hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
授業を支援する「雪」に関するWebコンテンツの新展開と教員研修モデルの開発

開発してきた雪に関するWebコンテンツの授業での普及を図るために、コンテンツの拡充と共に児童向けワークシート及び教員向け学習プラン集、教員研修プログラムの開発を行った。ワークシートを授業で利用した教員は5段階で平均4.8と高く評価した。教員研修プログラム後に参加小学校教員の45%はこのコンテンツを利用しており、プログラムが有効に機能した。また、コンテンツが授業に役立ったかについて5段階で4.5と答えており、Webコンテンツの内容妥当性も示された。1.児童用ワークシートの制作Webページ「北海道雪たんけん館」を利用して、多くの教師が授業に容易に取り組めるように、以下のワークシートを開発した:(1)「雪の結晶」(中谷宇吉郎の研究及び雪の結晶の形、観察),(2)「冬の暮らしを考える」(暖房と燃料消費量などから冬の暮らしのあり方を考える),(3)「これは英語でなんて言うの?」('What's this in English?'という表現をゲームなどにより学ぶ),(4)「私の名前はです」(('My name is....'という表現をゲームなどにより学ぶ)。2.ホームページ充実のための基礎資料収集春先の畑への融雪剤撒布は社会科、理科両面から優れた教材となり得るので、ラジコン・ヘリコプタを用いて、空撮を行った。得られた写真等を次年度教材化していく。また、空港の除雪に関するページを制作するために、千歳空港を基礎調査した。3.コンテンツ普及を図る教員研修事業の実施雪の学習に関する教員向けセミナーを実施し、全道各地から65名の参加があった。冬の暮らし・冬の生き物・冬の遊び・英語などの授業作りワークショップや雪の学びの意義を考えるシンポジウムなどを実施した。事後のアンケート調査に依れば、5段階評価4.4で、89%が教室で使える内容があったと答えた。メーリングリストで教材紹介等を行うと共に、雪の観察講習会や出前授業により継続的にサポートした。また、雪の学習研究会を札幌市内小学校と共催で実施した。全道各地から98名の参加があった。公開授業「雪国"札幌"に生きる」及び提案授業「すぐに実践できる雪のカリキュラム」を実施し、開発したワークシートを使って、どのように実践を進めていけるか示した。事後アンケートによれば、研究会の満足度は5段階評価で4.6と大変好評であった。1.児童用ワークシートの制作Webページ「北海道雪たんけん館」を利用した授業に多くの教師が容易に取り組めるように、除雪を扱った小学校46年生用ワークシート「身近の除雪について考えよう」を開発・制作した。雪堆積場の様子や除雪の色々、除雪作業の苦労、自分たちにもできることを考えるなどからなる。2.ホームページの拡充新千歳空港での除雪に関するページを制作し、「雪と暮らそう」コーナーに掲載した。空港事務所による滑走路の除雪に関するページと航空会社による航空機の運航に関するページから構成されている。また、昨年度ラジコン・ヘリコプタで空撮を行った畑への融雪剤撒布の写真とビデオをホームページ中の「北海道定点観測」コーナーに掲載した。3.教員研修資料の制作及び研修事業の実施雪を扱った実践の普及を図るために、単元のねらい及び単元の評価基準、単元計画、本時の展開例を示した小学校教師用「雪の学習プラン集Vol.1」を制作した。"雪の結晶「不思議・発見」をさがそう"、"北海道の冬のくらし"、"札幌市の除雪は世界-?!"など10テーマを取り上げた。指導的教員を対象としたワークショップを実施し、各地の実践例を収集すると共に、カリキュラムの開発などについて、討論した。雪の学習研究会を札幌市内小学校と共催で実施し、上記のプラン集及びワークシートを紹介した。公開授業「雪国"札幌"に生きる2009」及び提案「完成!雪の学習カリキュラム集Vol.1」、「冬の魅力を子どもたちへ」からなり、全道各地から134名の参加があった。事後アンケートによれば、研究会の満足度は5段階評価で4.1で、プラン集があることで明日からの授業に生かしていけるなどの感想を頂いた。また、雪に関する出張授業を道内小学校で行い、教育現場での実践を継続的にサポートした。1.ワークシート等利用状況調査制作したワークシートの利用者や実施した教員研修事業参加者への追跡アンケート調査を実施した。ワークシートが授業に役だったかについては5段階で4.8と高い評価を受けた。教員研修事業参加者の32%が事業の中で取り上げたものを授業等で活用し、事業が普及に有効であった。また、30%が授業で北海道雪たんけん館を使い、授業への役立ち度は4.5と答えており、Webコンテンツの内容妥当性も示された。2.実践検討会や研究会の実施「夏こそ雪プロセミナー」を実施し、2年間の研究を踏まえた雪の実践レポートや雪学習の可能性と課題に関する討論などを行った。

これを踏まえ、3.のようにWebコンテンツの調整を行うと共に、ワークシートと対になるテキスト「身近の除雪について考えよう」(小学校46年生用)を試作した。また、「雪の学習研究会」を札幌市内小学校と共催で実施し、教育現場への実践普及を図った。事後アンケートで取り上げた内容を授業でやってみたいかについて、5段階評価で4.3と高い評価を受けた。3.Webコンテンツの調整一枚の写真で雪の授業ができる「写真冬ズバッ!」コーナーを5つのカテゴリーに分けて分類配列した。「雪と暮らそう」コーナーで、各セクションへの移動がスムーズになるように提示法を改良した。また、「北海道定点観測」コーナーに、丘珠空港での滑走路・機体除雪及び千歳・利尻間での航空機から撮影した降雪雲の写真・ビデオを掲載した。4.その他雪に関する出張授業を道内小学校で行い、教育現場での実践を継続的にサポートした。学校及び一般向け気象と海洋教育国際会議で成果発表の予定であったが、諸般の事情で会議開催が中止となったため、全日本教育工学研究協議会等で発表を行った。尚、制作してきたWebページは第16回マイタウンマップコンクールで「日本科学未来館館長賞」を受賞した。
水域におけるアオコ制御のための水生植物の多感作用に関する基礎的研究

