hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
重力波検出器ＬＣＧＴのための量子雑音低減法の開発

重力波検出器KAGRAのため、超軽量鏡と普通サイズの鏡を用いた高フィネス光共振器を利用して輻射圧雑音の観測、低減実験を行った。その際問題となる輻射圧による角度の反バネ効果についての詳しい研究を行った。以前よりもより詳細なモデルをたて、新たな防振装置を組み込むことにより共振器動作の安定度を大幅に向上させ、さらに普通サイズの鏡へのトルクから超軽量鏡の角度への伝達関数を測定するという新たな手法によりより、信頼度の高い計測を行った。また、輻射圧を用いた高精度のレーザーパワー測定器を開発した。輻射圧の反バネ効果によって引き起こされる鏡の角度不安定性を回避するための方法をほぼ確立し、実験を行い、その有効性を確認した。またレーザーパワーを、輻射圧を利用してレーザー干渉計を用いて1%の精度で測る手法を開発した。以下、それぞれの研究実績について述べる。腕共振器は2重振り子として吊り下げられた20mgの超軽量鏡(平面鏡)と、同じく2重振り子として吊り下げられた1インチ鏡(曲率半径1m)からなる。1インチ鏡の方にはビーム軸方向の位置制御および角度制御用のコイル・マグネットからなるアクチュエーターが装備されている。20mg鏡の方は中段マスを磁石でエディーカレントダンピングを施すことによって振り子の共振モードを抑えている。この共振器においては、輻射圧の反バネ効果により、パワーを上げると20mg鏡の角度不安定性が引き起こすことが分かっている。これに対し、我々は、1インチ鏡の姿勢制御を行うことにより20mg鏡におけるビームスポットの位置を制御し、この不安定性を回避する方法を検討してきた。そこで、実際に光共振器を動作させ、この姿勢制御を行った。その結果、20mg鏡の揺れを光てこレーザーにより測定したところ、制御をすることにより角度揺れの共振ピークが小さくなることを確認した。また、輻射圧雑音の低減には光検出器の量子効率をできるだけ高める必要がある。しかし、問題は従来のパワーメーターでは精度が低く、本実験に必要な計測ができないことであった。そこで、輻射圧が引き起こす超軽量鏡の変位をマイケルソンレーザー干渉計を用いて測定することにより、光のパワーを正確に測定し、光検出器の量子効率を1%の制度で測定する方法を確立し、その有効性を実験および解析により実証した。新しい実験室において、片腕の腕共振器の動作に成功し、輻射圧の反バネ効果によって引き起こされる鏡の角度不安定性を回避するための方法のより詳細な検討を行い、そして吊り下げ鏡のアラインメントの安定性を増すための改良を行ってきた。また、レーザーパワーの1%の精度での計測方法についてもさまざまな検討を行った。腕共振器は2重振り子として吊り下げられた20mgの超軽量鏡と、同じく2重振り子として吊り下げられた1インチ鏡からなる。20mg鏡の方は中段マスを磁石でエディーカレントダンピングすることによって振り子の共振モードを抑えている。この状態で光を入射し、1インチ鏡の位置を制御することにより共振状態を実現することに成功した。輻射圧の反バネ効果は、20mg鏡の角度不安定性を引き起こすことが分かっている。これに対し、我々は、1インチ鏡の姿勢制御を行うことによりこの不安定性を回避する方法を検討してきた。そこで複雑な制御トポロジーを持つこのシステムについて適切なモデルを構築しそれを使い、前年度に得られた、20mg鏡の自然の角度揺れが制御によって抑えられることを理論的に説明することに成功した。我々の吊り下げ鏡は、大きな揺れにより平衡状態が変化したり、また時間がたつとアラインメントが変化したりして、干渉計の安定な動作を妨げていることが判明した。そこで、1インチ鏡の吊り下げシステムの安定性についてテストをおこない、鏡の姿勢にヒステリシスが存在することが分かった。レーザーパワーの計測方法についてもさまざまな検討を行い、1%の精度が実現できることを示した。その成果に関して論文を執筆し、現在最終チェックを行っている。前年度までに、すでに新しい実験室において腕共振器の共振状態の実現に成功している。しかし、新しい実験室は数Hzの低周波領域で振動レベルが以前の実験室と比べ10倍程度大きく、腕共振器の安定な動作が困難であり、そのままでは干渉計の光学機械的な特性評価ができないことが判明した。そこで、防振システムの大改良を施し、低周波領域での振動レベルを以前の実験室と同程度まで引き下げることにした。

これまでの防振装置は弾性体の上に置かれたブレッドボード(1)からブレッドボード(2)を吊り下げ、その上に2重振り子懸架鏡システムを配置するものであった。しかし、弾性体とブレッドボード(1)の系では、10Hz程度以下の低周波数領域では防振効果を持たないため、これを、懸架システムに取り換えた。すなわち、真空槽の底にブレッドボード(0)を設置し、そこにポールを立て、ポールの上部の構造体からブレッドボード(1)を吊り下げた。これにより、数Hzの周波数での振動レベルが以前の10分の1程度に抑えられ、腕共振器の安定な動作が可能となった。次に、腕共振器の光学機械的な特性評価、具体的には、超軽量鏡の角度方向の共振周波数が共振器内のレーザーパワーにどのように依存するかを実験的に確かめた。これまでは、超軽量鏡の角度揺れを光てこで検出しそのスペクトル密度から共振周波数を判断してきたが、今回は1インチ鏡に加えるトルクから角度揺れへの伝達関数を測定するという、より信頼度の高い測定方法を用いた。また、輻射圧雑音の低減にとって重要な光学的ロスの問題を解決するための一助として研究を行なってきた、「輻射圧を用いた光検出器の量子効率の較正」については研究結果を論文としてまとめて発表した。26年度が最終年度であるため、記入しない。重力波物理学26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は当初は国立天文台において行われていた。しかし、受け入れ研究者である川村の国立天文台から東京大学宇宙線研究所への異動に伴い実験装置を平成24年3月に移動した。この移動前、数か月間は、移動の準備に費やされた。このため実験の進展は当初の予定よりやや遅れることとなった。この後は、新しい実験室におけるセットアップに数か月間が費やされた。また、新しい実験室は、以前の実験室に比べ振動環境が劣り、干渉計を安定に動作させることが困難であった。今後は、まず、実験室の移動に伴う、実験施設の環境作りから始める。そして実際に実験装置をくみ上げ、移動前の状態に復帰させる。そして、光共振器の角度不安定性を防ぐための制御システムを改良し、その特性評価を行う。特に、制御をすることにより角度揺れの共振ピークが小さくなることを理論的に理解する。輻射圧を利用したレーザーパワーを1%の精度で測る手法に関しては、更なる理論的解析を行い、論文としてまとめる。今後は、輻射圧雑音の観測のために必要なセットアップを以下のような手順でインストールし、それらの特性評価および調整を行い、輻射圧雑音雑音の観測に挑戦する。まずは、光共振器の角度不安定性を防ぐための制御システムを改良する。不安定性を避けるだけでなく、超軽量鏡の自然な角度揺らぎを抑えることも視野に入れて、本システムを最適化し、超軽量鏡の自然な角度揺らぎを抑える技術を実証する。次に、これまで使われてきた高反射率鏡を超高反射率鏡に取り換え、光共振器のフィネスを高める。また、固定の光共振器を用いて周波数安定化システムを構築し、これを動作させる。
液体クロマトグラフ充填剤の非線形電場応答特性を利用する多成分同時連続検出法の開発

