hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超高速・超微細VLSIに対する組込み自己テスト手法と故障診断法に関する研究

本年度は,診断用テストベクトルの圧縮法,オープン故障に対する故障診断法,ゲート内部ブリッジ故障に対する故障診断法の開発を行った.(1)診断用テストベクトルの圧縮法組込み自己テストでは,非常に多くのテストベクトルの印加を必要とする.そこで診断のために必要な,少ない数のテストベクトルを選択する手法を開発した.これによって,診断時間の短縮,テストベクトルや出力応答を保存するためのメモリ量を削減することが可能になる.開発した手法では,与えられたテスト集合に対して,区別可能な故障ペア数を減少させることなく,できるだけ少ないテストベクトルを選択する.まず,1つのテストベクトルでしか検出されない故障を抽出し,それらを検出するテストベクトルを選択する.次に,一部の故障ペアを選択し,それらを区別するようなテストベクトルを選択する.その後,別の故障ペアの選択と,それらを区別するテストベクトルの選択を繰り返し行う.(2)オープン故障に対する故障診断法信号線のオープン故障に対する故障診断法を開発した.この研究では,オープン故障が存在する信号線の論理値が,隣接信号線の影響により決定するような故障動作を仮定した.開発した故障診断法では,検出テストと非検出テストを用いて故障シミュレーションを行い,少ない数の故障位置指摘を実現した.(3)ゲート内部ブリッジ故障に対する故障診断法ゲート内部のトランジスタノードが短絡するようなゲート内部ブリッジ故障に対する故障診断法を開発した.この診断法では,まず検出テストを用いてゲートレベルシミュレーションを行い,故障が存在するゲートの候補を抽出する.次に,ゲート入力値を調べ,ゲートの候補内に存在する内部ブリッジ故障を推定する.さらに非検出テストを用いて,内部ブリッジ故障の候補を削減する.本年度は,診断用テストベクトルの圧縮法,オープン故障に対する故障診断法,ゲート内部ブリッジ故障に対する故障診断法の開発を行った.(1)診断用テストベクトルの圧縮法組込み自己テストでは,非常に多くのテストベクトルの印加を必要とする.そこで診断のために必要な,少ない数のテストベクトルを選択する手法を開発した.これによって,診断時間の短縮,テストベクトルや出力応答を保存するためのメモリ量を削減することが可能になる.開発した手法では,与えられたテスト集合に対して,区別可能な故障ペア数を減少させることなく,できるだけ少ないテストベクトルを選択する.まず,1つのテストベクトルでしか検出されない故障を抽出し,それらを検出するテストベクトルを選択する.次に,一部の故障ペアを選択し,それらを区別するようなテストベクトルを選択する.その後,別の故障ペアの選択と,それらを区別するテストベクトルの選択を繰り返し行う.(2)オープン故障に対する故障診断法信号線のオープン故障に対する故障診断法を開発した.この研究では,オープン故障が存在する信号線の論理値が,隣接信号線の影響により決定するような故障動作を仮定した.開発した故障診断法では,検出テストと非検出テストを用いて故障シミュレーションを行い,少ない数の故障位置指摘を実現した.(3)ゲート内部ブリッジ故障に対する故障診断法ゲート内部のトランジスタノードが短絡するようなゲート内部ブリッジ故障に対する故障診断法を開発した.この診断法では,まず検出テストを用いてゲートレベルシミュレーションを行い,故障が存在するゲートの候補を抽出する.次に,ゲート入力値を調べ,ゲートの候補内に存在する内部ブリッジ故障を推定する.さらに非検出テストを用いて,内部ブリッジ故障の候補を削減する.今年度の主な研究成果としては,次の3点が挙げられる.1.ブリッジ故障,クロストーク故障,遅延故障に対するテスト生成手法の開発.2.テスト系列圧縮法およびテストデータ量削減法に関する文献調査3.テスト時の消費電力削減法の開発[ブリッジ故障,クロストーク故障,遅延故障に対するテスト生成手法の開発]本研究では,縮退故障の他,ブリッジ故障,クロストーク故障,遅延故障も対象とする.ブリッジ故障,クロストーク故障,遅延故障に対するテスト生成は,縮退故障に対する場合より困難であるため,縮退故障に対して生成されたテスト系列を元に,テスト系列を生成する手法を用いる.1つはドントケア値と呼ばれる,0でも1でも縮退故障検出率の変化しない外部入力値を用いる手法であり,もう1つは,縮退故障を複数回検出するテストパターンを用いる手法である.ドントケア値を発見する手法を開発し,実験を行った結果,最大で約7割の外部入力値がドントケア値となることが分かった.また,縮退故障を複数回検出するテストパターンを用いた結果,従来法より多くの遅延故障を検出できることが確認できた.[テスト系列圧縮法およびテストデータ量削減法に関する文献調査]組込み自己テスト環境においては,回路に印加するテスト系列をVLSIチップ上のメモリに保存しなければならないため,テスト系列の短縮などを行い,そのデータ量を削減する必要がある.そこで,テスト系列を短縮する手法およびテストデータ量を削減する手法について,これまでに発表された論文を調査した.[テスト時の消費電力削減法の開発]近年の高集積かつ高速のVLSIでは,テスト時の消費電力の増大が大きな問題である.そこで,与えられたテスト系列の故障検出率を保持したまま,テスト時の消費電力を削減する手法を開発した.シミュレーション実験を行った結果,元の約6割まで消費電力を削減できることが確認できた.本年度は、診断用テストパターン生成法の開発,クロストーク故障に対する故障診断法の開発,ブリッジ故障に対する故障診断法の開発を行った.1.診断用テストパターン生成法の開発縮退故障に対する故障診断用テストパターンを生成する手法として,テストパターン中に存在するドントケア値を利用する手法を考案し,そのために,与えられたテスト系列中においてできるだけ多くのドントケア値を求める手法を開発した.