富栄養化は、世界中の浅い湖沼における重要な環境問題であり、水中におけるシアノバクテリアの増殖は、景観障害だけでなく、健康被害等も含む様々な問題をもたらしている。しかしながら、現在までのところ、必ずしも効果的な対策が存在しているとはいえない。こうした背景の下、アレロパシー潜在能力を持つと考えられる大型植物におけるアレロパシーの効果の有無を調べることを行った。対象とする大型植物としては、世界中に存在し、様々な環境条件下で活発に生育、容易に大群落を形成するヨシを対象にした。研究では、ヨシ群落が発達し、かつ、シアノバクテリアの増殖した、3つの浅い水域を選択し、ヨシによるアレロパシー効果について調べた。ヨシ群落近傍および、コントロールとして、ヨシ群落から約5m離れた場所から採水し、冷蔵保存して持ち帰り、実験室において、水を濾過、標準的な方法により、フェノール酸、リン酸塩、硝酸塩-Nおよび植物プランクトンを測定した。次に、ヨシの滲出液が天然植物プランクトンのアレロパシーを示すかどうかについて、実験室内で実験を行った。ヨシ群落内及び群落外の水について動物プランクトン等を取り除き、5日間培養し、比較を行った。これらの二つの実験の何れにおいても、差がみられ、ヨシ群落がシアノバクテリアに対し、アレロパシー効果を示すことを確認した。以上の結果を基に、ヨシの根茎と葉のサンプルをから、滲出液に含まれるフェノール化合物等の分析を行った。その結果、アルブチン、没食子酸、カテキン等、アレロパシーを引き起こす可能性のある、いくつかのフェノール類等が含まれることを確認、こうした物質がアレロパシーを引き起こしている可能性を指摘した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。浅い湖沼においては、植物プランクトンと沈水植物との間には明確な競争関係が存在することから、沈水植物を増加させることで、植物プランクトン量を減少させることが可能である。排他的安定状態の仮説とよばれる現象である。これには、植物を隠れ家とすることで動物プランクトンの増殖が可能になること、植物プランクトンの増殖によって透明度が低下、沈水植物の増殖が抑えられること、植物プランクトン、沈水植物共に、多くの種がアレロパシーを有し、互いに相手の生長を抑える物質を発生させること、更には、沈水植物種のいくつかは二酸化炭素が欠乏する状態、また、水中に大量にカルシウムイオンが損存在する中で、炭酸水素イオンを光合成に利用し、植物体に炭酸カルシウムを沈着させる、さらに、その際に水中のリンを取り込むことで水中のリン濃度を低下させるなどの仕組みが存在すると考えられる。しかし、そうした際に、これまで、植物体もしくは植物プランクトン自体にどの程度のストレスがかかっているかを測定する手段がなく、実際にどのような要因が効いているかについては不明であった。数か月に及ぶ生長実験を行うことで、全体としてのストレスの増減を見積もる他に手段が存在しなかった。こうした背景の下、本共同研究では、まず、植物プランクトン、沈水植物が環境から受けるストレス強度を評価する指標の開発を行った。具体的には、ストレスを受けた場合に発生する活性酸素のうち、過酸化水素はストレス強度と極めて明確な関係を示すことから、活性酸素濃度を測定することで、これが可能になるという結果を得た。NazimUddin氏の来日が大幅に遅れ、11月になったため、平成29年度の研究は当初の予定を変更し、今後研究を進めていくために必要となる手法の開発を行った。具体的には以下のような手法である。生物的、非生物的を問わず環境ストレス下では植物体内には活性酸素が生成され、タンパク質、脂質、DNA等を破壊するため、植物の生長は抑制され、場合によれば枯死に至る。活性酸素の多くは極めて不安定であり、計測は難しいものの、その中で過酸化水素は比較的安定であり、計測も簡単である。そうしたことから、まず初めに、様々な非生物的な環境ストレスを異なる強度でかけ、その際に植物体内に発生する過酸化水素量を測定した。その結果、ストレス強度と過酸化水素濃度との間に、極めて一義的な関係が存在することが確認された。さらに、過酸化水素濃度と生長量、クロロフィル濃度等との間に負の相関が存在することが確認された。次に、植物プランクトンに対し、同様な実験を行ったところ、ストレス強度と過酸化水素濃度との間に負の相関が存在することが確認され、また、クロロフィル量の低減、細胞数の低減が得られ、増殖が著しく抑制されていることが明らかになった。さらに、複数種の沈水植物を単一種もしくは複数種で培養し、植物体内に含まれる過酸化水素量を測定した。その結果、種によっては単一種で栽培した方が過酸化水素量が増加(ストレスが増加)、また、種によっては単一種と複数種での栽培との間に差がみられなかった(ストレスに変化なし)。以上の結果より、アレロパシーに対しても利用可能であることが示された。

研究では、ヨシ群落が発達し、かつ、シアノバクテリアの増殖した、3つの浅い水域を選択し、ヨシによるアレロパシー効果について調べた。ヨシ群落近傍および、コントロールとして、ヨシ群落から約5m離れた場所から採水し、冷蔵保存して持ち帰り、実験室において、水を濾過、標準的な方法により、フェノール酸、リン酸塩、硝酸塩-Nおよび植物プランクトンを測定した。次に、ヨシの滲出液が天然植物プランクトンのアレロパシーを示すかどうかについて、実験室内で実験を行った。ヨシ群落内及び群落外の水について動物プランクトン等を取り除き、5日間培養し、比較を行った。これらの二つの実験の何れにおいても、差がみられ、ヨシ群落がシアノバクテリアに対し、アレロパシー効果を示すことを確認した。以上の結果を基に、ヨシの根茎と葉のサンプルをから、滲出液に含まれるフェノール化合物等の分析を行った。その結果、アルブチン、没食子酸、カテキン等、アレロパシーを引き起こす可能性のある、いくつかのフェノール類等が含まれることを確認、こうした物質がアレロパシーを引き起こしている可能性を指摘した。本研究では開発した、沈水植物や植物プランクトンにかかる環境ストレスを過酸化水素量で評価する手法は、測定が比較的簡単なこと、定量的な評価が可能であること、異なる環境ストレスによる影響をストレスの種類ごとに評価できる可能性があること、過酸化水素量という一義的定量化で可能にしていることから、枯死に至る過酸化水素量を把握できること等、様々な長所があり、将来性も極めて高い手法といえる。こうしたことから、平成30年度は、この手法の開発にも焦点をあてた研究を行う。具体的には、異なる複数の非生物的環境ストレスに対し、それぞれのストレスごとに強度を変えた中で、沈水植物もしくは植物プランクトンの培養実験を行うことで、それぞれのストレスに対し、ストレス強度と過酸化水素量との関係把握を行う、次に、複数のストレスを掛けた下で過酸化水素量を測定、個々のストレスによる量の和として得られる量と比較する。これにより、ストレスごとの影響把握の可能性を求める。予測としては、環境ストレスによる活性酸素の生成は、細胞内の異なる組織において生じており、組織が異なれば、他のストレスによる影響とも関係が希薄になることから十分な可能性があると考えられる。生物的なストレスに対しては、これまで病原菌に対する影響が主に調べられてきた。しかし、本課題で重要になるのはむしろアレロパシーであることから、沈水植物と植物プランクトンとが共存する中で培養実験を行うことで、この影響を明らかにしていく。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
液胞膜輸送系タンパク質の同定とその機能解析