陽イオン交換充填剤を充填した微小充填カラムのインピーダンスを測定し、その試料種依存性について検討を行った。印加する交流電圧の振幅を1Vに固定し、種々のオフセット電圧を与えた際のインピーダンスを測定したところ、興味深いイオン種依存性が観測された。測定されるインピーダンスは、抵抗・コンデンサ並列回路で近似できる高周波領域と、適当な等価回路を設定することが困難である低周波領域に分けることが可能であるが、高周波領域のインピーダンスに対するオフセット電圧の影響を調べたところ、Mg^<2+>やCa^<2+>などの二価金属イオンを試料溶液とした際の抵抗値はオフセットに依存せず一定であるが、K^+,Rb^+などの一価金属イオンを試料として用いた際には、マイナスのオフセットを印加すると、抵抗値が大きく減少することがわかった。すなわち、オフセット電圧を印加した際のインピーダンス変化を測定することで試料イオン種の価数を判別できることがわかった。更に、低周波領域における微小充填カラムインピーダンス(位相差)の周波数依存性に着目し検討を行った。種々の濃度の試料(K^+,Mg^<2+>)の、オフセット電圧による周波数依存係数の変化を調べたところ、イオン種により試料濃度に依存した異なった直線を与えることがわかった。また、混合試料の周波数依存係数は二種のイオンの直線にはさまれた位置に存在することを明らかにした。すなわち、微小充填カラムのインピーダンスの周波数依存係数から、2種類の成分の存在比・総濃度が得られるため、複数成分の同時定量が可能となった。また、充填カラムは圧力場に存在するため、圧力場がインピーダンスの大きな要因である表面電荷密度に与える影響を測定したところ、圧力場により電気泳動移動度(表面電荷密度)が変化することを明らかにすることができた。液体クロマトグラフィー用充填剤が、印加された電場に応答し、その保持挙動・電気的性質を変化させる現象を、直流電場および交流電場下における挙動を測定し、解明を試みた。直流電場に対する応答性を、混合固定相充填剤を用いた電気クロマトグラフィーで中性物質を対象として検討を行ったところ、印加電圧に応じて、充填剤表面のシラノール基および第四級アンモニウム基のイオン化の度合いが変化することが明らかになった。また、シラノール基および第四級アンモニウム基の電場に対する応答性はシグモイド曲線(ボルツマン関数)で表すことができることがわかった。さらに、シラノール基の方が電場に対する応答性が高いことが明らかになった。また、直流電場下に於ける保持挙動変化とカラムの電気的性質変化(電気伝導度の非線形性)の関係を調べるため、蛍光色素を用いて電場下に於けるカラム内試料分布を調べたところ、電場下のカラムでは試料分布の不均一が発生していることを新たに見出した。すなわちカラムの部位によって試料の保持比が異なっていることを見出した。交流電場をもちいた電気クロマトグラフィーを行い、交流電場印加よって誘起される保持挙動変化の周波数応答性について調べた。混合固定相充填剤を用いて実験を行ったところ、周波数によってイオン性化合物と中性化合物の放出の割合が変化することがわかった。これらの研究成果に関連した学会発表を7件行い、2件の論文投稿(1件は受理済み)を行った。液体クロマトグラフィー用充填剤が、印加された電場に応答し、その保持挙動・電気的性質が変化する現象を、直流電場および交流電場下をもちいて解明を試みた。充填カラムのインピーダンスは、充填剤内に保持される試料の種類・濃度により変化する。交流電圧を印加した際の、充填剤内の試料濃度の変化を保持比の変化から調べた。また、この現象を応用し、交流電圧を用いて試料の保持挙動をコントロールする「交流電気クロマトグラフィー」を開発した。交流電圧による試料の保持比の変化は、周波数に依存することが明らかになった。また、試料の保持変化が特異的な挙動を示す周波数帯があることがわかった、この現象には充填剤表面のシラノール基が影響していることを明らかにした。また、微小充填カラムの試料溶液注入によるインピーダンス変化について検討を行った。試料溶液としてMgCl_2水溶液を用いると、カラム電気抵抗は一旦減少するがその後急激に増大した後、緩やかにMgCl_2注入前の電気抵抗に近づいていった。この挙動は、高濃度のMgCl_2水溶液によるカラム全体の電気伝導度の増大と固定相内に分配されたMg^<2+>の電気移動度がK^+よりも小さいことが原因だと思われる。固定相内での電気泳動移動度は保持比の増大により減少することが確認された。また、この変化パターンは試料の種類に依存することから、変化パターンから試料の種類を決定できる可能性が高い。これらの研究成果に関連した学会発表を3件行い、2件の論文が国際誌に掲載された。また、現在1件が投稿中である。

測定されるインピーダンスは、抵抗・コンデンサ並列回路で近似できる高周波領域と、適当な等価回路を設定することが困難である低周波領域に分けることが可能であるが、高周波領域のインピーダンスに対するオフセット電圧の影響を調べたところ、Mg^<2+>やCa^<2+>などの二価金属イオンを試料溶液とした際の抵抗値はオフセットに依存せず一定であるが、K^+,Rb^+などの一価金属イオンを試料として用いた際には、マイナスのオフセットを印加すると、抵抗値が大きく減少することがわかった。すなわち、オフセット電圧を印加した際のインピーダンス変化を測定することで試料イオン種の価数を判別できることがわかった。更に、低周波領域における微小充填カラムインピーダンス(位相差)の周波数依存性に着目し検討を行った。種々の濃度の試料(K^+,Mg^<2+>)の、オフセット電圧による周波数依存係数の変化を調べたところ、イオン種により試料濃度に依存した異なった直線を与えることがわかった。また、混合試料の周波数依存係数は二種のイオンの直線にはさまれた位置に存在することを明らかにした。すなわち、微小充填カラムのインピーダンスの周波数依存係数から、2種類の成分の存在比・総濃度が得られるため、複数成分の同時定量が可能となった。また、充填カラムは圧力場に存在するため、圧力場がインピーダンスの大きな要因である表面電荷密度に与える影響を測定したところ、圧力場により電気泳動移動度(表面電荷密度)が変化することを明らかにすることができた。
ウイルスmiRNAが腫瘍原性に果たす役割の解明