本手法では,故障検出するテストベクトルに着目し,テスト系列を分割することで,短い計算時間で多くのドントケア値を得ることを可能にした.また,開発した手法の有効性を調べるためのシミュレーション実験を行った結果,約半数の回路に対して70%以上のドントケア値を得ることができた.2.クロストーク故障に対する故障診断法の開発クロストーク故障の診断を高速に行うため,クロストーク故障シミュレーションの高速化手法を開発した.開発した手法では,回路の構造解析や,故障励起・伝搬の条件を解析することによって,不必要な計算を省略し,計算時間の短縮を可能にした.開発した手法の有効性を調べるためのシミュレーション実験を行った結果,約2倍80倍の高速化を実現した.3.ブリッジ故障およびオープン故障に対する故障診断法の開発組込み自己テスト環境において,ブリッジ故障およびオープン故障の診断を行う手法を開発した.ブリッジ故障の動作は複雑であるため,ここでは,ANDブリッジ,ORブリッジ,ドライブ,ゲート内部ブリッジを対象とした.またオープン故障に対しては,多重縮退故障でモデル化した.これらの故障に対して,縮退故障シミュレーションを応用することによって,高速に少ない候補故障を推定することを可能にした.本年度は,診断用テストベクトルの圧縮法,オープン故障に対する故障診断法,ゲート内部ブリッジ故障に対する故障診断法の開発を行った.(1)診断用テストベクトルの圧縮法組込み自己テストでは,非常に多くのテストベクトルの印加を必要とする.そこで診断のために必要な,少ない数のテストベクトルを選択する手法を開発した.これによって,診断時間の短縮,テストベクトルや出力応答を保存するためのメモリ量を削減することが可能になる.開発した手法では,与えられたテスト集合に対して,区別可能な故障ペア数を減少させることなく,できるだけ少ないテストベクトルを選択する.まず,1つのテストベクトルでしか検出されない故障を抽出し,それらを検出するテストベクトルを選択する.次に,一部の故障ペアを選択し,それらを区別するようなテストベクトルを選択する.その後,別の故障ペアの選択と,それらを区別するテストベクトルの選択を繰り返し行う.(2)オープン故障に対する故障診断法信号線のオープン故障に対する故障診断法を開発した.この研究では,オープン故障が存在する信号線の論理値が,隣接信号線の影響により決定するような故障動作を仮定した.開発した故障診断法では,検出テストと非検出テストを用いて,故障シミュレーションを行い,少ない数の故障位置指摘を実現した.(3)ゲート内部ブリッジ故障に対する故障診断法ゲート内部のトランジスタノードが短絡するようなゲート内部ブリッジ故障に対する故障診断法を開発した.
準2次元渦システムを統制する相似性の発現機構の研究

この研究の目的は、空間スケールが大きく異なっていても相似な2D又は準2D流れが形成される機構を実験的に調べることであった。はじめに、周期渦列形せん断伴流の長時間挙動について調べた。長方形水槽の中に形成された乱流渦列は、小さなスケールの乱れが減衰するにつれて正弦波状の不安定波となる。その後、この波は水槽壁うち当たって互いに逆方向に回転するセル状の渦で構成された一列の渦列となる。この渦列の波長は水槽幅の0.67倍である。この渦列の形は時間がたっても変わらない。自然流体では水平を区切る壁がないので、周期渦列は粘性で減衰しながらも相似形を保ったままスケールアップする。また、このような渦列の長時間挙動としてのセル状渦列は成層流体中のジエットあるいは回転成層流体中のジエットでも形成されることを見い出した。次に、平面水槽を用いて、ローレンツ力で駆動される電解液の流れを用いて、6×6個の格子状配列磁石の上の水平対流の挙動を調べた。その結果、ローレンツ力を規定するパラメータがある臨界値をこえると格子状セル流れが乱流化することが分かった。乱流化した流れも、小さな乱れに応答しないトレーサで可視化すると、秩序構造が見られることが分かった。このような秩序構造は基本的にはもとの格子状セル流れと相似なものであることを見い出した。本研究の目的は、異なる空間スケールにおける流れの相似性の発現機構の解明である。この目的に沿って、今年度は、2次元および準2次元渦列流れを主な対象にとりあげて、その散逸過程で形成される流れ模様の挙動を調べた。対称な柱体の伴流は、レイノルズ数(R)<300では、層流性の強い周期流れである。R>300になると乱流伴流となる。しかし、伴流の散逸過程において無次元時間τ1500に近づくと、波長の長い高次の周期的伴流が再構成され、それはさらに水槽境界にまで広がって境界支配型のセル流れとなる。このことは、伴流が中に含む微細な乱れによらず、全体としてのせんだん不安定波として存在し続けることを示している。したがって、もし境界が強制されなければ、どこまでいっても基本的には安定なカルマン渦列型の伴流がその横幅スケールに応じて形成されるであろうことを示唆している。一方、ローレンツ力を用いた薄い流体層の準2次元伴流では、伴流の形成領域から直ちに周期的渦の放出が起こり、渦列の構造も通常のカルマン渦とは異なる。今後、ローレンツ力で駆動された準2次元乱流伴流を作り、その散逸過程で形成される流れを調べて、相似性の発現機構の解明をすすめる。前年度からひきつづいた研究は、流体の中に形成されたせん断層が不安定化して境界との相互作用を通して最終的に境界支配型のセル状渦流れに転化する過程を調べることであった。これに関して、130×3S×30mの水槽による実験を行った。水槽の中に密度成層流体を作り、水槽の側壁のノズルから重い流体の強いジェットを流体中に放出してせん断を作ると、中間層に4個の互いに逆回転するセル状渦の列が形成されることを見出した。更に全系が回転しているときには、4個の渦を含む中間層はレンズ状の構造を呈することを見出した。また、小型平面水槽を用いてローレンツ力で駆動される渦集団の挙動を調べた。その結果、全系が反時計まわりに回転しているときには、水面のトレーサ粒子が時計まわりに回転する渦に集まる傾向をもつことを見出し、先にのべたセル状渦の構造との対応もつけられることが分かった。これらの渦流れは大規模な海洋流現象とも関連をもち、大小のスケールで同じ機構によって相似な流れ構造が実現することが分かった。
事業者間の業務提携と競争法上の課題

(1)本研究の検討対象である事業者間の業務提携は、一般的には競争法上是認される行為であると考えられているため、その個々の行為に対する規制ルールの構築が非常に困難である。特に、近年の日本では、事業者の経営内容の多様化を受けて業務提携が広く利用され、同時に、競争上の懸念を生じさせているにもかかわらず、日本における独禁法上の評価は未だ明らかではなく、学会における議論の蓄積も乏しい。もちろん、先例となるような審判決例もない。(2)この難点を補うべく、古くからの議論と判例の蓄積により、一定の規制ルールを構築しているといって差し支えないと思われる米国・ECにおける議論を参考に、業務提携がどのような状況で独禁法の適用対象となるのかという法的評価の確定に資するような規制ルールの実態と理論を明らかにするのが本研究課題の目的である。(1)平成17年度は、本研究課題を遂行するために、一年目・二年目で収集した文献・資料を基礎として、引き続き本研究課題についての検討を行った。また、そこでの成果を踏まえて、比較法的考察によって得られた示唆を、わが国独禁法における規制に当てはめる作業を行った。本研究の最終的成果は、整理・検討を行った上で、論文として公表する。現在、そのための最終作業を行っている。(2)2(1)に記載した作業を遂行するべく、1で記載した目的に沿った我が国経済法関係の先行業績(図書)、経済学関係図書、および米国反トラスト法・EC競争法関係図書を、特別研究員奨励費の助成を受けて購入・収集した。2における作業の成果の一部を、論稿として雑誌「公正取引」等に公表し(下記、11.参照)、また同じく成果の一部を(財)比較法研究センター主催の独禁法研究会において2回(2005年9月・2006年3月)研究報告した。1(1)本研究の検討対象である事業者間の業務提携は、一般的には競争法上是認される行為であると考えられているため、その個々の行為に対する規制ルールの構築が非常に困難である。2(1)平成15年度は、前半は、事業者間の業務提携に対する米国反トラスト法による規制の実態と理論を把握するため、米国の業務提携に関する判例を収集した。その際、米国における先行業績の収集・分類も併せて行った。後半は、事業者間の業務提携に対する解釈や法的評価の確定、さらには規制ルールの明確化・具体化のため、業務提携行為の経済学的分析を含めた学際的検討を行った。(2)2(1)に記載した作業を遂行するべく、1で記載した目的に沿った我が国経済法関係の先行業績(図書)、経済学関係図書、および米国反トラスト法(経済法)関係図書を、特別研究員奨励費の助成を受けて、購入・収集した。3 2における作業の成果の一部を、論稿として雑誌「公正取引」に公表した(下記、11.参照)。また、同じく成果の一部を、(財)比較法研究センター主催の独禁法研究会において3回(2003年7月・同年9月・2004年3月)研究報告した。(1)平成16年度は、前半は、米国における主要な商品・役務が取り扱われている市場についての個別的検討、および、広く事業者間の共同行為に関する米国の判例の推移を詳細に検討した。後半は、EC委員会の戦略的提携(strategic alliance)に対する法規制の推移を中心に、学説および判例を収集し、その成果の検討を行った。