昨年度、酵母生細胞によるアミノ酸の取り込みが液胞アミノ酸取り込みを反映することに基づいて、液胞アミノ酸トランスポーター遺伝子欠損株の一次スクリーニングを行った。本年度は液胞膜小胞のアミノ酸輸送活性を直接測定することにより、アミノ酸トランスポーターに関わる遺伝子の働きを明らかにすることを目的とした。その結果、YMR088c遺伝子破壊株ではアルギニン、リジン、ヒスチジンの液胞取り込み活性が低下すること、YBR293w遺伝子破壊株では主にリジン、ヒスチジンの取り込み活性の低下、YCL069w遺伝子破壊株では主にリジン輸送活性の低下が認められた。しかしながら、これらの遺伝子破壊株の液胞膜小胞によるカルシウムイオンやチロシンなどの輸送活性にはほとんど変動は見られなかった。これらの遺伝子産物のアミノ酸配列に対して系統樹解析をおこなった結果、これらの遺伝子群が、薬剤/H+アンチポーターファミリーの中で一つのサブファミリーを構成しており、これらの遺伝子は塩基性アミノ酸に対して選択的なトランスポーターをコードすることが明らかになった。YMR088c遺伝子破壊株に対して低コピー数プラスミドによりYMR088c遺伝子を形質転換することにより、アルギニン、リジン、ヒスチジンの輸送活性のいずれもが回復した。またYMR088c遺伝子に対して、そのカルボキシル末端にGFPグリーン蛍光タンパク質を付加した融合遺伝子を作製した。GFP融合YMR088c遺伝子は、部分的ではあるがYMR088c遺伝子欠損を機能相補し、また、蛍光顕微鏡観察より液胞膜上に局在することも明らかになった。本研究により、新たに酵母液胞塩基性アミノ酸トランスポーター遺伝子群が同定され、今後の植物などにおける関連する液胞トランスポーター遺伝子同定への足がかりの一つを築くことができた。酵母液胞輸送系の解析を通じて、植物液胞における多様な代謝物輸送系の働きを分子レベルより理解する上で有益な情報を取得することを目的とし、本年度は、液胞トランスポーター遺伝子の同定を進めた。酵母液胞には、塩基性アミノ酸や疎水性アミノ酸など少なくとも7種類のアミノ酸トランスポーターの存在が酵素学的性質より指摘されているが、分子・遺伝子の同定はまったく行われていない。機能未同定のものを含んで二次性トランスポーターに該当する遺伝子産物のアミノ酸配列の類似性を調べ、解析ソフトにより家系樹を作成した結果、いくつかのサブファミリーに分類できることがわかった。その中では、液胞ポリアミントランスポーターファミリTP01,TP02,TP03,TP04などもファミリーを形成していることがわかった。液胞アミノ酸輸送系はいずれもその能動輸送の駆動力はV-ATPaseによって形成されるプロトントン駆動力であることが明らかになっている。V-ATPaseの欠損変異株を用いて、生細胞を用いた系でアミノ酸の取り込みを調べた結果、V-ATPaseの欠損株ではほとんどのアミノ酸の取り込みが顕著に低下しており、発芽酵母細胞によるアミノ酸の取り込みのほとんどは、液胞への蓄積を反映している可能性が示唆された。この結果より、液胞アミノ酸取り込み活性を欠損を調べるために、生細胞によるアミノ酸の取り込みの有無を一次スクリーニングとして用いることができると考えられた。この系を用いて機能未知の二次性トランスポーター遺伝子の破壊株を購入し、各アミノ酸の取り込み活性を調べた結果、YCL069W遺伝子産物はアルギニンの取り込み,YBR293Wはリジンのとりこみ,YMR119Wはヒスチジンの取り込みに、主に関わっていることが推定され、次年度におこなう液胞膜小胞を用いた直接解析の足がかりを築くことができた。
若年ケアラーの介護経験が人生に及ぼす影響に関する実証的研究

誰もが年齢を重ねていく中で,介護の問題は避けて通れない。以前は人生後半期の課題であると考えられていた介護問題であるが,未婚化,晩婚化,少子化,経済状況の悪化等によって,介護の問題はすべての世代に関係の深いテーマとなっている。本研究では,10代30代の青年期・成人前期に家族介護を経験した「若年ケアラー」の介護実態を明らかにした上で,若年で介護をする経験が,人生にどのような影響を与えるのかを生涯発達の視点から検討する。若年ケアラーの実態とその内的世界が解明されることで,社会全体にとって,ケアすることの現実と意義を問い直せるのではないかと考える。
アジアにおける統合的海洋管理の制度設計と政策手段