Epstein-Barr virus (EBV)は、ほとんどの成人に感染している普遍的なウイルスであるが、様々なリンパ腫/白血病の原因ともなる。ありふれたEBVがなぜ一部の個体にのみリンパ腫を引き起こすのかについては謎である。我々はEBV関連リンパ腫患者に対して、次世代シーケンサーを用いた網羅的遺伝子解析を行い、高率にEBV遺伝子の一部が欠失すること、そしてこの欠失はウイルスがコードするmiRNAの領域に集中していることを発見した。本研究では、ウイルスmiRNAを欠損した組換えEBVを作成し、ヒト化マウスを用いたin vivoモデルでmiRNAの役割を解明する。
プリン核酸生合成経路に着目したバイオフィルム阻害

蛍光菌Pf0-1株のバイオフィルム形成におけるプリン核酸生合成経路の役割について調べ、ホスホリボシルピロリン酸からイノシン一リン酸までの経路に存在する8つの遺伝子の欠損株においてバイオフィルム形成量が大きく減少する事を見出した。バイオフィルム形成時の生菌数を調べてみると、遺伝子欠損株において大部分の菌はバイオフィルム中に存在していた。この生合成経路の遮断により培養液中での菌の生育は困難になったが、バイオフィルム形成能が失われたわけではないと考えられる。最終年度の研究では、ホスホリボシルピロリン酸(PRPP)からイノシン一リン酸(IMP)に至るまでのde novoプリン核酸生合成経路に存在する遺伝子の中で蛍光菌Pseudomonas fluorescens Pf0-1株のバイオフィルム形成量が減少したもの8種(purF, purD, purL, purM, purC, purK, purE,およびpurH)について、遺伝子の破壊株(clean deletion mutants)を作製した。次に、それぞれの破壊株においてプラスミドに挿入した遺伝子を発現させる事によりバイオフィルム形成の回復(complementation)を試みたが、多くの場合で完全なバイオフィルム形成の回復は見られなかった。特に、purLの場合にはバイオフィルム形成は全く回復しなかった。これは、purLタンパク質の分子量が約14万と大きく、プラスミドの導入では酵素機能の回復が果たせなかった事を示唆している。また、purEの場合、ゲノム上で連続して配置しているpurKを共発現するプラスミドを導入した場合にのみバイオフィルム形成が回復した。この結果は、purEの働きにpurKの存在が必要である事を示唆しており、興味深い。さらに、理由は不明であるが、purMの場合にもバイオフィルム形成の顕著な回復は認められなかった。以上、本研究では、de novoプリン核酸生合成経路の欠損により蛍光菌Pf0-1株のバイオフィルム形成が阻害される事を主に微生物学的手法を用いる事により証明した。最近ではこの経路に存在する酵素の結晶構造解析も進んでいるので、これらの酵素をターゲットにした阻害剤の開発が進めば、様々なバクテリアのバイオフィルム形成を阻害する薬剤の開発につながるものと期待される。本研究課題では、蛍光菌Pseudomonas fluorescens Pf0-1株におけるバイオフィルム形成とde novoプリン核酸生合成経路の関係に着目し、この経路の阻害がバイオフィルム形成を阻害する事を示したいと考えている。初年度では、de novoプリン核酸生合成経路とサルベージ経路に存在する合計17の遺伝子破壊株を作製し、これらのバイオフィルム形成能について調べた。その結果、ホスホリボシルピロリン酸(PRPP)からイノシン一リン酸(IMP)までの経路に存在する8遺伝子(purF、purD、purL、purM、purK、purE、purCおよびpurH)の欠損株では、野生型で観察されるリング状のバイオフィルムが観察されず、バイオフィルム量も減少する事が分かった。一方、この経路内に存在するpurN、purTおよびpurB欠損株は野生型と同程度のバイオフィルム量を示した。purNとpurTは同一の反応を担う事から、これらの遺伝子にはお互いを補う役割があると考えられる。実際に、これらのダブル欠損株を作製すると、バイオフィルム形成は認められなくなった。さらに、サルベージ経路に存在する2遺伝子(aptおよびhprt)およびIMPからAMPまたはGMPへの変換に関与する4遺伝子(purA、purB、guaAおよびguaB)の欠損は、バイオフィルム形成に大きな影響を与えない事が明らかとなった。大腸菌の遺伝子欠損株(Keioコレクション、purK、purE、guaAおよびpurA)のバイオフィルム形成について検討したところ、いずれの場合でもバイオフィルム形成は非常に弱いものであった。バイオフィルム形成におけるguaAやpurAの役割は、蛍光菌と大腸菌で異なると言える。以上から、PurFをはじめとする上記8遺伝子はバイオフィルム形成を阻害するための良いターゲットであると考えられる。本研究課題の初年度では、プリン核酸生合成経路に存在する全ての遺伝子欠損株のバイオフィルム形成能を調べるだけでなく、この経路の阻害によりなぜバイオフィルム形成が阻害されるのかを明らかにする予定であった。そのため、遺伝子欠損株における核酸定量と細胞表面に局在化する接着タンパク質LapAの定量を行う必要があった。しかし、一部の遺伝子欠損株の作製に予想以上に時間を費やした事で、初年度中にこれらの実験を行う事が出来なかった。この点では、本研究の進度は当初の予定より遅れていると言えるかもしれない。しかし、当初の予定には無かった大腸菌の欠損株についても検討を行った結果、蛍光菌と大腸菌で異なる点が存在する事を明らかにした。2年目の研究を遂行して行く上で非常に有用な情報が得られたと考えており、本研究はおおむね順調に進展していると言える。2年目では、初年度に行う予定であった各変異株の核酸定量および細胞表面に局在化する接着タンパク質LapAの定量を行う。これによって、de novoプリン核酸生合成経路の阻害によってなぜバイオフィルム形成が抑制されるのかについて理解できると考えられる。

さらに、当初の予定通り、市販の核酸生合成阻害剤を利用し、これらがバイオフィルム形成の阻害剤となり得るかどうかについて調べる予定である。この実験には、蛍光菌だけでなく、緑膿菌や大腸菌などについても行う予定である。このように、複数のバクテリアについて調べ、プリン核酸生合成経路の阻害が多くのバクテリアのバイオフィルム形成を阻害する良いターゲットとなり得る事を示したい。2年目では、遺伝子欠損株における核酸およびLapAの定量を早急に進める予定である。また、市販の核酸生合成阻害剤を用いたバイオフィルム形成についても調べる。これらの実験については、国内または海外の研究者の協力を得て行うので、協力先に直接出向き、実験を行う予定である。したがって、2年目の研究費の大半は、消耗品・試薬の購入と旅費に充当する予定である。
慢性肉芽腫症遺伝子治療の基礎的研究:MND-gp91ベクターの作成