2における作業の成果の一部を、論稿として雑誌「公正取引」等に公表し(下記、11.参照)、また、同じく成果の一部を(財)比較法研究センター主催の独禁法研究会において2回(2004年7月・2005年3月)研究報告した。(1)本研究の検討対象である事業者間の業務提携は、一般的には競争法上是認される行為であると考えられているため、その個々の行為に対する規制ルールの構築が非常に困難である。特に、近年の日本では、事業者の経営内容の多様化を受けて業務提携が広く利用され、同時に、競争上の懸念を生じさせているにもかかわらず、日本における独禁法上の評価は未だ明らかではなく、学会における議論の蓄積も乏しい。もちろん、先例となるような審判決例もない。(2)この難点を補うべく、古くからの議論と判例の蓄積により、一定の規制ルールを構築しているといって差し支えないと思われる米国・ECにおける議論を参考に、業務提携がどのような状況で独禁法の適用対象となるのかという法的評価の確定に資するような規制ルールの実態と理論を明らかにするのが本研究課題の目的である。(1)平成17年度は、本研究課題を遂行するために、一年目・二年目で収集した文献・資料を基礎として、引き続き本研究課題についての検討を行った。また、そこでの成果を踏まえて、比較法的考察によって得られた示唆を、わが国独禁法における規制に当てはめる作業を行った。本研究の最終的成果は、整理・検討を行った上で、論文として公表する。現在、そのための最終作業を行っている。(2)2(1)に記載した作業を遂行するべく、1で記載した目的に沿った我が国経済法関係の先行業績(図書)、経済学関係図書、および米国反トラスト法・EC競争法関係図書を、特別研究員奨励費の助成を受けて購入・収集した。2における作業の成果の一部を、論稿として雑誌「公正取引」等に公表し(下記、11.参照)、また同じく成果の一部を(財)比較法研究センター主催の独禁法研究会において2回(2005年9月・2006年3月)研究報告した。
言語的表現の使い分けの状況的規定因に関する社会心理学的研究

言語表現の状況的使い分けに関して体系的な枠組を得るため,社会心理学的な見地から実証的な研究を行った.主として,状況要因を独立変数として操作して言語反応等を従属変数とする実験的手法を用いた.これに加えて,結果のエコロジカルバリディティを確認するため,録音した会話やシナリオに現れた会話を分析して,事例的に検討したり,可能な場合は定量的に分析する方法でも研究を進めた.具体的な研究内容は以下の通りである.1.感謝表現に関して,質問紙を用い状況要因を独立変数とした実験的研究をいくつかの観点から行い,実験結果を分散分析や重回帰分析等により解析することにより,感謝型と謝罪型の表現の使い分けに関与する諸要因の影響について全体的な考察を試みた.英語(英国)での感謝の表現の使い分けのとの比較・検討も行った.2.対人配慮に関わる他の諸表現についても状況要因との関わりを検討した.具体的には「ごくろうさま」,「おつかれさま」,「たいへんでしたね」等のねぎらい表現,「失礼しました」等の謝罪表現,「そうです」,「いいです」等の評価的応答表現を扱った.3.さまざまの言語表現の使い分けに対する聞き手の反応を実験的に検討した.4.これまでに知見が得られた対人配慮表現に関して,日本語における状況と表現の関わりについて,従来の日本語の敬語に関する先行研究や欧米の諸研究もふまえて包括的なモデルを検討した.今後は4で示したモデルを修正発展させる中で,日本語の対人配慮表現を状況と関連づけて体系的に整理していくことを計画している.その際,他の言語における知見と比較して日本語の場合の特徴を明らかにするとともに,対人配慮の普遍性についても考察を進める予定である.言語表現の状況的使い分けに関して体系的な枠組を得るため,社会心理学的な見地から実証的な研究を行った.主として,状況要因を独立変数として操作して言語反応等を従属変数とする実験的手法を用いた.これに加えて,結果のエコロジカルバリディティを確認するため,録音した会話やシナリオに現れた会話を分析して,事例的に検討したり,可能な場合は定量的に分析する方法でも研究を進めた.具体的な研究内容は以下の通りである.1.感謝表現に関して,質問紙を用い状況要因を独立変数とした実験的研究をいくつかの観点から行い,実験結果を分散分析や重回帰分析等により解析することにより,感謝型と謝罪型の表現の使い分けに関与する諸要因の影響について全体的な考察を試みた.英語(英国)での感謝の表現の使い分けのとの比較・検討も行った.2.対人配慮に関わる他の諸表現についても状況要因との関わりを検討した.具体的には「ごくろうさま」,「おつかれさま」,「たいへんでしたね」等のねぎらい表現,「失礼しました」等の謝罪表現,「そうです」,「いいです」等の評価的応答表現を扱った.3.さまざまの言語表現の使い分けに対する聞き手の反応を実験的に検討した.4.これまでに知見が得られた対人配慮表現に関して,日本語における状況と表現の関わりについて,従来の日本語の敬語に関する先行研究や欧米の諸研究もふまえて包括的なモデルを検討した.今後は4で示したモデルを修正発展させる中で,日本語の対人配慮表現を状況と関連づけて体系的に整理していくことを計画している.その際,他の言語における知見と比較して日本語の場合の特徴を明らかにするとともに,対人配慮の普遍性についても考察を進める予定である.言語表現の状況的使い分けの実態を探るために,次のような実験を行った.1.これまでにもデータの蓄積がある感謝表現については,感謝型(例:「ありがとう」),謝罪型(例:「すみません」)の使い分けに影響する要因をさらに詳細に検討するため,状況を統制したシナリオ実験を行った.話し手の責任の所在,聞き手の負担量と話し手の恩恵量,話し手-聞き手の親疎・地位関係を独立変数としている.現在結果の分析を進めている.2.応答表現「そうです」の使用に影響する要因を探るための調査を行った.現在,その結果に基づいて,質問の文型や品詞など,形態的・構文論的要因のほか,意味論的要因,また,話し手と聞き手との情報量の差といった語用論的な要因の影響を仮定した使い分けの枠組を検討中である.3.話し手の言及対象に対する態度と,言語スタイルの関連を検討する実験を行った.話し手の対象への態度と言及内容の望ましさが,表現の間接化に交互作用的影響を与えることを確認した.一方では,言語的コミュニケーションの受け手が,様々な言語的スタイルの話し手についてどのような評価を与えるか,どのような印象を抱くかに関する研究も行った.Giles&Powesland(1970)等の実験パラダイムを援用して,音声を用いたコミュニケーションにおいて,話し手の知性や社交性,容姿などの認知へのスタイルの影響検討した.なお,以上の実験は本年度は名古屋地区で実験を行ったが,来年度は地域差についても検討を加える予定である.そのための準備も行った.本年度は昨年度に引き続いて,次の言語表現について検討した.1.感謝表現の状況的使い分けの検討を幅広い見地から検討した.昨年度から継続している,状況変数を統制した実験に関しては,対数線形モデルによる解析を行い,謝罪型(例:「すみません」)は聞き手の負担が大きいと使用が促進されるが,話し手の利益が大きいと逆に抑制される.感謝型(例:「ありがとう」)は,聞き手の負担,話し手の利益の両方によって使用が促進されることを見いだした.また,多様な状況変数の影響を検討するための新たな質問紙実験も行った.

