ノックインマウスの作成と解析を行うため、繰越を行い、解析まで行う事が出来ているため、順調と判断した。緑内障は眼圧というメカノストレスに対する視神経乳頭の応答ととらえることができ、その応答の一つとしてアストロサイトの反応が重要であると考えられている。しかし、この分子機構については現在のところ全く不明である。我々はマウスES/iPS細胞から乳頭アストロサイトを作成し、メカノストレスに対する表現型を検討する系を作成してきた。この方法をヒトiPS細胞に応用することが次の段階であるが、一方で、患者よりiPS細胞を経由して眼球関連細胞を作成する為、Hayashi et al.が開発した全眼球組織が整然と並ぶ組織再生システムすなわちself-formed ectodermal autonomous multi-zone (SEAM)法を用いると、網膜内組織の多くの細胞を作成することができる(Nature 2016)。
正常妊娠過程における子宮NK細胞のアポトーシス

マウス妊娠子宮には顆粒性間膜腺(GMG)細胞と呼ばれるNK細胞系列リンパ球が有意にみられる。通常、この子宮NK細胞は間膜腺においてのみ胎盤形成期を通じて増殖を続け、妊娠15日以後急激に減少し始め、満期にはみられなくなる。この減少は通常、子宮NK細胞の子宮外への移動、子宮内での壊死および子宮内でのアポトーシスで説明されているが、アポトーシスについては証明されていない。本研究では、妊娠後期の子宮NK細胞について形態学的にアプローチし、アポトーシスを検討した。材料は子宮NK細胞の動態の異なる3種のマウス:ICR、MRL-1pr、モロシヌスマウスを用いた。ICR子宮NK細胞は通常の動態、1prは自己免疫疾患SLEモデルマウスで、遺伝的にFas抗原を欠損しており、子宮NK細胞は妊娠後期に存在するが、満期にはみられなくなる。モロシヌスは従来の実験用マウスと遺伝的に約2.2x10^6年の隔たりを有する日本産野性マウスで、正常状態で妊娠満期でも子宮NK細胞と間膜腺が存在する。ICRにおいて妊娠1516日にDNA断片化を伴うアポトーシスを示す子宮NK細胞が多数存在し、電顕的に典型的ではなかったが、核濃縮、空胞化、顆粒の異形化を示した。一方、1pr子宮NK細胞は妊娠1516日ではほとんどアポトーシスを示さなかったが、満期ではアポトーシス像を見せるものがあった。モロシヌス子宮NK細胞は満期でもほとんどアポトーシスを示さなかったが、電顕的に子宮NK細胞の巨大化、顆粒の異形化が観察された。以上の結果は、妊娠後期における子宮NK細胞の減少はアポトーシスにも起因し、このアポトーシスはFas抗原によって誘発される可能性を示唆する。1pr子宮NK細胞の異常動態はFas抗原によって誘発されるアポトーシス抑制が起こったことによるかもしれない。モロシヌス子宮NK細胞の異様な動態については今後の検討課題である。
固体電池で発現するポリアニオン系正極材料の高電位レドックスに関する研究

これまで電池反応として可逆的に利用されていないポリアニオン系化合物における高電位正極反応に関する研究を行う。本研究の具体的な特色として、以下の点が挙げられる。1副反応のため電極反応が進行しにくい電解液を使用しない。全固体電池を用いる、2電極と電解質を一体にした全固体電池にすることで界面抵抗を低減し、電池としての動作を容易にする。また、電池作成時の副反応も無いため、電極反応を正しい状態で追跡できる、3ポリアニオン化合物で固体内酸素の酸化還元(酸素レドックス)が起こるか否かを確認する、4様々なポリアニオン系化合物の高電位正極反応を探索する。
新しいデータマイニング技術を用いた患者、家族、医療者間の問題点抽出