慢性肉芽腫症は食細胞の活性酸素産生障害がその原因である。私はこれまで、この活性酸素産生酵素を構成する蛋白の精製や遺伝子のクローニングおよび患者遺伝子解析を行ってきた。さらに1994年から同疾患の臨床応用可能な遺伝子治療ウイルスベクター開発を行ってきた。その間、使用してきたウイルスベクターで予測される臨床応用の際の問題点が明らかになってきた。すなわち、蛋白発現効率が悪いこと、高ウイルスタイターのベクターが取れにくいこと、遺伝子導入後に蛋白発現が弱くなったりすることである。遺伝子導入後の蛋白発現効率とその安定的な発現がウイルスプロモーターのメチル化による不活化によるのではないかと考えられ、メチル化を起こりにくくしたMNDレトロウイルスベクターの開発を目指した。MND-gp91ベクターを用いた今回の研究により、安定した、しかも蛋白発現効率のよいベクターの開発が期待され、次世代のベクター系だと考えられた。これに加え、日本で開発された高力化レトロウイルスプロジューサー細胞として知られたPAMP51細胞を用いることにより、新しい遺伝子治療用ベクターの開発を目指した。まず、MND-gp91プラスミドをtransfectし、MND-gp91/PAMP51レトロウイルスのクローニングを試みた。しかし、このベクターは選択マーカーを持っていないため、FACSのみによる解析となり、ウイルスの力価が高力化のものでもMND-gp91/PA317のウイルスの力価の23倍(すなわち12X10 ^5)でしかなく、十分な遺伝子導入実験が出来なかった。またこのMND-gp91/PAM51レトロウイルスを用いて、患者B細胞への遺伝子導入実験を行ったが、4 5%の活性回復しか得られず、導入前後での不活性化による影響を十分確認できなかった。一方、遺伝子治療に先立つサイトカイ療法では、一連の慢性肉芽腫症患者遺伝子解析から、世界で恐らく2例目となるIFN-γ反応性の家系を確認し、それがIFN-γによるスプライス変化を来すことによる事を初めて明らかにした。同様な変異を持つ患者が現在まで8家系報告されており、サイトカイ療法の更なる確認が必要と考えている。本年度は、MND-gp91プラスミドをPAMP51 producer細胞にトランスフェクションし、臨床応用可能なくらい高いウイルスタイターのレトロウイルスベクターをクローニングしてきており、数クローンのウイルスを選別してきている。さらに、これらのウイルスベクターとこれまで開発してきた慢性肉芽腫症遺伝子治療のためHa-MDR-IRES-gp91およびMFGS-gp91レトロウイルスベクターと比較しながら、その有用性を以下の点で、検討を始めている段階である。即ち患者由来B細胞を標的として、これらのレトロウイルスベクターによる染色体への遺伝子導入、蛋白発現および機能再構築を確認し、一方で、ウイルスプロモータのメチル化により蛋白表現が弱くなる可能性が示されてきているので、今回メチル化が起こりにくく改変されたMND-gp91レトロウイルスベクターが、より安定した、しかも蛋白発現効率のよい遺伝子治療用ベクターであるかどうか比較したいと考えている。同時にgp91-phoxノックアウトマウスとヒト造血幹細胞への遺伝子導入法を種々のサイトカインと組み合わせ刺激で試みており、末梢血B細胞と比較検討する準備をしている。この様な基礎的検討のもと第一段階として、MFGS-gp91/239・SPAを用いて臨床遺伝子治療を計画している。

また、本年度は日本における慢性肉芽腫症患者の病型分類とgp91-phox,p22-phox欠損型患者の遺伝子解析を行し、そのまとめがHuman Geneticsに採択されたところである。1988年からこれまで慢性肉芽腫症にかかわる活性酸素産生酵素を構成する蛋白の精製や遺伝子のクローニングおよび患者遺伝子解析を行ってきた。1994年から同疾患患者の治療に遺伝子治療を考え、臨床応用可能なウイルスベクターの開発を行ってきている。その間、開発してきた、または共同研究で使用してきたウイルスベクターで予測される臨床応用の際の問題点が明らかになってきた。すなわち、蛋白発現効率が悪いこと、高ウイルスタイターのベクターが取れにくいこと、せっかく高い効率で遺伝し導入できても遺伝子導入後に蛋白発現が無くなったり、弱くなったりすることである。これらは実際の遺伝子治療を考えたとき、非常に重要な問題と考え、遺伝子導入後の蛋白発現効率とその安定的な発現がウイルスプロモーターのメチル化による不活化によるのではないかと考えられ、メチル化を起こりにくくしたMNDレトロウイルスベクターの開発を目指した。このMND-gp91ベクターを用いた今回の研究により、安定した、しかも蛋白発現効率のよいベクターの開発が期待され、実際臨床応用に入ったMFGS-gp91.293.SPAベクターとは違い、次世代のベクター系だと考えられた。そこで、日本で開発された高率なレトロウイルスプロジューサー細胞として知られたPAMP51細胞にMND-gp91プラスミドをtransfectし、MND-gp91/PAMP51レトロウイルスのクローニングを試みた。しかし、このベクターは選択マーカーを持っていないため、FACSのみによる解析となり、ウイルスの力価が1-2X107ウイルス/mlのMFGS-gp91.293.SPAベクターと比較するとMND-gp91/PA317のウイルスの力価の23倍(すなわち12X105)でしかなく、十分な遺伝子導入実験が出来なかった。またこのMND-gp91/PAMP51レトロウイルスを用いて、患者B細胞への遺伝子導入実験を行ったが、45%の活性回復しか得られず、導入前後での不活性化による影響を十分確認できなかった。一方、遺伝子治療に先立つサイトカイ療法では、一連の慢性肉芽腫症患者遺伝子解析から、世界で恐らく2例目となるIFN-g反応性の家系を確認し、それがIFN-gによるスプライス変化を来すことによる事を初めて明らかにした。同様な変異を持つ患者が現在まで8家系報告されており、サイトカイ療法の更なる確認が必要と考えている。
フィリピン人エリートから見た「近代発展としての米国植民地支配」に関する研究