ここでは多数の場面の印象を質問紙で評定させる.一方そこで感謝型,謝罪型の表現をそれぞれ使用する可能性も評定させ,場面認知と表現の使用との関係を重回帰分析によって検討する.データは収集し終わったので,来年度の早い時期までに分析を終了させる予定である.2.実際の会話場面での種々の対人関係を調整する表現の現れを探るため,口頭や電話での会話の録音データの分析に着手した.ここでは特に応答詞(「そうです」,「そうですね」,「はい」,「いいえ」等)や接続詞(「だから」,「しかし」)に焦点を当て,実験データの補足資料を得ることを目的としている.一方,言語的コミュニケーションの受け手が,様々な言語的スタイルの話し手についてどのような評価を与えるか,どのような印象を抱くかに関する研究も行った.今年度は昨年度名古屋地区において収集した名古屋弁と標準語とを比較するデータを分析し,言語的スタイルが話し手の話し方に関する評価のみならず,話し手の知性や社交性などパーソナリティの諸側面や,容姿の推測にも影響を及ぼすことを見いだした.また,新たに地域差についての資料を得るため,名古屋地区のほか関西地区でもデータを行った.本年度は以下の諸点について検討した. 1.昨年度感謝表現の状況的使い分けについて,多様な状況要因の影響を検討するため,種々の場面の印象を評定させる研究と,それぞれの場面で感謝型,謝罪型を使用する可能性を評定させる研究を行った.今年度はこのデータを重回帰分析等を用いて分析し,感謝型,謝罪型の使用を規定する諸要因の相対的な重みの検討を行った.また,この知見やこれまでに行った実験,調査の結果を踏まえて,感謝表現の使い分け,とくに感謝型と謝罪型の状況的規定因に関して包括的なモデルを検討した.さらに,日本語と英語(英国)の感謝表現の使い分けの比較検討も行った.2.その他の種々の対人配慮表現について,自然の会話の録音やシナリオ分析を通じて得られたデータの分析を行った.具体的には行動指示表現のほか,「失礼しました」等の謝罪表現を取り上げた.3.「失礼しました」に関しては使い分けの状況的規定囚を探る質問紙実験も実施した.この質問紙実験は学生と社会人を対象としたが,使い分けのおおよそを知るための予備的なものであり,その結果を今後の本実験の計画に生かそうと考えている.4.言語的コミュニケーションの受け手が,様々な言語的スタイルについてどのような評価を与えるか,話し手に対してどのような印象を抱くかに関する研究も昨年度に継続して行った.今年度は過去に名古屋地域で以前に行った実験の追加実験を行ったほか,関西地域のデータも補足的に収集した.5.4の名古屋地区,関西地区で得られた実験結果について,因子分析,分散分析および重回帰分析を用いて解析した.これまで諸外国で行われた実験にほぼ一致する結果であることを確認した.さらに,受け手の個人差がどう影響するかについても分析した.
アルドステロンと血管障害、アンジオテンシン葬過剰発現マウスを用いた検討

レニン-アンジオテンシンーアルドステロン系(RAAS)の最下流に位置するアルドステロンが血管に及ぼす作用を、アンジオテンシンπを全身に過剰発現させたトランスジェニックマウス(筑波高血圧マウス、以下THM)を用いて検討した。20週令前後のTHMに4週間の1%食塩水負荷を行うと、血圧に影響なく、大血管(腹部大動脈)には血管径が拡大(outward remodeling)し、内膜肥厚(新生内膜)や中膜肥厚などの変化が出現する。これは高血圧性の血管リモデリングの所見に一致する。このモデルにアルドステロン受容体拮抗薬であるスピロノラクトン(SPRL)を投与すると、この腹部大動脈の変化をほぽ抑制した。SPRL投与にても血圧に変化は認めなかったことから、これからの結果は血圧非依存的であり、RAS系冗進による影響と考えられる。さらにSPRLで抑これからの結果は血圧非依存的であり、RAS系亢進による影響と考えられる。さらにSPRLで抑制されたことは、RASの冗進による血管病変の一部がアルドステロンを介していることを強く示唆する。次にこのアルドステロンの効果が、どのような下流シグナル(分子)を介して発現しているのかを調べるために、遺伝子チップを使用した解析を行った。血管壁そのものから遺伝子を抽出することでは構成成分が単一細胞ではなく、いろいろな修飾を受けることが予測され、また近年、単球-マクロファージが動脈硬化の発症および進展に大きく関与していることが報告されてきており、マクロファージにおける遺伝子プロフィールの変化を調ぺることでアルドステロンの血管障害における主要因子を推定することができると考えた。そこで1%食塩負荷THMおよびそれへのSPRL投与群から各々腹腔マクロファージを採取し、それからRNAを抽出、この遺伝子プロフィールを現在遺伝子チップを利用して解析中である。筑波大学の深水教授から御供与いただいた、ヒトレニン過剰発現マウスとヒトアンジオテンシノーゲン過剰発現マウスを掛け合わせ、ダブルトランスジェニックマウス(筑波高血圧マウス、以下THM)を作成、これを慢性アンジオテンシンII過剰発現モデルとして使用した。8-12週令のTHMに1%食塩負荷を行うことによって、腹部大動脈にoutward remodelingが生じ、同時に中膜および内膜肥厚が生じる。この塩分負荷THMにアルドステロン拮抗薬であるスピロノラクトンを持続投与することによって、血圧に影響を及ぼすことなく、この腹部大動脈のoutward remodelingと著明な内膜肥厚が改善した。このように比較的短期間のアルドステロン拮抗薬投与が、慢性RAA過剰状態における高血圧モデルにおいて、血圧非依存的に大動脈の高血圧性変化を改善することを示した。このアルドステロンブロックによる変化の機序を解明するために、まずはTHMの腹腔から細胞を採取、フローサイトを利用してソーティングし、純粋なマクロファージの選別に成功した。血液中の単球が動脈壁内に侵入してマクロファージとなったり、新生内膜の細胞を形成することにより、動脈硬化進展の際に重要な役割を果たしているという説が現在一般的に受け入れられている。特にRAASと血管炎症との深い関連が注目されていることから、今回のアルドステロンブロックによる動脈硬化抑制に際し、単球/マクロファージが関わっている可能性を考えている。食塩負荷THMとスピロノラクトン処置食塩負荷THMから同様の手法でマクロファージを採取し、それらからRNAを抽出して、ジーンチップを利用してサブトラクションを行い、その下流のkey moleculeやカスケードの同定を試みている最中である。
ＧＰＵプログラム最適化のための指示文を用いた自動チューニング機構の開発

