hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
伝導冷却超伝導マグネットを用いたミリ波帯電磁波の発生に関する研究

核融合プラズマ加熱、計測等におけるマイクロ波からミリ波帯の大出力電磁波源として開発が進められているジャイロトロン、ペニオトロン等のサイクロトロン高速波管は、直流磁場中で回転運動している電子と電磁波との相互作用を利用している。発生する電磁波の周波数は磁場強度によって規定されるため、高周波数の発振を得るためには強磁場を必要とする。強磁場発生用の磁場系としては、従来より液体He等の寒剤を必要とする超伝導マグネットが用いられてきた。このため、磁場系を用いるにあたって設備の複雑化や高コスト化、トラブル発生の可能性の増加などの様々な制限事項や問題点が存在した。本研究は、液体寒剤を一切必要としない伝導冷却型の超伝導マグネットを開発し、これをジャイロトロンに応用することによって上記の問題点を解決することを目指したものである。平成7年度において、ジャイロトロンに適用可能な磁場系として、最大定格磁場5Tの伝導冷却型超伝導マグネットの試作を行った。試作されたマグネットは冷凍機の運転に必要な電力及び冷却水の供給のみで24時間連続運転が可能で、のべ5000時間以上に及ぶ試験運転において設計通りの性能を示した。平成8年度においては、試作されたマグネットを用いてジャイロトロンの発振実験を行い、サイクロトロン周波数の基本波動作において、30GHzから133GHzに及ぶ極めて広い範囲の発振に成功した。以上のように、伝導冷却型超伝導マグネットを用いることによって、大幅な省力化、低コスト化、高信頼化が可能となり、従来のサイクロトロン高速波管の磁場系の持つ問題点を大幅に改善することが出来た。プラズマ加熱、計測等、熱核融合達成のために不可欠な、マイクロ波からミリ波帯の大出力電磁波源に対する要求は、周波数、出力レベル共に年々非常に高くなっているが、現在、このような要求を満たし得る可能性を持つものは、ジャイロトロン、ペニオトロン等のいわゆるサイクロトロン高速波管以外には考えられない。サイクロトロン高速波管は動作機構の性質上、高周波数動作においては強力な直流磁場が必須であり、超伝導マグネットの利用が不可欠である。本研究は、従来用いられてきた超伝導マグネットにかわり、寒剤を一切使用しない伝導冷却型の超伝導マグネットを試作し、これを用いてサイクロトロン高速波管の運転を試みることを目的とする。平成7年度においては、計画に基づき、伝導冷却型超伝導マグネットの設計、製作を行った。設計仕様は、内径100mm、最大磁場強度5Tであり、この磁場強度はサイクロトロン周波数にするとおよそ140GHzに対応する。従って、サイクロトロン高速波管に必要な磁場強度として十分な性能を有している。均一度も、中心軸上30mmの範囲で変動幅が0.01%以内となっており、十分使用に耐え得るものとなっている。外観もクライオスタットの高さが710mm,直径が490mmとコンパクトである。このマグネットを運転するのに必要な資源は、通常の超伝導マグネットでも必要な励磁用電源等を除けば、冷凍機の運転に必要な電力(7kW)と冷却水(360リットル/hr)だけであり、しかもその運転は、ほとんど入手を要しない。従って、従来用いられてきた超伝導マグネットに伴っていた様々な問題点が解消されることになった。

本研究は、液体寒剤を一切必要としない伝導冷却型の超伝導マグネットを開発し、これをジャイロトロンに応用することによって上記の問題点を解決することを目指したものである。平成7年度において、ジャイロトロンに適用可能な磁場系として、最大定格磁場5Tの伝導冷却型超伝導マグネットの試作を行った。試作されたマグネットは冷凍機の運転に必要な電力及び冷却水の供給のみで24時間連続運転が可能で、のべ5000時間以上に及ぶ試験運転において設計通りの性能を示した。平成8年度においては、試作されたマグネットを用いてジャイロトロンの発振実験を行い、サイクロトロン周波数の基本波動作において、30GHzから133GHzに及ぶ極めて広い範囲の発振に成功した。以上のように、伝導冷却型超伝導マグネットを用いることによって、大幅な省力化、低コスト化、高信頼化が可能となり、従来のサイクロトロン高速波管の磁場系の持つ問題点を大幅に改善することが出来た。
多孔質を利用した気体の熱駆動型輸送-圧縮装置の気体論に基づく理論的性能評価