アジア海域における統合的海洋管理の制度設計について提言を行うため、第一に協力枠組みの前提となる海洋法条約の規律を実現するためのアジア諸国の国内法制度について比較検討を行い、第二に、ガバナンスの観点から、アジア海域における国際協力メカニズムの比較研究、港湾管理制度、我が国の離島管理政策等についての検討を行い、第三に、ガバナンスの将来的な課題を明らかにするため、マラッカ海峡におけるテロや海賊のリスク評価と中央アジアにおける国際貨物流動の影響に関する研究を実施した。またアウトリーチのため、各年度末に公開シンポジウムを開催した。本研究では、文献調査や関係者へのヒアリング等を通じてアジアの海域における日本にとってのリスクや政策課題を明らかにした上で、1法学、政治学、理工学の分野にまたがる観点から、シミュレーションやリスク評価、合意形成をめぐる理論の知見なども積極的に活用しつつ、2個別分野ごとのガバナンスの態様及び法制度の相互関係や、ガバナンスの担い手に関する理論的な接近方法を具体的かつ実証的に模索することを通じて、当該海域における総合的な海洋管理に向けた政策協調を促進するための具体的な制度設計や政策手段を検討することとしている。環境・安全・資源利用をめぐる法制度・政策の分析という観点からは、アジア及び太平洋諸国における海洋管理法制について、入手可能な英文資料を収集して包括的な調査を行うと同時に、それらの法令が、国連海洋法条約上の権利義務をどのような規定により実施しているか、またそれが各国のどのような海洋政策を反映しているかという観点から比較検討を行った。海洋環境と海洋利用をめぐるリスク評価とこれを受けた政策課題の抽出という観点からは、東アジアと欧州とを結ぶ航路のリスクを検討するための準備として、代表的な代替経路である中国から中央アジアを経由するチャイナランドブリッジを対象として、越境交通サービス改善が地元地域経済および貨物流動に与える影響を分析した。海洋ガバナンス・レジームの形成過程に関する分析という観点からは、重要なステークホルダーである海洋産業の展開に関するシンポジウムを開催し、海洋観光、海洋資源開発等の分野における現状と課題について理解を深めた。また、国と地方による港湾の管理・運営、IMOにおける船舶の安全・環境規制の動向、環日本海の環境保全や水産資源管理への国際的枠組み等について、比較法制度の視点も交えつつ調査研究した。本研究では、文献・資料による調査研究や関係者へのヒアリング等を通じてこの海域における日本にとってのリスクや政策課題を明らかにした上で、1法学、政治学、理工学といった分野にまたがる多角的な視点から、シミュレーションやリスクの評価、ステークホルダー間の合意形成をめぐる理論の知見なども積極的に活用しつつ、また、2個別分野ごとのガバナンスの態様および法制度の相互関係や、ガバナンスの担い手に関する理論的な接近方法を具体的かつ実証的に模索することを通じて、当該海域における総合的な海洋管理に向けた政策協調を促進するための具体的な制度設計や政策手段を検討することとしている。環境・安全・資源利用をめぐる法制度・政策の分析という観点からは、海洋紛争の解決に関するアジアの海の課題や、海洋権益の保護に関する日本の状況について整理するとともに、次年度以降に個別具体的なテーマを設定して各国の法制度の比較研究を行っていく基礎的な調査として、各国の法制度について包括的に調査を行った。海洋環境および海洋利用をめぐるリスク評価とこれを受けた政策課題の抽出という観点からは、福島第一原子力発電所の事故後における日本発着の海上輸送という事例について、リスク認識と発生時におけるリスクコミュニケーションの観点から研究を行った。海洋ガバナンス・レジームの形成過程に関する分析という観点からは、国際ルール形成と国内実施のメカニズムについて議論を整理するとともに、海洋ガバナンスを確立する上で重要となっている、海洋に関する調査研究を通じた科学的知見の充実、海洋の開発・利用・保全を担う産業の創出・振興といった要素が交錯する海洋調査研究産業に着目して、その全体像を探るシンポジウムを行った。本研究では、文献調査や関係者へのヒアリング等を通じて、アジアの海域における日本にとってのリスクや政策課題を明らかにした上で、1法学、政治学、理工学の分野にまたがる観点から、シミュレーションやリスク評価、合意形成をめぐる理論の知見などを活用しつつ、2分野ごとのガバナンスの態様及び法制度の相互関係や、ガバナンスの担い手に関する理論的な接近方法を具体的かつ実証的に模索しながら、当該海域における統合的海洋管理に向けた政策協調を促進するための制度設計や政策手段を検討してきた。平成26年度は、これまでの成果を総括する観点から、研究の全体を俯瞰する報告書を作成した。同報告書では、中央アジアの越境物流インフラが周辺国に与える影響を分析するモデルの精緻化、北極海航路を用いたLNG輸送に関するリスク評価といった研究成果を踏まえながら、現存する海洋ガバナンスの枠組みの分析や港湾管理をめぐる課題の分析を行い、制度設計についての提言を行った。また、これらの海洋ガバナンスを実現する上で必要不可欠となるアジアの海の沿岸諸国における国連海洋法条約の国内実施メカニズムの分析を通じて統合的海洋管理に向けた提言を行うため、報告書『アジア海洋関連法令集』を作成した。同報告書には、アジア各国の国内法令で主としてインターネット上の英文により参照可能なもののURL、その他の書誌情報を掲載している。

さらに、「海洋の利用」と「海洋環境の保全」という海洋ガバナンスを検討する上でしばしば対立する目的間の調整のあり方について理解を深めるため、シンポジウム「海洋環境保護の現代的展開:海洋ガバナンスの観点から」を開催した。本シンポジウムにおいては、海上交通,海洋資源開発,洋上風力発電等様々な海洋の利用形態について、海洋の利用と環境保全に関する議論の趨勢を把握するとともに望ましい海洋ガバナンスのあり方についての示唆を得た。26年度が最終年度であるため、記入しない。社会科学26年度が最終年度であるため、記入しない。環境・安全・資源利用をめぐる法制度・政策の分析、海洋環境及び海洋利用をめぐるリスク評価とこれを受けた政策課題の抽出、海洋ガバナンス・レジームの形成過程に関する分析のいずれの観点からも、着実な進展が見られるため。環境・安全・資源利用をめぐる法制度・政策の分析、海洋環境および海洋利用をめぐるリスク評価とこれを受けた政策課題の抽出、海洋ガバナンス・レジームの形成過程に関する分析のいずれの観点からも、着実な進展がみられるため。最終年度の今年度は、これまでに3つの研究を通じて得られた、法学、政治学、理工学といった分野にまたがる知見を総括し、環アジア海諸国の海洋政策基盤の違いの分析を踏まえつつ、当該海域における総合的な海洋管理に向けた政策協調を促進するための具体的な制度設計や政策手段に関する提言のとりまとめにつなげる。本研究では、昨年度に引き続き3つの側面から研究を進める。環境・安全・資源利用をめぐる法制度・政策の分析の観点からは、アジア諸国の海洋利用の現状を反映して形成されている沿岸諸国の現在の法制度について分析し、比較研究を行う。海洋環境および海洋利用をめぐるリスク評価とこれを受けた政策課題の抽出の観点からは、油濁事故、原子力災害に由来する危険物質の放出や洋上風力発電設備・メガフロートの流出などを想定シナリオとし、必要なものについてシミュレーション及びリスク評価や発生時におけるリスクコミュニケーションのあり方等につき検討を行う。海洋ガバナンス・レジームの形成過程に関する分析の観点からは、交通、環境、資源開発を例に、日本海の利用と管理のための政府間・官民間連携について調査研究するとともに、昨年度の海洋調査研究産業に関する議論を踏まえつつ、海洋ガバナンスに関するルールの形成や活動主体の育成について検討する。
Si基板上へのCuIn_xGa_<1-x>Se_2薄膜の作製と評価

太陽光発電は、地球規模の環境問題を解決するためのクリーンなエネルギー源として大きく注目されている。この太陽光発電を実用化するためには、低価格で高効率の太陽電池を開発することが重要であり、CuIn_xGa_<1-x>Se_2/Siタンデム型が有望であると考えられる。そこで、本研究ではSi基板上にCuIn_xGa_<1-x>Se_2薄膜を作製し、その基礎特性を評価した。基板に結晶Si(100)、(110)、(111)の3種類を使用し、基板温度を室温から400°Cまで変化させ、高周波スパッタ法によりCuIn_xGa_<1-x>Se_2薄膜を作製した。評価方法として、組成分析は電子プローブ微小分析(EPMA)、結晶性はX線回折や反射高速電子回折(RHEED)、結合状態と深さ方向の組成分析はX線光電子分光法(XPS)を用いた。作製した薄膜は科学量論組成に近いものであり、深さ方向の組成分析はほぼ均一であった。また、基板温度400°Cで作製しても薄膜中へのSiの拡散は認められなかった。薄膜のX線回折パターンは、すべてカルコパイライト構造CuIn_xGa_<1-x>Se_2からの回折線に対応付けられ、他の結合を示すピークは観測されなかった。基板温度の上昇とともに、基板の面方位に依存せず(112)面に強く配向した薄膜が得られた。特に、Si(111)基板上に400°Cで作製した薄膜では、この(112)面への配向度は0.983であった。さらに、400°Cで作製した薄膜のRHEEDパターンには(112)方向に配向したスポットが観測され、基板温度の上昇とともに結晶性が改善されることがわかった。したがって、Siの面方位による薄膜への影響は認められず、CuIn_xGa_<1-x>Se_2/Siタンデム型太陽電池を作製する場合、従来からSi単結晶太陽電池で用いられている(100)基板をそのまま使用できることが明らかになった。
中性子電気双極子モーメントの格子計算