GPUプログラムの最適化における難しさや手間を軽減するための研究を実施した。特に利用者が容易に扱えるように指示文やわかりやすいAPI関数を用いて利用できるようにすることを念頭に置いて研究と開発を行った。具体的には、主に1.GPU上で実行されるプログラム部(GPUカーネル)の性能評価や評価結果を活用しやすくすることを目指して、プロファイラ情報を活用するための機構を提案し、実装を行った。平成25年度は、はじめに前年度に途中となっていたプロトタイプ実装と性能評価を進めた。特に、前年度終盤に利用可能となった最新のGPUを対象として機能の実装や確認を実施した。前年度の調査と研究により判明した問題について再検討を行い解決を目指したが、いくつか技術的困難等があり未解決のまま残った。本来行う予定であった高度なプログラムの書き換え機能は、実装コストが非常に高く実現性に問題があったため、汎用性の低い単純なプログラム書き換え機能のままとした。プロファイリングとサジェスチョンの機能については、幾つかの実験プログラムを用意してデータを収集し部分的な機能を開発した。その一方で、GPUとプログラミング開発環境を提供しているメーカー自身がより高機能なツールを公式に提供開始したために、新規性が低下し、論文としての公開には問題が生じる結果となっている。本プロジェクトにおける取り組みについて、国内のシンポジウムにて進捗状況や成果を発表した。成果物の公開については準備中である。平成24年度は当初の予定通りにプログラムの書き換え機能とチューニング時間の削減機能を実現するべくプロトタイプ実装を行い、機能の実現可能性と有効性の確認を行った。有効性については、まずは処理系として実装するのではなく、手動でソースコードを書き換えたり簡単なプログラム書き換えスクリプトを作成するなどして確認を行った。確認の結果、当初期待したものと比べると限定的ではあるが、研究の目的に適う有効性が得られることが確認できた。また年度終盤には新アーキテクチャのGPUが利用可能になり、利用可能な機能や情報の増加や変更があった。そのため、これらへの対応についても検討や実験を始めた。一方の実現性については、計画上は既存のXMP処理系を利用することを考えていた。しかし、XMPの持つプログラム書き換え機能は本研究で行おうとしているプログラム書き換え機能の実現においてはあまり有用とならないこと、活用しにくいことが判明した。そのため、現実的な時間と手間で機能を実現させる方法については、XMPの利用と別の処理系等の活用それぞれの方向から再検討を行っている。プロファイリング・解析を用いたサジェスチョン機能についても開発を開始し、自ら実装した疎行列ベクトル積プログラムを中心に性能情報の取得と蓄積を行っている。有用なプロファイラ情報の分析・抽出については途中であり、継続して行う必要がある。なお実現性の問題によりツール(ソフトウェア)としての実装は遅れており、公開予定については未定となっている。既存の処理系を用いて機能を実装することにより実装の時間と手間を削減する予定であった。しかし、機能の制約の都合上、容易に活用できないことが判明した。そのため開発が遅れており、研究の達成自体も遅れている。当初の計画に掲げたとおり、最適化やサジェスチョンなどの機能について実現する。ただし実装方法については研究計画通り既存の処理系XMPを利用するのは難しい状況にある。対応策は現在検討中であるが、他の処理系を利用することなども考えている。機能の有効性を検証し広めることを優先し、テキスト置換などによる実装を進めることも視野に入れている。旅費(技術調査と成果発表)、自動チューニングの対象環境を増やすためのGPU購入費、成果公開に関する印刷等の費用として使用する予定である。
巻物状カーボンナノチューブの合成と電気的特性評価