いくつかの患者、家族そして医師の間の会話文を解析した。そして、データを分析するためのいくつかのデータマイニングを組み合わせることができる統合環境のプロトタイプを完成させた。本研究は、医療者、患者、患者家族間のコミュニケーションに注目し、会話データを収集し解析し、更に、コミュニケーションの新しいツールの開発を目的としている。21年度は、患者家族から医師へのメール相談内容を情報工学的手法により解析した。白血病患者の母を持つ娘から医師への相談メール内容を用いて、その発言を時系列に配置し可視化した。可視化した図から、その内容と変遷と信頼関係の生まれ方に関して解析した。相互の信頼を得るためには互いに共感することが重要であることは、これまでの知見でも知られている。今回の解析では、同様の結果が得られたが、更に、共感を示す対象の種類と時間経過も重要であることが分かった。メール相談の前半に医師が相談者である患者家族へ共感を示している時ではまだ十分な信頼関係が結ばれていないが、後半に医師が患者へ共感を示すようになってから、医師と患者家族との相互の信頼関係が得られていた。そして、医師から患者への共感発言により患者家族が意識を患者へと向くようになっていた。以上より、医師と患者家族の間での信頼関係の構築には、相談者である患者家族から自身の感情の事だけではなく、患者家族から患者の心情に関して話してもらうように医師が導くことが大切であると分かった。これまで医療界においては、患者家族に対してのコミュニケーションの解析はほとんど行われておらず、今回の結果が臨床現場において医療者が患者家族とのコミュニケーションを行う上で重要なツールとなると考えられる。22年度は、2つの会話文章の解析を行った。1つ目は、会話文章の中で、あるトピックスに対しての質問や批判的な発言が、その後の会話を継続させるため、抽出した質問や批判がトピックスの価値を高めていると仮定した。アンケート調査にて、トピックスの価値を高めている発言と抽出した発言との一致率を調べた。その結果、57%以上の一致率を得ることができた。今回の研究では、会話文のトピックスの価値を高めている発言の抽出が可能であることを実証した。今後、さらに精度の高い抽出システムの開発を目指している。2つ目は、人の気持ちには浮き沈みがあり、それが会話文の中にも出てきていることから、会話文中での心理的現象、特に心理的葛藤に注目した。患者の会話文中に含まれるポジティブな単語とネガティブな単語を抽出し、相反するベクトルとして時系列に配列し見える化するシステムを開発した。このシステムにより、ポジティブ、ネガティブの返還点を明らかにすることができた。これまで医療界においては、患者の会話内容で、どのような単語や発言に患者の気持ちがより強く反映しているのか明らかにされてこなかった。現在開発を進めているシステムを、医師と患者の間の会話文に抵抗することで、医師と患者とのコミュニケーションに大切な単語や発言を同定することが可能となり、医師のコミュニケーション能力の向上に役立つことができるようになると考える。今年度は、データを分析するためのデータマイニングの統合環境のプロトタイプを完成させた。患者、家族、医療者間に存在する問題点を明らかにするためには、患者、家族、医療者自身が、問題点が潜んでいると考えられるデータを用意し、データをマイニング、分析する必要がある。第三者がデータを用意して、分析をしても問題の本質を捉えることができず、最良の解決方法を見つけることは難しい。情報技術のソフトウェアの使用になじみがない人でも、手軽に使えるようなマイニングの統合環境を用意することで患者、家族、医療者間の問題を発見できるようにしたことが今年度の成果である。このデータマイニングの統合環境には、情報が記述されたテキストをユーザが用意して、それを入力として与える。統合環境の中にはデータをマイニングするモジュールと、マイニングした結果を可視化するモジュールと、2種類のモジュールがある。それぞれ20個程度準備されており、オーソドックスなマイニング、可視化手法を実現したものに加えて、最新の成果を反映したモジュールも用意されている。マイニングモジュールと可視化モジュールの組合せはユーザが好きに選ぶことができ、ユーザは自分にとって分かりやすいマイニングモジュールと可視化モジュールを選んで、データを分析することができるようになっている。より良い医療の提供を目指すために、電子カルテのデータを入力として与えて、現状の問題点を発見することを試みた所、各診療科が抱える問題点を発見できる可能性が明らかになった。
線虫の追尾・神経活性測定システムを用いた神経回路の情報処理機構の解明

東北大学大学院情報科学研究科システム情報科学専攻の橋本教授率いるグループ、(株)ホークビジョン及び(株)オリンパスと共同して既にイメージングトラッキングを構築した。動いている線虫を追尾してカメラの視野内に入れるため、ホークビジョン製の電動ステージをオリンパスの正立顕微鏡(BX51)に取り付けた。追尾のためのプログラムは橋本教授のグループから提供して頂いた。一方で、蛍光イメージングのためのCCDカメラは2つの候補に絞って検討した。結果、イメージングトラッキングにおける蛍光イメージングにはEMCCDカメラにDual Viewを取り付けるセットアップを用いることに決定した。構築したイメージングトラッキングでは、線虫がZ軸方向へ動かれると視野から外れてしまうし、刺激を加えにくいという問題がある。これを解決するために刺激を制御できるPDMSチップの中に線虫を入れることにした(自由に動き回れる状態になっている)。デザインはAbrecht DR & BargmannCIによって報告されたものを用い、論文に記載されている通りにセットアップして導入を行った。まずは高浸透圧を受容するASH感覚ニューロンに、カルシウムインディケーターであるGCaMP3とマーカとして同時に赤色蛍光タンパク質mCherryを発現する株を作製した。これを構築したイメージングトラッキングに用いて刺激を加えたところ、自由に動いている線虫のCa^<2+>神経応答を測定することに成功した。これによりイメージングトラッキングの構築が完了したことになる。更に、ASER感覚ニューロンに特異的にGCaMP3/mCherryが発現する株を作製した。システムの構築については新たな技術であり手探り状態であったが、光学系やトラッキングシステムという難しいレイアウトについてよく検討して構築した。さらに、線虫の環境をコントロールした状態で観察するため、PDMSチップの構築、デバイスの処理、液流の制御などについて工夫をこらして完成させた。今後は、構築したイメージングトラッキングシステムを利用して線虫の神経回路の解析を行う。ASERにインディケーターが発現する株だけでなく下流のニューロンで発現する株も作製し、このシステムに用いる。それにより、塩の化学走性を示している際のニューロンの活性と行動の直接の相関を得る。
酸素イオン輸送経路の制御による酸素透過性セラミックスの高性能化