格子量子色力学(格子QCD)を用いた中性子電気双極子モーメント(中性子EDM)の数値的評価を行った。本研究ではQCD作用にCP対称性を破るθ項を入れた経路積分を第一原理から実行することで、標準模型の枠内において中性子EDMに含まれる非摂動的寄与の評価を行う。この研究成果によって格子QCDにおける中性子EDMの計算法の確立と、θ項のみならず、高エネルギースケールにおけるCP対称性の破れを生じさせる項を取り入れた新しい物理モデルへのアプローチに向けた基礎的研究となる。格子QCDではモンテカルロ積分法を用いた数値的解析を実行する。その計算における信頼度を上げるためには大規模な数値計算が必要となるが、特に本研究ではモンテカルロ計算における統計誤差を効率よく抑えることが鍵である。これまでの経験から、統計精度の向上と格子化に伴う系統誤差を同時に抑えることが信頼性の高い結果を得るためには必要であることから、ここではドメインウォールフェルミオン形式をもとにした高精度の数値計算を実行することにした。ドメインウォールフェルミオンは計算コストが必要となる分、大きな格子化誤差を自動的に回避することができる。計画に従ってまず計算アルゴリズムの大幅な改良を行った。その結果、従来より5倍以上の効率化を実現することができた。このアルゴリズムをもとにしたモンテカルロ計算を中性子EDMに実装した結果、π中間子質量として300MeV付近の中性子EDMの統計的に有意義な結果を得ることができた。本計算ではアップ・ダウン・ストレンジクォークを動的に含んだゲージ配位上における中性子EDM計算の初めての試みであり、物理点に最も近い領域における値である。本研究はアルゴリズムの効率化による計算コストの大幅な削減が実現できたことによる成果である。24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度では格子QCDの手法を用いて中性子の電気双極子モーメント(NEDM)の非摂動的計算を試みた。この物理量は長年素粒子標準模型において問題視されているθ項の存在に関して直接的に観測可能であるという点で重要である。現在NEDM自体はナイーブなモデル計算から求められているが、厳密な理論計算におけるNEDMを求めておくことは将来の実験および標準模型を超えた新しい物理の理解に対して重要なヒントを与えうる。本研究では、格子QCDと呼ばれる数値計算から強い相互作用およびθ項を非摂動的に取り入れた第一原理計算によりNEDMの値を数値的に求めて従来のモデル計算との比較を目的とする。この成果によって、これまで知られているNEDMが何らかの系統誤差を含んでいるかを明確にすることでこの値自体の正当性を確認する上で重要である。本年度の計算ではドメインウォールフェルミオンと呼ばれる格子上でカイラル対称性をコントロールすることが可能なフェルミオン形式を用いて、格子空間上で核子間に電磁カレントを含んだ3点関数を数値的に求めて、ハドロン効果を含んだ行列要素を抜き出した。数値計算においてはクォーク質量およびゲージ場の結合定数の二つの値が理論パラメータである。理研BNL研究センター所属のメンバーを含んだRBRCグループによって生成された動的クォークを含んだゲージ配位上で上記の計算を行った。NEDMの計算自体、理論的に有意義な結果を得るには高統計が求められるが、計算時間の不足から統計的に意味のある値を得ることはできなかった。しかしながら、格子QCDにおけるアルゴリズム開発の結果、計算時間を大幅に減らしながら高統計の物理結果を得ることができるようになったため、来年度においてこの新しいアルゴリズムを用いて計算精度を高めていく計画である。これまでの研究結果から、この物理量自体従来の方法で計算精度を高めることは困難であると予想していた。

今年度は計画通り計算アルゴリズムの改良が順調に進んだため、計算時間を大幅に減らすことに成功したため、おおむね計画通りといえる。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後の研究では今年度の新しいアルゴリズムを用いた計算を実行する計画である。この改良によって計算時間を従来の5倍以上に高めることができるため、統計精度の向上が期待できる。この計算においては計算機性能よりもディスクアクセス能力に依るところが大きいため、大型計算機の利用申請では大容量サーバを所有する機関を選定する必要がある。理化学研究所が管理運営しているRICCセンターに来年度申請する予定である。
脳腫瘍患者MRIデータからの脳溝同定システムの開発