本研究は米国植民地支配の公共プロジェクトに着目し、その「寛容さ」に内在する矛盾が、被支配者であるフィリピン人エリート層を媒介にして、被支配者層である大衆には否定的に作用する逆説を解明した。その結果、米国が唱道する自由に共鳴するエリート層が、大衆に対しては、自由に振る舞うように強制する暴力的構造が明らかとなる。すなわち、植民地支配とは支配者対被支配者という二者間の権力関係ではなく、支配する側と支配される側の間に立つエリート層を媒介にして、大衆に否定的に作用する権力関係であることが浮かび上がる。本研究の目的は、20世紀初頭に始まる米国によるフィリピン植民地支配を対象として、一般に「近代発展」や「寛容」であったと米国植民地主義を正当化しようとする政治言説を脱構築し、支配と被支配という不平等な権力関係に内在する矛盾を解明することにある。とりわけ、米国植民地体制下で、伝統的なフィリピン人エリートが「自由」と「平等」を標榜する植民地国家と協調関係を結び、その帝国理念に同調することで、新たな国民の代表者へと転進を図る背景には、国民的連帯を呼びかけながらも、自己の権益を拡大化しようとするハビトゥスが潜んでいる。そうしたねじれに着目し、米国が唱導する「自由」に共鳴する一方、大衆との共存意識が希薄なエリートが彼らに対して「自由」を強制しようとする二面性を明らかにすることに主眼を置いた。本年度は、特に米国植民地体制下での3つの主要アクター(米国植民地官僚、フィリピン人エリート、フィリピン大衆)の役割と、公共プロジェクトに対する思惑や利害関係を、多元的植民地空間の中から分析した。方法としては、国政・地方レベルのエリートの経歴を、回顧録、紳士録、オーラルヒストリー、議会議事録、総合雑誌等を用いて、専門性、言語、教育水準、経済基盤に見る特徴を分析した。その結果、エリートと大衆間には著しい「文化資本」格差があり、国民創出のための公共プロジェクトがエリートに実質的に独占される状況を析出できた。また同時に、エリートの公共プロジェクト独占の背景には、米国がエリートの経済基盤であった私的領域(宗教と土地所有)への介入を回避し、旧来からの私的財産を全面的に保護したことが無関係でなかったことも、地主優遇的な税制システムからも検証できた。すなわち、植民地体制下での「リベラル」で「寛容とされる」公共プロジェクト導入が、国民的乖離状況・亀裂に転位する逆接を実証できた。本研究の目的は、20世紀初頭に始まる米国によるフィリピン植民地支配を対象として、一般に「近代発展」や「寛容」であったとされる米国植民地主義を正当化しようとする政治言説を脱構築し、支配と被支配という不平等な権力関係に内在する矛盾を解明することにある。とりわけ、米国植民地体制下で、伝統的なフィリピン人エリートが、「自由」と「平等」を標榜する植民地国家と協調関係を結び、その帝国理念に同調することで、新たな国民の代表者へと転身を図る背景には、国民的連帯を呼び掛けながらも、自己の経済権益を最大化しようとするハビトゥス(性向)が潜んでいる。こうしたねじれに着目し、米国が唱道する「自由」に共鳴する一方で、大衆との共存意識が希薄なエリートが、彼らに対して「自由」を強制しようとする二面性を解明することに主眼を置く。2年目は、制度・政策領域を対象とした。1913年以降に植民地体制のフィリピン化が展開される過程で、フィリピン人エリート(政治家、地主、企業家)が、国民経済の自立を目指して、商品作物(ココナッツ、タバコ、麻、砂糖)生産による農業開発を行う点に着目した。具体的には、土地登記制度(1902)、公有地法(1903)、地籍法(1907)等による法制度を進め、公有地の私物化や農業開発に関連する公共投資(道路、灌漑、治水)を通して、大胆な利益誘導策を推進する、国民代表者たるエリートに見る理念と行動の乖離を解明できた。最終年度にあたる平成27年度は、米国へのフィリピン輸出作物偏重型経済政策により、フィリピン植民地国家体制が安定する1920年代以降を対象に、大衆が国家開発プロジェクトから排除される主体構造転換を、ミクロな人類学的手法から解明した。具体的には、フィリピン北部・中部の米作地で生活困窮に直面した大衆に対して、現地エリートが貧困対策の一環として導入した「社会正義プログラム」に着目した。確かに同時期以降、「約束された土地」として、また広大な余剰地を有することで知られるフィリピン南部のミンダナオ島には、多数の移民がフィリピン北部のルソン島から移住している。また一部(イロコス地方)は、米国ハワイのサトウキビ農園に労働者として、出稼ぎする傾向が強まるなど、一定の生存保証は担保された。しかしながら、より微視的な考察、例えば新聞記事などの資料を手がかりに検証すると、こうした対応策は、フィリピン経済エリートあるいはそれと連動した政治家エリート層を利するものでしかなかった。すなわち、サトウキビやその他の換金作物農園経営者に主導されたフィリピン人民族資本家が、国土開発計画(プランテーション開発や米作農場)を奨励した背景には、ナショナリストとしての体面を維持しながらも、「下からの批判」を巧妙に回避しようとする傾向が見えてくる。以上の考察から、大衆にとって植民地主義とは、一見生存戦略の可能性が保障されるよる場でありながらも、実は「上からの自由」を余儀なくされ、エリートに規律化・規範化される場であったことが浮き彫りとなる。

結論として、「近代発展としての植民地主義」という言説は、フィリピン人エリートの自己権益を擁護する姿勢から生み出されたものであり、自らの植民地支配関与を隠蔽するものであったことが導くことができる。本研究は米国植民地支配の公共プロジェクトに着目し、その「寛容さ」に内在する矛盾が、被支配者であるフィリピン人エリート層を媒介にして、被支配者層である大衆には否定的に作用する逆説を解明した。その結果、米国が唱道する自由に共鳴するエリート層が、大衆に対しては、自由に振る舞うように強制する暴力的構造が明らかとなる。すなわち、植民地支配とは支配者対被支配者という二者間の権力関係ではなく、支配する側と支配される側の間に立つエリート層を媒介にして、大衆に否定的に作用する権力関係であることが浮かび上がる。研究の2年目にあたる本年は、研究の成果である論文が2本、学会等の発表も2点で直実に形になって表れている。加えて、最終年度に準備中のものも含めると、研究代表者としては想定通りの進捗であると判断している。なお、当初平成26年度に予定していた国際学会でのパネル編成が主催者の意向により、研究の初年度へと変更したため、成果発表が前倒しとなった。文化人類学最終年度にあたる平成27年度の研究計画に関して、大きな変更点はない。最終年度は米国での調査は継続しつつ、フィリピンでの調査を2回計画し、積極的にデータ収集を行う予定である。一方、その成果を国内外での学会等で発表すると共に、論文投稿に邁進する。研究の初年度にあたる本年は、研究の成果である論文が大小含めて5点、学会発表も研究会を含めると4点あり、着実に形になって表れている。加えて、当初平成26年実施予定であった国際学会で、海外からの研究者を招聘し、かつパネルセッションの編成が年度末に実施可能となった。これはいずれも、研究代表者による研究遂行が予定通り進捗していることを物語るものである平成26年度の旅費について、当初計画より必要経費が少ない額で済んだため、未使用額が生じた。平成26年度の研究計画に関して、大きな変更はない。ただし、上述のとおり、当初平成26年度開催予定であった国際学会(第3回国際フィリピン研究者会議)が主催者の意向により、平成26年12月から平成26年2・3月に変更となった。それに伴い、同会議への海外からの研究協力者(国立シンガポール大学アジア研究機構・ポストドクトラルフェロー・ジョシュア・ゲダチェ氏)招聘、ならびにパネルセッションの編成は、前倒しして、平成25年度内に実施となった。その一方で、平成26年7月にシンガポール大学で開催予定の全米アジア学会アジア地区第1回研究大会(AAS-in-Asia)で、研究代表者として組織編成を予定していたセッションが採択され、研究発表できることとなった。これにより、研究成果発表をより加速化させていきたい。引き続き8月と9月には、フィリピンと米国でも資料収集調査を行う予定である。この未使用額については、平成27年度に予定している海外調査旅費の一部に充てる予定である。平成25年度の交付額は130万であったが、平成26年度に予定されていた研究成果発表が前倒しとなり、そのために学会参加費ならびにそれに伴う海外からの研究協力の招聘費用として、20万を前倒し請求を行った。その結果、残金1,166円が発生した。平成26年度の交付額は当初130万を予定していたが、上記の理由から20万減の110万となる。
原子位置制御不純物コドーピングに関する研究