結晶異万性をもち、かつ、混合導電性を有する酸化物として、正方晶層状ペロブスカイトLa_xSr_<3-x>CoFeO_<7-δ>を取り上げ、緻密焼結体を作製し、その酸素透過特性を評価した。その結果、酸素透過性セラミックスの典型例である立万晶ぺロブスカイトと同程度の高い酸素透過速度を示すことを見出した。また、この試料の酸素透過速度の活性化エネルギーは、立方晶ペロブスカイトの場合に比べ比較的小さい値を示した。このことは、より低温で高い酸素透過特性を維持しうることを示している。さらに、この層状ペロブスカイトについて、テンプレート粒子法によって配向制御を行った。目的としている同組成のテンプレート板状粒子を用い、スラリー作製条件、および、温度焼成プログラムを詳細に検討することで、最終的に70%以上の高い配向度を達成した。この試料の酸素イオンが輸送しにくいc軸方向の酸素透過速度は、通常の無配向試料に比べ、小さい値を示した。したがって、c軸に垂直な方向の酸素透過速度は、無配向試料に比べて、高い値を示すことが期待できる。本研究では、酸素イオン-電子混合導電性セラミックスの酸素イオンの輸送経路の制御によって酸素透過性能の向上を見出す。これより、800°C以下の比較的低温で部分酸化改質に応用できる酸素透過セラミックスを実現する。平成19年度は、結晶異方性をもち、かつ、高い酸素透過性能をもつ混合導電性酸化物を探索することからはじめ、単結晶作製を行い、酸素イオン導電性をつかさどる酸素イオン欠損構造の異方性を検討した。具体的には、(1)斜方晶Sr-Fe系酸化物及び(2)正方晶層状ペロブスカイトSr-Fe-Co系酸化物のそれぞれについて、静置徐冷法、フローティングゾーン(FZ)法にて単結晶育成を行った。Sr-Fe系酸化物においては、中性子回折に耐えうる大きさ約3mm角の単結晶を得た。この試料について、茨城県那珂郡東海村、東京大学物性研究所の共同中性子科学研究施設内に設置された4軸回折計(FONDER)にて、単結晶中性子回折を行い、酸素欠損構造を解析した。その結果によれば、斜方晶のSrFeO_<2.75+δ>では、a-c面内で酸素欠損が起こりやすく、また酸素イオンの等方性熱振動パラメータが通常の場合に比べて、約2-3倍高い。このことは、他の方向に比べ、a-c面内で酸素イオンが動きやすいことを示している。すなわちSrFeO_<2.75+δ>の酸素イオン輸送経路が異方的であり、その経路制御によって酸素透過性能が上昇しうると考えることができる。本研究では、酸素イオン-電子混合導電性セラミックスの酸素イオンの輸送経路の制御によって酸素透過性能の向上を見出すことを目的とする。これより、800°C以下の比較的低温で部分酸化改質に応用できる酸素透過セラミックスを実現したいと考えている。平成20年度は、結晶異方性をもち、かつ、混合導電性を有する酸化物として、正方晶層状ペロブスカイトLa_xSr_<3-x>CoFeO_<7-δ>を取り上げ、緻密焼結体を作製し、その酸素透過特性を評価した。その結果、酸素透過性セラミックスの典型例である立方晶ペロブスカイトと同程度の高い酸素透過速度を示すことを見出した。すなわち、酸素イオンの輸送しやすい方向に制御することで、酸素透過性能の向上する可能性があることを示唆する。
絶縁性基板上のゲルマニウム二次元結晶の創製と電子物性の解明

ゲルマネンなどゲルマニウム二次元結晶の卓越した電子物性や新機能を明らかにすることを目指す。研究の第一段階として、シリコンとゲルマニウムの化学的性質を利用し、絶縁性基板上でゲルマニウム二次元結晶を合成する方法を確立に取り組む。そして、絶縁層で挟まれた二次元結晶を作成した後、ゲルマニウム二次元結晶の電子物性を実験的に明らかにする。さらに、ゲルマニウム二次元結晶への不純物添加などによる電子物性の変調や合成技術を発展させ、新物性や新機能の発現を目指す。