脳神経外科において最適な手術方法を検討するためには,脳のどの場所に何の機能があるのかを把握する必要があり,それは脳溝の位置関係から理解が可能である.そこで,本研究では,脳腫瘍患者のMRIデータからの脳領域抽出,及び,運動野(前頭葉)と感覚野(頭頂葉)の境界に位置し,脳溝の中でも最も重要な指標である中心溝の位置同定を行った.また,脳内における脳溝と腫瘍との位置関係の分かりやすい表示手法の提案や,簡単に操作可能なユーザインターフェースの検討も行った.脳神経外科において最適な手術方法を検討するためには,脳のどの場所に何の機能があるのかを把握する必要があり,それは脳溝の位置関係から理解が可能である.そこで,本研究では,脳腫瘍患者のMRIデータからの脳領域抽出,及び,運動野(前頭葉)と感覚野(頭頂葉)の境界に位置し,脳溝の中でも最も重要な指標である中心溝の位置同定を行った.また,脳内における脳溝と腫瘍との位置関係の分かりやすい表示手法の提案や,簡単に操作可能なユーザインターフェースの検討も行った.平成20年度は、以下の5項目について研究を行い、学会や誌上発表を行った。1.脳領域抽出の改善:これまでの研究で高精度な脳領域抽出が可能となったが、脳変形を伴う脳腫瘍症例では、脳に隣接する硬膜を誤抽出する場合があった。これに対して平成20年度の研究では、誤抽出した領域の輝度特性を利用したフィルタ処理と膨張・収縮処理の併用手法による誤抽出領域の除去を行い、より精度の高い脳領域抽出が可能となった。2.中心溝の位置検出の改善:これまでの研究では高い確率で中心溝の位置推定を行うことが可能となったが、この位置検出率をより高めるために平成20年度では、角度情報を利用した中心溝の存在範囲の絞込みや、血管領域を考慮した脳溝抽出処理の改善などを行った。3.脳溝の同定:従来研究の脳溝分類では、脳溝の位置関係だけを利用した手法であり、腫瘍によって押しつぶされ、脳溝が抽出できない場合には、その脳溝だけでなく周辺の脳溝までも特定が困難になるという問題があった。平成20年度での研究では、2の中心溝の位置検出改善で用いた角度情報を基にした処理により、様々な方向に走行する脳溝を区分することが可能となった。これらの情報を基に、各脳溝を同定できるよう引き続き研究を進めている。4.効果的な3次元可視化手法の提案:平成20年度では、脳溝とそれ以外の領域とのコントラストを高くする手法を提案し、これまで以上に脳溝の明瞭な3次元表示を可能とした。5.脳外科医による評価: 14に対して客観的評価を行うとともに、脳外科医からも評価を受けた。改善すべき点については、今後の課題とする。これらの研究成果については、次項11に記載する学会や論文誌にて成果発表を行った。平成21年度は、前年の20年度に行った脳領域抽出の改善・中心溝の位置検出の改善・脳溝の同定・効果的な3次元可視化手法の提案・脳外科医による評価について、ユーザインターフェースという観点から、利用する医師にとって利便性が高いシステム構築に取り組んだ。また、20年度に行った中心溝の位置検出では、一部の症例において、他の脳溝が中心溝と誤判定される場合があったことから、21年度ではこの問題点の改善を行い、誌上発表を行った。具体的には、これまでの研究で得られた脳外科医の評価において、「脳のみの表示」や「脳に脳溝を重ねて表示」、「脳の断面表示」などを切り替えて表示する機能を希望する医師が多かったことから、マウスやキーボードで簡単に操作できるシステム開発を行った。また、中心溝の位置検出においては、これまでの「中心溝が比較的長く分岐が少ないという特徴を基に、各脳溝の特徴適合率を算出し判定を行う」という手法で、これらの特徴に適合する脳溝が複数判定される場合があったことから、中心溝が一定の角度範囲に存在する脳溝である点に注目し、判定条件に角度情報を加えることで位置推定率の改善を行った。これを脳腫瘍症例データに適用した結果、高い精度で中心溝の位置を同定することが可能となった。さらに21年度は、脳溝の構造を位相画像から捉える試みを行ったり、CT画像への適用実験などの研究展開を行った。
子宮内膜症を合併した不妊症におけるNK細胞機能分担と機能発現の解明

本研究の目的は、子宮内膜症による不妊症におけるNK細胞の機能(活性性レセプターNCR、サイトカイン産生)との関連を明らかにし、不妊症を合併した子宮内膜症の病態を解明することである。研究方法としては、1子宮内膜症の手術を行った不妊症患者、2子宮内膜症を有しながら不妊治療を行っている不妊症患者、3子宮内膜症のない不妊症患者より子宮内膜、末梢血を採取し、NK細胞のNCRs発現・サイトカイン産生の違いを検討する。昨年度は子宮内膜症の手術を行った不妊症患者、子宮内膜症を有しながら不妊治療を行っている不妊症患者、子宮内膜症のない不妊症患者のピックアップを行った。また、アメリカ生殖免疫学会で、それぞれの患者の不妊治療周期での子宮内膜のNK細胞のNCRs発現について検討し、子宮内膜ではNK細胞のNCRs発現に有意差がないことを発表した。子宮内膜症を有しながら不妊治療を行っている患者のピックアップ数が少なく、思うように比較検討が行えていないため。臨床上で積極的に子宮内膜・末梢血採取を行えるよう不妊治療を行っている患者に協力をあおぐ。すなわち、これまでに明らかにされている子宮内膜・末梢血で得られる子宮内膜症や着床不全、不育症に関するデータについて無償で検査し、情報提供することを患者に説明したり、子宮内膜を検査・擦過することで着床率が上昇することを説明することで、検体を提供してもらえるようにする。思うように患者のピックアップが進まず、研究費の執行を見送ったため残額が生じた。実験用品の購入、学会発表、論文投稿のため必要な経費を補填する。
アデノ随伴ウイルスベクターを用いた血友病に対する遺伝子治療法の最適化

各血清型のAAVに由来し、マーカー並びにエリスロポエチン、凝固第IX因子などを搭載するベクターを作製し、主にマウスにおける有効性を検討した。その結果、骨格筋に対しては1型を、肝臓には5型及び8型を用いた場合に高い効果が得られた。凝固第IX因子を用いた実験では、ヌードマウス骨格筋に遺伝子導入を行った結果、治療域に達する血中濃度を1年以上にわたって維持することが出来た。また、新規の標的組織として脂肪に対する投与法に関して探索を行い、生体に投与可能な添加剤(界面活性剤)をベクター溶液に加えることで脂肪組織に対する遺伝子導入効率が大幅に改善することを見出した。この方法によって肥満マウスモデルの脂肪組織にエリスロポエチン遺伝子を搭載したベクターによる遺伝子導入を行ったところ、血中エリスロポエチン濃度は大幅に上昇し、骨格筋及び肝臓を用いた場合にほぼ匹敵する結果が得られた。用いたマウスは著しい多血症を呈し、発現したエリスロポエチンが生物学的活性を有していることが裏付けられた。更にこれらのマウス脂肪組織を手術的に摘除したところ、遺伝子導入効果の消失が確認され、標的とした脂肪組織に特異的な導入遺伝子の発現が示唆された。摘出した臓器を解析したところmRNA及び蛋白質レベルが血中濃度と相関しており、AAVベクターに添加剤を加えることの効果が裏付けられた。また、8型を用いた場合にはより高い血中濃度が得られ、凝固第IX因子を用いた場合にも治療域に達した。しかしながらその後の解析で標的とした脂肪の他に肝臓における強発現が確認された。このことは8型のキャプシドが肝臓に対して強い親和性を有していることに由来する現象と考えられた。各血清型のAAVに由来するベクター作製システムを準備し、マーカー並びにエリスロポエチン、凝固第IX因子などを搭載するベクターを作製した。以上を用いて主にマウスにおけるin vivoでの有効性を検討したところ、骨格筋では1型が、肝臓では5型及び8型を用いた場合に高い効果が得られた。この結果をもとに凝固第IX因子を搭載するベクターを作製し、ヌードマウスの骨格筋に遺伝子導入を行ったところ治療域に達する血中濃度を1年以上にわたって維持することが出来た。注入した骨格筋に対しては有意な影響は認められなかった。更にこれらのマウス脂肪組織を手術的に摘除したところ、遺伝子導入の効果は消失し、標的とした脂肪組織以外で導入遺伝子が発現している可能性をほぼ否定することが出来た。摘出した臓器を解析したところmRNA及び蛋白質レベルでも血中濃度と相関する結果が得られており、AAVベクターに添加剤を加えることの効果が裏付けられた。