高電導度のP型GaN、およびAlGaN結晶を成長することを目的として、新しいドーピング方法の開発を行った。MOVCD装置を用いて結晶成長を行う場合、結晶原料および不純物原料をパルス的に供給する方法を用い、不純物原料の供給時間を制御して特定の原子層に不純物を導入し、不純物対などの形成によるアクセプター準位の低減化を試みた。GaNのドーピングの場合、サファイア基板上のAlN低温バッファー層上にTMGとNH_3とを交互供給し、TMGと同時にCp_2MgとTESiを供給してドープを行った結果、2x10^<19>cm^<-3>の高い正孔密度を持つ高電導度のP型GaN層が得られた。AlGaNの成長では、AlGaNバッファー層上に、TMGおよびTMAの原料ガスとNH_3とを交互に供給することによって高品質なノンドープのAl_<0.6>Ga_<0.4>Nが得られた。結晶欠陥を防ぐためにAlGaN表面からのN脱離を抑える程度の少量のNH_3雰囲気において、GaおよびAl原子のマイグレーションが促進されることによってAl組成の大きなAl_xGa_<1-x>Nに対して良好な結晶成長が可能であると考えられる。AlGaNのドーピングでは、TMGと同時にCp_2Mgを供給することによって、4x10^<18>cm^<-3>の高い正孔密度を持つp型Al_<0.45>Ga_<0.55>Nが得られた。この正孔密度の温度依存性からアクセプターの活性化エネルギーは75meVと求まり、通常の連続供給で成長したAlGaNでのMgの活性化エネルギーと比較して、約5分の1に低減化された。AlGaNのドーピングにおいて、Cp_2Mg供給パルス直後にTESiを供給量してMgとSiのコドーピングを行った結果、Siの供給量を最適化することによって正孔密度は約1.5倍に増加した。交互供給ドーピング法を発光ダイオードのp型Al_<0.47>Ga_<0.53>N層の成長に応用してp-n接合を形成し、電流注入による発光測定を行った結果、波長282nmの紫外発光が観測された。結論として、原料の交互供給によるドーピング法がAl_xGa_<1-x>Nのようなバンドギャップの大きな材料に対してp型結晶を得るための有効な成長法であることを明らかにした。本研究では、不純物原子の原子層成長あるいは、原子ステップヘのライン状成長を行うことにより、2種類あるいは数種類の不純物の原子を最接近配置させてドーピングを行い、各不純物原子間の相関を増強することによって、不純物準位の可変範囲を広く自由に制御することを提案する。この原子位置制御コドーピング技法を用い、活性化エネルギーの小さいコドーピング準位をワイドバンドギャップ半導体において実現し、これまで不可能であった、高いキャリア伝導度を得ることが本研究の目的である。均一コドーピングでは2種類の不純物がそれぞれランダムに位置するため不純物間の平均距離が大きく、不純物原子間の相関が少ない。

それに対し不純物を同一原子層上へ散布した場合、あるいは原子ステップ上のみに吸着させた場合では、不純物間の平均距離は小さく、異種の不純物間の相関を最大限エンハンスする事ができる。この効果を用い、シャローなコドーピングレベルを形成し、電子あるいはホールによる高い電気伝導を実現する。今年度は、ホール伝導度が未だ得られていない、アルミニウムの組成が40%以上の窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)へのマグネシウム(Mg)のドーピングを試みた。まず、既存の有機金属気相成長炉を用いてAlGaNバルクヘのMg-ドーピングを行ったときの結晶成長条件を把握し、基礎的なホール伝導特性を測定した。さらに、原子位置制御(レイヤーバイレイヤー)ドーピングの前段階とレて、周期212nm程度のAlGaNスーパーラティスにMgドーピングを行いその効果を観測した。AlGaNスーパーラティスに加わる大きなピエゾ電界の効果で、アクセプタ準位が等価的に浅くなり、ホール伝導が向上する事を明らかにした。これにより平均アルミニウム組成30%のAlGaNの良好なホール伝導をはじめて得、それを用い、330nm帯LED発光に成功した。本研究では、不純物原子の原子層成長あるいは、原子ステップへのライン状成長を行うことにより、2種類あるいは数種類の不純物の原子を最接近配置させてドーピングを行い、各不純物原子間の相関を増強することによって、不純物準位の可変範囲を広く自由に制御することを提案する。この原子位置制御コドーピング技法を用い、活性化エネルギーの小さいコドーピング準位をワイドバンドギャップ半導体において実現し、これまで不可能であった、高いキャリア伝導度を得ることが本研究の目的である。今年度は、窒化ガリウムへのシリコン(Si)とマグネシウム(Mg)のコドーピングを行った。レイヤーバイレイヤー成長を実現するために、有機金属気相成長に於いてIII族材料とV族材料の交互供給を行い、そのシーケンス内に於いて、SiとMgの混入のタイミングを工夫した。SiとMgの原子は、接近した状態でドーピングされることが望ましい。まずSiを散布しその後でGa(ガリウム)とMgを成長させると、Si-GaはSi-Mgより結合しにくいため、SiとMgは接近した配置で取り込まれる。この方法(オールタネートコドーピング)を用いGaNへのSi、Mgコドーピングを行った。ホール測定の結果、5×10^<18>cm^<-3>程度の高いホール濃度が検出され、均一コドーピングの場合よりも交互ガス供給法を用いたコドーピング法を用いた方が高いホール濃度が得られることが実証された。フォトルミネッセンスによる光学特性や、SIMS分析によるドーピングプロファイル等から、SiとMgのコドーピングの効果を明らかにした。この原子位置制御コドーピング技法を用い、活性化エネルギーの小さいコドードング準位をワイドバンドギャップ半導体において実現し、これまで不可能であった、高いキャリア伝導度を得ることが本研究の目的である。MOCVD法を用いて原料のTMG、TMAおよびNH_3をパルス供給法を用いてGaNおよび、AlGaNを結晶成長を行った。
ベクトル長agnosticなアーキテクチャのためのSIMD IRコード生成技法