本年度の研究では、巻物状カーボンナノチューブ(巻物状CNT)の特質の有用性を示すと共に巻物状CNTの応用分野拡大を目指すために、単一およびバルクの巻物状CNTの電子的・磁気的・電気化学的特性の評価を行なった。20K以下の極低温時における巻物状CNTの温度-磁気抵抗率特性の測定から、ゼロ磁場近傍に二次元構造のグラフェンと同様の電子の弱局在(WL)現象が観測され、巻物状CNTは他の一次元構造とは異なる電子状態にあることが示唆された。この際、巻物状CNTの結晶性向上のために施した熱処理の温度によって、WL現象の発現・消失が確認されたため、熱処理温度によってWL現象の発現条件を制御できることが推察された。これにより巻物状CNTの磁気デバイスへの応用が期待された。密度汎関数法および非平衡グリーン関数法に基づく科学計算において、巻物状CNTは層間の電子相互作用により常に金属的な性質を示すことが予測された。また巻物状CNTでは巻き数よりも層間距離やエッジ構造に依存してコンダクタンスが変化することが判明した。巻物状CNTをリチウムイオン二次電池(LIB)の負極に応用した際、同一次元構造体の同軸状CNTに類似した充放電曲線となったが、巻物状CNTの特異構造に由来して、同軸状CNTやグラファイトといった炭素材料よりも大充放電容量が得られることが明らかとなった。そのため、巻物状CNTは今後のLIB応用の要になることが期待された。また電気二重層キャパシタ応用時には、電極表面で酸化還元反応が生じ、擬似容量が確認された。このため、擬似容量を利用したレドッグスキャパシタへの応用展開が期待された。平成22年度の研究では、理論・実験の両面から電子局在の生じる炭素六角網面端を内包した巻物状カーボンナノチューブ(巻物状CNT)の合成および構造解析を行なった。その構造から磁性の発現や特異な電子輸送の発現を促進し、一次元炭素物質の応用の飛躍的発展を推進することを本研究の目的としている。本年度の研究では、細断した円筒状CNTの熱処理および炭素網面層間にアルカリ金属が挿入したグラファイト層間化合物のポリマー化剥離から巻物状構造の合成条件を探求した。理論的にはポリマー化剥離法を利用した方が巻物状構造を多く合成でき、実験的にもポリマー化によるグラファイト層間の剥離により巻物状構造が多数観察された。この際、巻物状構造の合成量は溶媒種に依存することが判明した。またポリマー剥離したサンプルに対し、剥離効果の高いイソプロピルアルコール(IPA)を滴下することでSiO_2基板上への孤立化に成功した。この際、IPAの水分含有量により、サンプル残留量を制御できることが示唆された。ラマン分光分析により単一の巻物状構造の積層数を同定すると数層程度となり、電子顕微鏡像と比較して巻き数を同定すると2巻き程度のものが多く合成されることが判明した。この知見より巻物状CNTをモデル化し、バンド構造および状態密度などの電子的特性を計算したところ、ナノ炭素網面構造(グラフェンナノリボン)と同様の電子局在化現象(エッジ状態)の出現が予測された。以上より、本年度の研究は新たな炭素構造の創出に寄与できたことで既存の電子デバイス代替材料としての利用やスピントロニクスへの応用展開が示唆された。平成23年度の研究では、昨年度の研究課題であった巻物状カーボンナノチューブ(巻物状CNT)の低収率に着目し、その大量合成手法の確立を目指した。またこの手法により合成された構造の形成過程を明らかにするために、実験および理論計算から構造解析を行なった。ここで得られた構造体により、新規現象の発現の促進および一次元炭素構造の応用分野拡大の推進を本研究の目的としている。本年度の研究では、昨年度の研究においてグラファイト層の剥離に有効であったイソプロピルアルコールを用い、この溶液中でカリウム-グラファイト層間化合物を酸化バブリングすることにより、大量の一次元構造を得ることに成功した。この際、大量のカリウム塩化物や酸化物などの不純物を内包しながら巻物状構造になることが実験および理論計算の両面から示唆された。これらの不純物は電子デバイス応用時に電気抵抗率を高めるように作用するため、酸処理および還元処理を施すことによりそのような不純物を取り除くことができ、炭素のみの巻物状CNTを得ることができた。この構造の電子顕微鏡像観察および光学分析を行なった結果、エッジの露出した巻物状CNTが残存していることが示唆された。この構造は高温熱処理時にも安定であり、温度上昇に伴い積層が明瞭に現れる程、結晶性を高めることができた。また露出エッジの存在により、単一およびバルクの抵抗率は同径程度の同軸状CNTよりも低い値となることが確認された。以上より、本年度の研究ではバルク量の新規炭素材料構造の創出に寄与できたため、今後、バルク量を必要とする電気貯蔵デバイスなどの応用展開が期待できる。

この際、巻物状CNTの結晶性向上のために施した熱処理の温度によって、WL現象の発現・消失が確認されたため、熱処理温度によってWL現象の発現条件を制御できることが推察された。これにより巻物状CNTの磁気デバイスへの応用が期待された。密度汎関数法および非平衡グリーン関数法に基づく科学計算において、巻物状CNTは層間の電子相互作用により常に金属的な性質を示すことが予測された。また巻物状CNTでは巻き数よりも層間距離やエッジ構造に依存してコンダクタンスが変化することが判明した。巻物状CNTをリチウムイオン二次電池(LIB)の負極に応用した際、同一次元構造体の同軸状CNTに類似した充放電曲線となったが、巻物状CNTの特異構造に由来して、同軸状CNTやグラファイトといった炭素材料よりも大充放電容量が得られることが明らかとなった。そのため、巻物状CNTは今後のLIB応用の要になることが期待された。また電気二重層キャパシタ応用時には、電極表面で酸化還元反応が生じ、擬似容量が確認された。このため、擬似容量を利用したレドッグスキャパシタへの応用展開が期待された。本年度の研究では、グラファイト構造に急激な歪みを入れることで巻物状カーボンナノチューブ(巻物状CNT)の大量合成を達成することができた。透過型電子顕微鏡像から積層数の同定を行ない、ラマン分光分析により露出エッジに起因するD'バンドの出現も観測した。電子デバイスの応用として、電流-電圧特性を測定し、同径の同軸状CNTよりも高い電気伝導率が得られた。さらに理論計算を用いて、構造最適化した単一の巻物状CNTの電気伝導性を計算したところ、同軸状CNTとは異なる電子輸送となることが示唆された。以上より、本研究は当初の申請書に記載した通り進展していると考えられる。本研究で合成した巻物状CNTは直径が10nm以上であり、ナノ量子効果を出現させるためには10nm以下にする必要がある。本年度の研究で、高温熱処理を行なうことで直径や積層数が変化するという知見を得たため、熱処理温度別による構造評価を行なうことで当該研究課題を解決し、新規現象の発現を目指す。また更なる電気伝導性の向上を目的として、窒素やホウ素などの異種元素ドープを行ない、その構造の劇的な電気的特性変化を目指す。ここで得られた知見を基に未ドープの巻物状CNTと同様に電子デバイスへの応用を推進する。さらに電気貯蔵デバイスなどに適用し、その特性評価から材料の有用性を検討する。
米糠残渣油からのトコトリエノール回収とバイオディーゼル燃料合成