この方法によって肥満マウスモデルの脂肪組織にエリスロポエチン遺伝子を搭載したベクターによる遺伝子導入を行ったところ、血中エリスロポエチン濃度は大幅に上昇し、骨格筋及び肝臓を用いた場合にほぼ匹敵する結果が得られた。用いたマウスは著しい多血症を呈し、発現したエリスロポエチンが生物学的活性を有していることが裏付けられた。更にこれらのマウス脂肪組織を手術的に摘除したところ、遺伝子導入効果の消失が確認され、標的とした脂肪組織に特異的な導入遺伝子の発現が示唆された。摘出した臓器を解析したところmRNA及び蛋白質レベルが血中濃度と相関しており、AAVベクターに添加剤を加えることの効果が裏付けられた。また、8型を用いた場合にはより高い血中濃度が得られ、凝固第IX因子を用いた場合にも治療域に達した。しかしながらその後の解析で標的とした脂肪の他に肝臓における強発現が確認された。このことは8型のキャプシドが肝臓に対して強い親和性を有していることに由来する現象と考えられた。
文献的手法と図像分析を併用したジャイナ教宇宙論の包括的研究

ジャイナ教宇宙論が聖典期から13世紀まで緩やかに変化し、ヘーマチャンドラの時点で現在知られているような内容になったことを解明した。またジャイナ教に特有な「宇宙人間」の概念が聖典期以後に現れたが、その詳細な記述は後代まで行われなかったことも明らかにした。この間の発展に功績のあったのは、多数派ではなく少数派の思想家たちであることも成果の一部である。一方、図像としての宇宙は出現が遅く、その根源には文献が先行することが確定した。ジャイナ教の二大分派である白衣派・空衣派から権威が認められている『諦義経』での宇宙論を研究し、両派の宇宙論の相違点と類似点を明らかにした。すなわち下界の描写においては両派に相違は殆ど見られないが、上界の構造については大きな相違があり、名称等も異なっている。また、『諦義経』以前の文献として白衣派の聖典であるSthangasutraを研究し、これまで記載の報告がなかったlokanadiの記述があることを発見した。一方、空衣派の文献ではTrilokaprajnaptiの研究に着手し、やはりlokanadiの記述があることを見いだした。図像分析に関しては、既に入手しているカタログから、宇宙論に関する挿絵を有する写本の選定を行い、所在地を確定することが出来た。また、いわゆる人間型宇宙図(lokapurusa)の起原に関しては、様々な研究者と意見を交わす中で、中世以降であろうとの見解を持つに至った。21年度の研究内容など:本年度は2度にわたり、インドで文献調査を行った。その成果としてJinaBahdra作B□hatsa□graha□i(以下BS)のMalayagiri注および同書のGujarati語訳を入手できた。これらはインド以外では存在が確認されていない貴重な文献である。BS本文自体を含む文献は前年より入手していたが、註釈および翻訳を参照することで、異読などBS理解の程度が飛躍的に高まり、サンスクリット本文の作成、科文などを行うことが出来た。このような作業により、『諦義経』以前のジャイナ教宇宙論を把握することがより可能となった。また註釈中における引用文献の源泉を分析することにより、『諦義経』以後のジャイナ教宇宙論の枠組みを掴むことも出来た。更にJ.A.B.Hegewald ; Jaina Temple Architecture in India(Berlin 2009)をはじめとするジャイナ教の図像に関する書籍も入手することが出来た。これらの書籍はジャイナ教の宇宙論に関する図像を豊富に含んでおり、図像分析を行う際の貴重な情報源となる。またインド国グジャラート州パタン所在のジャイナ教写本庫からはBSや関連する文献の写本を複数得ることが出来た。これらの写本は、本研究の基本目的の一つであるBSの理解に有益であるばかりではなく、多くの図像を含んでいるので、図像分析に夜ジャイナ教宇宙論の研究を進めるに当たっても有用な情報を提供してくれる。具体的内容:本年度は研究全体の最終年度であり、ジャイナ教宇宙論史において中期に属する文献を研究した。また当該作品が宇宙論史においてどのような意味を持っているのかを比較検討した。具体的には12世紀の白衣派学僧ヘーマチャンドラによる『ヨーガ・シャーストラ』における宇宙論の部分を読解分析した。意義と重要性:研究の結果、当該書は古代の聖典における記述とは若干異なり、後期の作品に近い宇宙論を示していることが明らかとなった。つまり、白衣派の聖典をそのまま継承しているのではなく、他の文献から何らかの影響を受けた宇宙論を展開している。一方で、後期作品とは殆ど類似しているので、この時点でいわゆるジャイナ教の宇宙論が形成されたことが推測される。またこの研究の過程で、ジャイナ教に特有の「世界人間」(lokapuru□a)の概念がウマースヴァーティの倫理学書に初めて現れることが確認された。この事実は現在まで報告されておらず、本研究の重要な成果の一つである。また図像学的には、「世界人間」の首と顔に当たる部分に各々、細部の区分が記述され、九つの首飾りおよび五つの開口部(二眼、二鼻孔、口)と対応していることも明らかとなった。更に宇宙全体の長さを計量する単位は、ヘーマチャンドラではラッジュ(rajju)であるが、この単位は聖典では用いられず、彼以前の作者によって導入されたものである。しかし、ヘーマチャンドラ以降では更に小さな単位カンドゥカ(kha□□uka)が導入される。このような歴史的変遷も本研究によって明らかになった。
超伝導デバイス応用のための窒化物超伝導薄膜の最適化と物性制御