本研究の目的はハードウェアのベクトル幅にかかわらずSIMD並列化を行うための中間言語の開発とOpenMPをベースにするプログラミングモデルの提案および処理系の実装である。本年度の研究では昨年度開発を行ったLLVMの処理系をベースにループ間のデータの読み書きを解析を行うアルゴリズムの設計と実装を行った。LLVMのPollyプロジェクトによるPolyhedral Modelによってソースコードの静的な解析が可能である。本研究ではその機能を用いることでデータがループ文の前後でどのように用いられているかを解析することができる。前年度の研究では一つのループ文をデータストリームとして表現することでARM SVEやFPGA向けのコードを生成している。ソースコードの中で複数のループ文が存在する場合、各々のデータストリームを生成し、Pollyによるループ文の間の解析によってデータストリームがどのようにループ間を流れるかを解析することができるようになる。現在ARM SVEの実ハードウェアが存在しないため、FPGA向けの処理系を実装している。各ループ文からFPGAモジュールを生成し、その間のデータストリームの流れを解析してデータパスを生成する。ループ文のモジュールやデータパスを含む上位モジュールをトップモジュールとして生成することで前年度では表現できなかった複数のループ文からのFPGAコード生成が可能になった。OpenMP 4.5相当のsimd指示文の実装は引き続き開発を行っている。こちらもLLVM向けにsimdループ文で明示的なFPGAの実装が与えられるように開発を行う。明示的な実装はverilogやOpenCLによる実装を想定する。本年度の主な研究計画はsimd指示文の実装であるが、ARM SVEのハードウェアがまだ利用できないことやFPGA向けの解析機能を優先したことが原因である。研究の遅れを取り戻すために、実ハードウェアではなくシミュレーターを用いて処理系を実装することを考える。ARM SVEのシミュレーターの機能が充実してきたため、研究で取り扱っているコードもシミュレーターで実行が可能になったため、実ハードウェアが利用できるまでシミュレーターで実装されているSIMD命令をターゲットにした処理系の開発を行う。また後述する言語仕様の検討を先行して行っているなど、実装の遅れをカバーしている。本年度で開発を行った複数のループ文の解析機能によって扱えるコードの範囲が広がったことなど、FPGA向けのコード解析機能が充実した。前年度までの研究ではプロトタイプとして単一ループ文のみを解析してコード変換を行っていたため、ループ文の前後でCPU-FPGA間のPCIインターフェイスを用いたデータの転送が発生し、性能低下の原因となっていた。複数のループ文をまとめてFPGA化することによってループ間のデータパスを生成し、データの再利用を行うことでCPU-FPGA間のデータ転送を削減することができるため、性能が向上している。筑波大学との共同研究によってOpenMPのタスク機能によってソースコードの一部をFPGAで実行することを検討しており、それに関連する論文を2018年のIWOMPに共著として投稿している。更にこのようなタスクをまとめてバッチ処理化する処理系の検討を行い2019年度のIWOMPに論文を投稿している。来年度の研究計画としてOpenMPの言語仕様の拡張を計画しているが、このようにバッチ処理を支援する仕様を取り入れることによって新しいアーキテクチャ向けの並列化が可能であると考えている。研究の最終年度になるため、計画していた項目の完成と新しく最終年度に計画していた項目の研究を行う。前年度まで計画していたが、進行が遅れている項目としてはARM SVE向けSIMD処理系の実装がある。ARM SVEのSIMD命令を実行できるハードウェアが利用できるまで所内で開発を行っているgem5ベースのシミュレーターを用いた処理系の開発を行う。処理系が完成したあとではいくつかのアプリケーションを用いた性能評価を行う。シミュレーターを利用する場合、実ハードウェアと比較して実行時間が長くなるため、マイクロベンチマークや簡略化したアプリケーションの計算カーネルを用いた評価になる。最終年度の研究項目は従来のOpenMPになかった新しい言語仕様の設計と実装である。これは従来のデータ並列の延長で処理系の解析を助ける言語仕様の追加と新しい並列化手法を記述する言語仕様の二つの要素を考える。従来のデータ並列化の延長とはOpenMP simd指示文の言語仕様の拡張である。simd指示文の節(clause)はSIMD並列化のための解析を助けるために情報を提供する役割があるはARM SVEなどベクトル長が決まっていないアーキテクチャ向けの仕様は検討されていない。これを支援する節を新たに設けることで従来のループ文をベースにしたデータ並列化を新しいアーキテクチャでも可能にする。新しい並列化手法とはタスクをベースにした言語モデルである。ループ文を用いるデータ並列化は伝統的なHPCアプリケーションを並列化することに適しているが、コア数が増えるにつれて同期のオーバーヘッドが問題になる。タスク間の依存関係を用いて同期を局所化することでこのような問題点が解消されると考えている。タスクをベースにした言語モデルをFPGAなどで適用しSIMD並列化されたモジュールを生成する手法を検討する。本年度の研究ではオープンソースコンパイラLLVMをベースにC言語のループ文をデータストリームとしてあらわす中間形式の設計と処理系の開発を行った。対象とするARM SVE命令セットを用いるSIMDプログラミングでは固定ベクトル長を想定しないため、一次元の入力データをwhile文にとる繰り返しによって繰り返して処理する。本研究で開発したフレームワークはループ文のイテレーション空間やデータの参照パターンを解析し、連続かつ要素毎に独立したアクセスが行われるようにループ変形を行う。この時に参照されるデータは一次元のストリームとして表現されるため、ARM SVEによるSIMD並列化が可能である。