本研究では、米糠から食用油を製造する工程で副生する残渣油(脱臭スカム油)から、健康機能物質トコトリエノールの回収と環境調和型バイオディーゼル燃料の生産を行う新規な反応・分離プロセスを構築することを目的とした。まず、回分系において、陽イオン交換樹脂を触媒とする遊離脂肪酸のエステル化、陰イオン交換樹脂を吸着剤とするトコトリエノールを含むビタミンE類の吸脱着による回収、陰イオン交換樹脂を触媒とするトリグリセリドのエステル交換を段階的に行った。そして、各反応や吸着挙動に及ぼす操作因子の影響を検討することで、各段階での目的に応じた適切な操作条件を明らかにした。この結果に基づき、樹脂を充填したカラム型反応器を作製し、各段階の連続プロセス化を行った。本研究では、米糠油の精製工程で副生し廃棄物となる残渣油から、健康機能物質トコトリエノールの回収と環境調和型バイオディーゼル燃料(BDF)の生産を行う新規な反応・分離プロセスを構築することを目的とする。本年度は、まず、トコトリエノールと競争的に樹脂に吸着する残渣油の主成分遊離脂肪酸を除去するため、陽イオン交換樹脂によるエステル化実験を行った。そして、エステル化速度に及ぼす水の影響や反応物モル比の影響を検討したところ、副生物である水が存在しても反応が100%進行すること、過剰量のアルコールを添加しなくても反応が100%進行することが分かった。これらは従来とは異なる新たな知見であり、エステル化反応によって、脂肪酸エステルを効率的にBDFに変換できると考えられる。また、モデルビタミンEを用いて陰イオン交換樹脂(OH型)による吸着・脱離挙動の検討を行った。吸着実験は低温10°Cで、脱離実験は高温50°Cで行い、溶液中のビタミンE類濃度の経時変化を測定した。そして、樹脂へのビタミンEの吸着が非常に速やかであり、10分程度でほぼ全てビタミンEが吸着すること、樹脂に吸着したビタミンEを脱離させるには酢酸エタノール溶液が有効であること、回収率を最大とする酢酸濃度が存在すること、が分かった。このモデルビタミンEを用いた実験で得られた知見に基づき、米糠残渣油からのビタミンE類の回収実験を行ったところ、トコトリエノールおよびトコフェロールのα,β,γ体の平均回収率が約82%となり、従来法の37%よりも著しく増大した。これより、分子蒸留を伴わない本回収法の有効性を示すことができた。本研究では、米糠油の精製工程で副生し廃棄物となる残渣油から、健康機能物質トコトリエノールの回収と環境調和型バイオディーゼル燃料の生産を行う新規な反応・分離プロセスを構築することを目的とする。昨年度は、残渣油の主成分である遊離脂肪酸のバイオディーゼル燃料化のための陽イオン交換樹脂を触媒としたエステル化の反応条件を最適化すると共に、トコトリエノール回収のための陰イオン交換樹脂を吸着剤としたビタミンE類の吸脱着条件を明らかにした。本年度は、残渣油の副成分であるトリグリセリドをバイオディーゼル燃料に変換するため、陰イオン交換樹脂を触媒とするエステル交換の反応条件の最適化に取り組んだ。陰イオン交換樹脂は、ビタミンE類の吸着剤、かつ、エステル交換反応の触媒の両機能を備えているため、ビタミンE類の吸着は10°C、エステル交換反応は50°Cと温度をスウィングさせることで、吸着と反応を各々選択的に行った。実際の反応液には、残渣油に含まれる遊離脂肪酸とトリグリセリド、ビタミンE類の他に、遊離脂肪酸のエステル化で生成した脂肪酸エステル(バイオディーゼル燃料)と副生物水が存在するが、これらは吸着、反応どちらにも影響を与えないこと、温度スウィングによりビタミンE類の吸着もエステル交換反応もどちらも数時間程度でほぼ100%進行することが分かった。また、エステル交換反応後に得られた生成物のメタノール含有量が約3%程度であり、これを30-60°Cで2時間程度の減圧蒸留を行うことで燃料品質規格JIS K 2390を満たすバイオディーゼル燃料となったことを明らかにした。これより、アルコール過剰添加を行わずにエステル化、吸着、エステル交換を段階的に行う本合成法の有効性を示すことができた。本課題では、米糠油の精製工程で副生し廃棄物となっている残渣油から、健康機能物質トコトリエノールの回収と環境調和型バイオディーゼル燃料の生産を行う新規な反応・分離プロセスを構築することを目的とする。残渣油の主成分は遊離脂肪酸とトリグリセリドであり、トコトリエノールを含むビタミンE類を低濃度で含んでいる。

昨年度までは回分系での検討を行い、第1段階として、陽イオン交換樹脂を触媒としたエステル化反応によって残渣油中の遊離脂肪酸をバイオディーゼル燃料に変換(50°C)、第2段階として、陰イオン交換樹脂を吸着剤として残渣油中からビタミンE類を吸着除去(10°C)、第3段階として、ビタミンE類が吸着した樹脂に脱離液を加えることでビタミンE類を溶離させて回収(50°C)、第4段階として、ビタミンE類を除去した後の残渣油中のトリグリセリドを、陰イオン交換樹脂を触媒としたエステル交換反応によって燃料に変換(50°C)、という各操作条件の最適化により、目的の反応・分離が達成できることを示した。本年度は、これら4段階の操作を連続的に行うプロセス構築のため、各樹脂を充填したカラム型リアクターに反応液や溶離液を所定流量で通液する流通系での検討を段階毎に個別に行った。まず、第1段階の遊離脂肪酸の燃料化では、陽イオン交換樹脂量と溶液供給流量を操作因子として充填層内の滞在時間を適切化することで、転化率100%を達成することができた。第2段階のビタミンE類の吸着において、カラム温度10°Cでは、陰イオン交換樹脂を保持するフィルター付近で溶液が固化して通液できないため、30°Cに変更した。また、第1段と同じ流量での通液により、流出液中のビタミンE類濃度がほぼ零となることを確認、かつ、カラムの破過時間も明らかにした。次に、ビタミンE類が吸着したカラムに溶離液(酢酸アルコール)を通液することでビタミンE類が鋭い濃度ピークで溶出すること、ビタミンE類除去後の反応液をさらに50°Cの陰イオン交換樹脂カラムに第1、2段と同じ流量で通液することで、残存するトリグリセリドを転化率100%で燃料に変換できることを明らかにした。
海外フィールドワークにおける地理的知の還元モデルの構築