高品質な窒化チタンニオブ(NbTiN)薄膜を様々な基板上に作製し、超伝導エレクトロニクスの分野への応用に向けて、膜の最適化を行った。その結果、超伝導性は格子定数に依存することが分かった。次に窒化ニオブ(NbN)を用いて酸化マグネシウム基板上にNbN/AlN/NbNトンネル接合からなる単一量子磁束回路を作製し、動作実証に成功した。我々は超伝導エレクトロニクス分野で、ポストNbとして期待されている窒化物超伝導体の窒化ニオブ(NbN)、窒化ニオブチタン(NbTiN)薄膜に注目し、デバイス応用に向けて研究を行っている。特にそれらの薄膜について、電気輸送特性、高周波特性等を明らかにし、高性能超伝導デバイスへの応用で必要となる材料パラメータを抽出、物性制御することで薄膜の最適化を行うことが目的である。今年度も引き続き、NbN,NbTiN薄膜の成膜や超伝導性に関して膜の結晶構造、組成分析や輸送特性の評価等に加えてスパッタリング条件等の成膜条件の最適化と再現性の評価を行った。今年度はさらに超伝導転移温度近傍御の磁気抵抗を精密に測定した。NbN薄膜の物性評価において、転移温度近傍の抵抗-温度依存性の実験結果を電子局在-電子間相互作用、超伝導熱揺らぎおよび状態密度の変化等を考慮に入れたモデルで再現することができた。このモデルを適用することにより、電子の弾性散乱および非弾性散乱機構の振る舞いについて詳細に議論した。さらに今年度は前年度に求めた成膜条件と評価した物性パラメータを用いて、トンネル接合の作製に着手した。トンネル接合のバリア層は同じく窒化物である窒化アルミニウムAlN層を用いた。デバイスプロセスはエッチング、リフトオフにより積層化を行った。その結果、NbNを用いたトンネル接合ではデバイスとしても十分応用可能な電流ー電圧特性から得られた。さらに単一のNbN接合において、得られたデバイスパラメータ(ギャップ電圧、quality factor、臨界電流)の再現性も高いことが分かった。今後は次に得られた作製条件、およびデバイスパラメータを用いて、単一量子磁束回路、SISミキサー等の超伝導デバイス作製および検討を行うニオブ(Nb)より高温で動作する超伝導デバイスの実現のため、Nbを超える超伝導転移温度を持つ窒化ニオブ(NbN)および窒化チタンニオブ(NbTiN)薄膜を使ったデバイス応用に向けて、これまで材料パラメータの抽出や物性制御を行ってきた。これまでの研究の蓄積により、NbN、NbTiN膜の成膜条件を最適化を行い、得られた膜に対して高い再現性が得られた。この成膜条件を使うことで歩留りの高い超伝導デバイスの作製が可能になった。最終年度となる本年は昨年までに得られたデバイス作製に必要となるパラメータを用いて、層間絶縁層以外はすべてNbNで構成される単一量子磁束回路の設計、作製、および動作実証を行った。ジョセフソン接合数が数百程度の小規模SFQ回路を設計し、実際の回路作製・評価を通じて、回路設計および作製プロセスの検討を行った。設計は最上部にグランドプレーン、最下層にジョセフソン接合を配置した。このように配置することで、MgO上のエピタキシャルNbN/AlN/NbN接合を利用できるため、ジョセフソン接合の臨界電流値の制御性がよく、高い再現性が得られる。さらに接合直上にグランドコンタクトを形成できるため寄生インダクタンスを低減できる等の利点がある。回路の動作実証の結果、正常動作が確認された。一方で測定した回路の動作マージンは±3%以下と非常に狭い。その原因を明らかにするため、SQUIDを用いて実測した回路インダクタンスを用いて、回路シミュレーションを行うと、測定したデバイスの臨界電流値が設計値の70%と小さいために、TFFの動作領域下限で動作していることがわかった。以上のことから、窒化物超伝導薄膜の物性を詳細に評価、制御することが超伝導デバイス応用に対して有効であることが示された。今後、さらなる窒化物超伝導薄膜のデバイス応用に関して新たな展開が期待される。量子通信や量子光学の分野では、半導体デバイスを越える新たなデバイスが求められており、超伝導現象に基づく超伝導デバイスは大きな役割を果たすものと期待されている。我々は超伝導転移温度が15Kをもつ窒化物超伝導体の窒化ニオブ(NbN)、窒化ニオブチタン(NbTiN)薄膜に注目し、それらの薄膜について、電気輸送特性、高周波特性等を明らかにし、高性能超伝導デバイスへの応用で必要となる材料パラメータを抽出、物性制御することで薄膜の最適化を行うことが目的である。今年度はNbN,NbTiN薄膜の成膜や超伝導性に関して膜の結晶構造、組成分析や輸送特性の評価等に加えてスパッタリング条件等の成膜条件の最適化と再現性の評価を行った。その結果、厚さ数nmのNbN超薄膜の物性評価では、膜の乱れの効果によって、超伝導転移温度を顕著に低下させることが実験と理論を検証することで明らかになった。

具体的にはNbNの超薄膜を作製し、磁場中の電気抵抗測定とホール効果の実験から、電子の平均自由行程等を見積もり、さらに面抵抗と超伝導転移温度の関係を調べた。この結果は超伝導超薄膜のデバイスを作製する上で貴重な知見となることが予想される。さらに電気輸送特性の結果から電子拡散係数、コヒーレンス長等のデバイスを作製する上で必要とされる超伝導パラメータの抽出も行った。次に比較的厚いNbTiN膜において膜中の窒素濃度が超伝導特性のみならず膜応力等の機械的特性にも強く影響を及ぼすことをEDSやWDSによる分析によって明らかにした。膜応力の最適化は超伝導トンネル接合特性を得る上で、接合の優劣を決める。今後はこれらの評価結果をもとにトンネル接合の作製に着手し、デバイス評価も行う予定である。今年度の研究計画は超伝導デバイスへの応用も見据えて、成膜条件の最適化に加えて、実際にNbN,NbTiN膜を用いてトンネル接合を作成および評価を行う。トンネル接合の作製および評価に関しては、計画通り行えた。前年度に成膜条件の最適化が順調に進んでいたため、今年度はデバイスプロセスの最適化に十分時間を費やすことができた。その結果、トンネル接合の臨界電流の制御性および再現性を検証し、高い再現性をもつ成膜条件を得ることができた。これに関しては当初の計画通りに進展している。さらに単一量子磁束回路の動作のために必要されるオーバーダンプでヒステリシスのない電流-電圧特性を持つトンネル接合の作製に成功した。また、次年度で行う予定でシートインダクタンス、接合容量の評価も行っており、この点に関しては計画通り進展している。一方で、NbTiNでは良好な電流ー電圧特性を持つトンネル接合が作製に関しては条件出しに時間がかかっている。NbTiN膜はNbNに比べて膜表面の平坦性が悪く、結果として非常にリークの多い接合となっている。この平坦性の劣化の原因はNbとTiのスパッタレートおよびイオン化エネルギー違い等が考えられるが、原因の解明には不明な点が多く、早急に明らかにする必要がある。この点で当初の計画より若干遅延しているが、現在進行しているパルス電源によるスパッタ法による成膜条件の探索で何らかの問題提起ができると思われる。予定した研究計画ではNbN膜とNbTiN膜の作成条件の最適化と再現性である。まず基板の選定では溶融石英、シリコン、サファイア、酸化マグネシウム基板の数種類において成膜評価を行った。その結果、NbNは酸化マグネシウム基板上で成膜することで基板加熱をせずともエピタキシャル成長し、平滑性にすぐれていることを原子間力顕微鏡や透過型電子顕微鏡、X線回折等から明らかにすることができた。成膜には反応性DCスパッタ法を用いているが、反応ガスとなる窒素のチャンバー内の分圧を調整することで、転移温度と膜の平滑性の両者を制御し、その特性を再現できることが分かった。この点に関しては計画通り進展している。さらにこれらの膜に関してトンネル接合デバイスの作製、評価も始めており、良好なデバイス特性を持つトンネル接合の作製もできており、当初の計画以上に進展している。さらにNbN超薄膜において、電子の平均自由行程が膜厚に対してほぼ等しく変化する膜も作製できており、これに関しても当初の予定より進展している。また高周波応用に関しては基板の誘電率の関係上、酸化マグネシウム基板よりも溶融石英基板が最適である。