本年度はこのフレームワークをプログラミング可能なハードウェアであるFPGAにマッピングする処理系の実装を行った。FPGAの性能向上においてもSIMDベクトル化によるメモリバンド幅の利用効率の改善が性能向上のために重要である。また、既存のCPUのような固有のベクトル幅を持たず、メモリバンド幅が許す限り大きなベクトル幅を実現することが可能である。C言語から独自のデータストリームの中間形式に変換し、FPGA向けハードウェア記述言語に変換を行う処理系を開発した。また、OpenMPプログラミングの中で明示的なSIMD実装を与える拡張構文の提案を行った。ARM SVEに限らず、CPUのIntrinsic関数で記述されたSIMD実装をOpenMPのSIMDループ文で明示的に呼び出すためのインターフェイスを提案し、コード変換のメカニズムの設計を行った。ARM SVEのシミュレーターによる性能評価を行った。本年度の主な計画はベクトル幅を限定しない中間言語の設計と実装である。ループ文とその中のデータ参照をデータストリームとしてあらわす中間形式を設計し、実装を行うことで予定していた計画を達成することができた。開発を行ったフレームワークではループ文の変形によってSIMD命令が生成可能なデータストリームを生成している。これを従来のLLVMのOpenMP実装で使うことで現在のOpenMP実装を大きく変えず、プロトタイプを実現することが可能である。しかし、現在のプロトタイプはループ文のstrideが1であるなど、いくつかの制限があり、研究計画で書いた通り簡単なループ文のみを対象にしている。本年度の研究成果はOpenMPの言語仕様や処理系の実装に関する国際学会であるIWOMPに論文発表を行うことで報告している。また、HPC研究会にも研究報告を行った。研究計画で想定していたARMアーキテクチャ以外に最近HPCの分野で注目を集めているFPGAにも適用できることがわかり、その応用を報告している。HPC研究会の結果を元に論文を執筆し、FPGAやアクセラレータに関する国際学会であるHEARTに投稿し、採択された(来年度発表・出版予定)。ARM SVEの性能評価においてシミュレーターを用いているが、これはまだSVE命令セットをサポートするハードウェアが存在しないためである。そのため、FLOPSや時間などの性能指標を用いず、発行命令数による疑似的な性能評価を行った。
大型バルクGaN単結晶の開発に向けた結晶成長機構の解明

本研究では大型バルクGaN単結晶の開発に向け、Naフラックス法とOVPE法における結晶成長機構を明らかにすることを目的として、第一原理計算を用いた数値解析により、(1)Naフラックス成長におけるC添加による成長速度増加メカニズムの解明と(2)OVPE法における表面反応過程と結晶成長過程の解明、の2つの研究を行った。その結果、(1)ではC添加Naフラックス溶液中で安定に存在するCNイオンが結晶表面近傍ではC-N結合が分解しやすくなることを明らかにした。また(2)ではOVPE成長条件下における安定な結晶表面楮の解析を行い、結晶表面からのO不純物の脱離エネルギーの解析を行った。本研究ではバルクGaN単結晶の成長機構の解明を大きな目的として,(i)Naフラックス成長における炭素添加による成長速度増加メカニズムの解明と(ii)OVPE成長における表面反応過程と結晶成長過程の解明について取り組んでいる.まず(i)に関しては,本年度は周囲の環境(Na-Ga融液中または成長表面近傍)に依存するC-N結合エネルギーの変化について検討した.第一原理計算によってC-N結合の分解に必要な活性化エネルギーを計算した結果,Na-Ga融液中では3.0 eVであったが,成長表面を模擬したNa/GaN境界面付近では1.3 eVまで減少することが分かった。この値は成長温度1073 Kで十分に分解が起こりえるエネルギー値であるため,Na-Ga融液中では安定なC-N結合が成長表面では分解することが分かった。このC-N結合エネルギーの変化とC-N結合周囲のGa原子数との関係について検討した。その結果,分解の活性化エネルギーが小さいNa/GaN境界面付近の方がNa-Ga融液中よりも多くのGa原子がC-N結合の周囲に存在することが分かった。また状態密度解析によりその時のC-N結合状態の変化を調べたところ,C-N原子間距離が同じ場合でも周囲の環境(Ga原子数)によってC-N結合状態が大きく変化することが確認された。次に(ii)に関しては,本年度はGaN結晶表面へのGa2Oの吸着・脱離反応を明らかにすることに焦点を当てて,Ga2Oの吸着・脱離エネルギーの解析を行った.その結果,GaN結晶の表面状態に依存して,吸着エネルギーが大きく変化することが分かった.詳細な検討を進めるにあたって結晶表面状態に関する知見が必要であるため,現在は成長条件下におけるGaN表面状態の検討を進めている.(i)については,本研究目的をほぼ達成したと考えられる.(ii)については順調に進展している.本研究ではバルクGaN単結晶の成長機構の解明を目的として,(i)Naフラックス成長における炭素添加による成長速度増加メカニズムの解明と(ii)OVPE成長における表面反応過程と結晶成長過程の解明について取り組んでいる.(i)に関してはH27年度に研究目的をほぼ達成したので,H28年度以降は(ii)にテーマについて取り組んでいる.本年度は極性面である(0001)面と(000-1)面,また非極性面である(11-20)面と(1100)面について,OVPE成長条件下における結晶表面構造を検討した.結晶表面にGa,N,H,O原子で構成される原子や分子を吸着させた表面構造モデルを各面ごとに約50種類作成して解析を行った.第一原理計算によって得られた各表面構造モデルの全エネルギーと気相の原子・分子が有する並進・回転・振動のエネルギーを考慮することで,温度・圧力と安定な表面構造の関係をまとめた表面状態図を作成し,そのグラフをもとに表面状態について検討した.その結果,(0001)面,(11-20)面,(1100)面では共通して結晶表面のGa原子上にOH基が吸着した表面構造が安定であるが,(000-1)面では結晶表面上のGa層にO原子が取り込まれた構造が安定であることが分かった.これらのOHまたはOを表面から取り除くために必要なエネルギーを評価したところ,(0001)面,(11-20)面,(1100)面上のOHの場合は約5eVであることから,OHは脱離し難いことが分かった.しかしながら(000-1)面のGa層上のOの場合は6eV以上であったので,より脱離し難いことが分かった.したがって,極性面と非極性面の中では(000-1)面が最もO不純物を取り除きにくいため,(000-1)面成長を行った場合がO不純物量が最も多くなると考えられる.(i)については,H27年度で研究目的をほぼ達成した.H28年度以降は(ii)について研究を進めており,ほぼ計画通りに進展している.本研究ではバルクGaN単結晶の成長機構の解明を目的として,(i)Naフラックス成長における炭素添加による成長速度増加メカニズムの解明と(ii)OVPE成長における表面反応過程と結晶成長過程の解明について取り組んでいる.H29年度は(ii)のテーマに関して,第一原理計算を用いて半極性面である(10-11)面と(10-1-1)面の安定な表面構造について解析を行った.また,これまでに解析した極性面,非極性面,半極性面の結果を比較して酸素不純物の取り込みに関する面方位依存性について検討した.その結果,(000-1)面と(10-11)面に吸着した酸素原子を取り除くために必要な脱離エネルギーが約67 eVと非常に大きく,比較を行った結晶面の中で最も脱離しにくいことが分かった.