海外フィールドワークでの研究成果を現地社会にいかに還元すべきかについて、主としてラオスを事例として、現地の様々な集団への還元方法を具体的に検討した。農村に小さな博物館を開設し研究成果を展示し、村民の評価を調査した。その結果、非識字者向けの展示方法に改善すべき点があることなどが明らかとなった。大学では、最もニーズの高いGIS教育セミナーを教員に対して実施した。また、大学地理教育カリキュラムを検討した結果、現地のフィールドワークから得た成果は、様々な現象や他地域との比較の中で位置づけられるべきだということが明らかになった。1)海外調査地域への地理的知の還元に関する問題点の整理研究代表者・分担者・連携研究者が過去に行ってきたラオス、ベトナム、マレーシア、ニューギニア、ネパール、南部アフリカ、オセアニア島嶼部、南部アフリカでのフィールドワークの経験をもとに、(1)「フィールドワーク」とは何か、(2)フィールドワークにおける地理的知とは何か?(3)誰に、いかにして、何のために還元するのか?、の諸点を中心に意見交換した。2)ラオス国立大学地理学科のスタッフのカリキュラムを検討し、GISに関する授業の実施案について意見交換した。3)岩田慶治氏が1958年にラオスのパタン村と旧カイソン村で行った調査資料を村の住民に届け、当時の調査の様子、50年間の村の変化の様子を聞き取りした。4)研究代表者・分担者・連携研究者の全員でラオス農村(ドンクワイ村)を訪問し、村落住民の日常生活を観察し、分担者等が過去に行ったフィールド調査との比較し、地理的知の還元モデルの構築について現地で検討した。・ラオスにおいて、以下の3つの還元を実践した。1)は大学等高等教育機関向け、2)は村民および初等学校向けの還元の実践である。それぞれの実践において科研の研究課題である「海外フィールドワークにおける地理的知の還元モデル」を検討した。1)ラオス国立大学社会科学部教員に対し、GIS/GPSトレーニングセミナーを開催し、講義、自習により、GISとGPSを用いた研究・教育方法を指導した(受講者は17名)。受講者には授業に関する評価をしてもらった。2)岩田慶治氏が1958年に調査したラオスのパタン村と旧カイソン村を昨年度末に訪問し、50年間の村の変化の様子を聞き取りしたが、本年度はこのときの録音を日本語化し、それをふまえ雑誌「地理」に記事を連載した。3)科研メシバーの3名(岡本、池口、野中)がこれまで5年間調査を行ってきたラオス・ドンクワイ村で、調査結果の概要を村民に報告する集会を現地で開催した。・以上とは別に、海外調査地域への地理的知の還元に関する問題点の整理するために、昨年に引き続き、研究会を開催した。科研分担者の熊谷がニューギニア、池口がベトナム・ラオス・カンボジアでのフィールドワーク調査の経験について発表し、参加者で議論した。・平成22年度の研究に向けて、ラオス国立大学で使用されている地理学の教科書に関する情報を収集した。<大学地理教育への還元>2010年12月にラオス国立大学を訪問する一方、2011年1月にラオス国立大学社会学部地理学科長Khamphone INTHIPHONE氏、Sarika ONSY2011年10月に名古屋大学に招聘し、還元方法について議論した。その結果、ラオスの大学地理学教育に関しては、次の知見を得た。1)ラオス大学地理学講座のニーズとして、「ラオス地誌学」「GIS」教育の拡充がある。ラオス地誌学は観光学科との連携であることから、地域文化資源の発見が重要なテーマであり、この点で生業研究を主とした研究成果を還元できる可能性がある。2)ラオス大学の地理学教育(人口学,農業地理学)は、世界の状況を視野に入れつつラオスの状況を考えさせるもので、研究成果の還元は他地域との比較を意識したものとすることが望ましいのではないか。<博物館による村人への還元>2011年8月にラオス・サイタニー郡ドンクワイ村の村役場の隣の建物の中の一室に博物館を設置し、漁具の実物や村の狩猟採集方法を示したパネルを展示した。2012年3月に、博物館の利用状況に関して村民24名に聞き取り調査を行った。その結果、博物館の存在の周知方法、非識字者向けの展示方法に関して改善すべき点があることが明らかとなった。以上のほか、パプア・ニューギニア東セピック州クラインビット村での調査報告会の開催、第3回石干見サミット(世界海垣サミット)での漁業文化の地域への発信方法への検討などを実施し、フィールドワーク成果の還元方法について検討した。4年間(延長期間を含む)の科研研究の成果は、日本地理学会発行のE-Journal GEOに発表する予定である。
高水素配位錯イオンの創製とエネルギー関連機能の創出

遷移金属錯体水素化物の高水素密度化を妨げていた従来の錯イオン形成限界である「6族の壁」を克服し、3族から6族の遷移金属元素に9つ以上の水素が配位した高水素配位錯イオンを有する遷移金属錯体水素化物群を合成する。これらの水素化物は高密度に水素を貯蔵することに加え、超高圧印可により極めて高い温度で超伝導相に転移することが期待できる。平成30年度は前年度に引き続き、モリブデンに9つの水素が配位した高水素配位錯イオンと、2つのヒドリドイオンを含む遷移金属錯体水素化物Li5MoH11を主な研究対象とし、前年度に捉えることに成功した超高圧下での電気抵抗の著しい低下現象に関して、再現実験、ならびに詳細な解析実験を進めた。その結果、この物質が100万気圧以上の超高圧下において、最高6.5 Kにて超伝導相へと転移することを明らかにするとともに、超高圧下での放射光X線回折実験を実施し、絶縁相と超伝導相でモリブデンが形成する副格子には大きな違いが見られず、X線では確認の困難な水素の位置の変化が超伝導発現の引き金となっている可能性を見出した。超伝導転移温度としてはまださほど高い値ではないが、今後も継続して理論・実験の両面からこの新たな超伝導現象の解析を進め、さらなる高温超伝導体の発見に繋げたい。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成28年度は、5族ならびに6族の遷移金属による高水素配位錯イオンの創製に取り組んだ。5族元素としてモリブデンとタングステン、6族元素としてニオブとタンタルを選定、高圧プレス装置を用いた高温高圧合成技術の援用により、これらの元素それぞれに1原子あたり9つの水素が配位した新たな4種の高水素配位錯イオン([MoH9]3-、[WH9]3-、[NbH9]4-、[TaH9]4-)を創製、これらが5つ、ないし6つのリチウムイオンと2つのヒドリドイオンによって安定化された4種の遷移金属錯体水素化物(Li5MoH11、Li5WH11、Li6NbH11、Li6TaH11)の系統的な合成に成功した。また、第一原理計算を用いた電子状態解析により、これらすべての遷移金属錯体水素化物において当初の目論見通り水素の電子軌道がフェルミ準位に到達していることを実証した。(2017年3月14日の日経産業新聞8面にて紹介。)水素貯蔵および超伝導に関する知見に加え、リチウムイオン伝導の観点からも新たな知見が得られた。第一原理分子動力学計算にてLi5MoH11における各原子の動的挙動を詳細に調べた結果、室温近傍で錯イオンが回転運動を示し、リチウムイオンの高速拡散を促す様子が観察された。この結果は、これまでイオン伝導体としてはまったく注目されていなかった遷移金属錯体水素化物の蓄電デバイスへの応用を期待させる重要な成果である。これまで経験的に錯イオン形成が困難とされてきた5族および6族元素において、既存の水素配位数を凌駕する水素9配位錯イオンの形成に成功し、申請時に掲げた4課題のうち、「6族の壁の克服」ならびに「9配位以上の高水素配位錯イオン創製」の2課題を達成することができた。これらの成果はさらなる高水素配位錯イオン探索に向けた極めて重要な学術的知見の獲得にも繋がり、最終目標である「エネルギー関連機能の創出」に向けた取り組みが一気に加速されたといえる。また合成した高水素配位錯体水素化物において、申請時には想定していなかった室温近傍での高速リチウムイオン伝導発現を示唆する理論計算結果も得られ、全固体二次電池の固体電解質としての応用を視野に入れた新たな研究展開も期待される。以上を踏まえ、「当初の計画以上に進展している」と自己評価した。平成29年度は、前年度までに合成に成功した複数の遷移金属錯体水素化物のうち、特にモリブデンに9つの水素が配位した高水素配位錯イオンを含むものを主な研究対象とし、超高圧下における電子状態や電気伝導特性について理論・実験の両面から評価・解析を進めた。拡張した計算機リソースを利用した第一原理計算からは、常圧近傍にて約4 eVのバンドギャップをもつ前述の遷移金属錯体水素化物が、昇圧とともに2度の一次相転移を経て、およそ96万気圧にてバンドギャップの閉じた金属相へ転移するとの理論予測を得た。また、ダイヤモンドアンビルセル(DAC)を用いた超高圧下での電気抵抗測定では、約100万気圧にて、超伝導転移を示唆する電気抵抗減少を捉えることに成功した。