気体分子の平均自由行程が系の代表長に対して無視できない微小な系では,気体内の温度場によって定常な流れが誘起される.本研究では,微細な孔径を持つ多孔質内に誘起されるこの種の流れを利用した気体の輸送・圧縮装置(ポンプ)の性能を検証した.より具体的には,多数の正方配列円柱群により構成されるポンプ内の気体の振る舞いを,分子気体力学に基づいて構築した拡散モデルにより調べた.その結果,例えば両端で1.5倍の温度比を持つ円柱群を100個連結した場合,隣接する円柱の中心間距離に基づくクヌッセン数が6のときポンプが約50倍の圧力差を維持できることが分かった.気体分子の平均自由行程が系の代表長に対して無視できない微小な系では,気体内の温度場によって定常な流れが誘起される.本研究では,微細な孔径を持つ多孔質内に誘起されるこの種の流れを利用した気体の輸送・圧縮装置(ポンプ)の性能を検証した.より具体的には,多数の正方配列円柱群により構成されるポンプ内の気体の振る舞いを,分子気体力学に基づいて構築した拡散モデルにより調べた.その結果,例えば両端で1.5倍の温度比を持つ円柱群を100個連結した場合,隣接する円柱の中心間距離に基づくクヌッセン数が6のときポンプが約50倍の圧力差を維持できることが分かった.気体の拡散媒体として,孔径が平均自由行程程度である微細細孔を持つ多孔質を用い,これに温度勾配を与えることで熱遷移効果により気体を輸送することができる.その利点としては,(i)運動部分を全く持たないため,小型化が容易で耐久性に優れ,(ii)熱源として低次元のエネルギーを用いることができるため省エネ性に優れる等があり,次世代の非機械的流体装置として期待されている.この高いポテンシャルを持つ本流体装置の効果を世界に先駆けて定量的に検証するために,正方配列円柱群からなる多孔質モデルを考え,多孔質内の気体の大域的な圧力分布および流量を計算できるモデルの導出を行った.本モデルにおいては,気体の圧力勾配と多孔質(円柱群)の(大域的)温度の勾配によって流量が定まり,流量に対する各勾配の影響の大きさを表す拡散係数は,線形化ボルツマン方程式の所定の境界値問題の解から定められる.そこでこの境界値問題を,分子気体力学で広く用いられているボルツマン方程式のBGKモデルに基づき解析し,圧力勾配による流れの強さを表す拡散係数を応用上十分広い希薄度(クヌーセン数)の範囲にわたって数値的に構築することに成功した.本モデルを用いれば,圧力勾配(差)によって正方配列円柱群まわりに誘起される希薄気体流の圧力分布と流量が簡単な拡散型偏微分方程式を解くことによって得られる.類似のモデルはいくつか提案されているが,本モデルは,(i)任意の希薄度に適用可能,(ii)多孔質周辺の圧力変化の大きい問題に適用可能,(iii)拡散係数を経験的データに頼ることなく理論的に定められる点において他のモデルに比べて優れており,本モデルの構築に成功したことは世界的にみても非常に意義深い.孔径が平均自由行程程度である微細細孔を持つ多孔質を気体で満たし,これに温度勾配を与えると熱遷移効果により気体が輸送される.これは既知の事実であるが,本研究ではこの熱による気体輸送効果を効果的に用いた気体の(熱駆動型)輸送圧縮装置を考える.その利点としては, (i)運動部分を全く持たないため耐久性に優れ, (ii)熱源として低次元のエネルギーを用いることができるため省エネ性に優れる等があり,低環境負荷の非機械的流体装置として期待されている.本研究の目的は,この装置の性能を世界に先駆けて理論的に評価することである.そのために,分子気体力学に基づく系統的解析により,正方配列円柱群からなるモデル多孔質内の希薄気体流の大域的圧力分布,多孔質の温度分布,そして多孔質内を流れる気体の流量を計算できる拡散タイプの巨視的モデルを導出した.本モデルの利点は,既存モデルと異なり,モデルに含まれる拡散係数を,ボルツマン方程式の所定の境界値問題を解くことにより,理論的に構築できる点にある.そこでボルツマン方程式のBGKモデルに基づく精密な数値解析を行い,拡散係数を希薄度および円柱半径の関数として数値的に構築することに成功した.これらの成果は,流体力学の分野における一流誌Physics of Fluidsに掲載されるとともに,拡散係数に対する数値解析の結果は世界初の結果として当該分野で最も権威のある国際会議Rarefied Gas Dynamicsにおいて発表済みである.次に,本輸送装置は異なる多孔質を交互に連結した構造を持っているため,拡散モデルを用いて装置の性能評価を行う際には,多孔質の接合部における接合条件が必要になる.そこで,円柱半径の異なる二つの正方配列円柱群を連結した状況を考え,拡散モデルに対する接合条件を理論的に導出することに世界に先駆けて成功した.本研究は,温度勾配を課した多孔質が温度勾配の方向に気体を輸送できることを用いた熱駆動型多段式ポンプの性能を,分子気体力学(希薄気体力学)に基づく系統的な解析により明らかにすることを目的としている.

ここで,気体輸送の駆動力は,希薄気体に特有な「熱遷移流」によって担われており,分子気体力学に基づく解析は必須である.昨年度までの研究において,正方配列円柱群(本研究で用いた多孔質のモデル)を過ぎ希薄気体流の振る舞いを記述する拡散モデルを,ボルツマン方程式の標準モデルであるBGK方程式と拡散反射境界条件に基づき系統的に導出し,さらに,異なる円柱径を持つ円柱群が隣接する場合に,拡散モデルと併せて用いるべき接合条件を導出した.本年度は,それらを用いて熱駆動型ポンプの性能評価を数値的に行った.その結果,多数の円柱群を直列に連結することにより,有意の性能(例えばポンプによって維持される圧力差)が得られることがわかった.その一方で,逆向きの温度勾配を持つ各円柱群で対抗する流れが生じるため,連結数を増やしても全体のパフォーマンスがなかなか上がらない問題も生じた.そこで,2種の異なる円柱群を隣接させるのではなく,円柱群と流路を交互に連結するタイプのポンプを考え(温度分布は円柱群のみに与える),この場合の拡散モデル,流体モデル,接合条件の導出を行った.拡散方程式系に基づく数値解析の結果,この場合,流路が十分長ければ流路内に対抗流は誘起されず,多孔質内の熱遷移流を効果的に増幅できることが明らかになった.本研究ではポンプの性能を,分子気体力学の標準的な枠組みの中で,系統的解析によって定量的に評価することに成功しており,学術的な価値は非常に高い(論文投稿中).また,この種の熱駆動型ポンプは,熱源として排熱等の低次元のエネルギーを用いることができるため,低炭素社会の実現に寄与できるものと考えられる.
可能性データ解析

本研究では,可能性分布という概念を用いたデータ解析手法の提案,C言語によるプログラム化および現実問題への適用による提案手法の性能評価を行うことを目的とし,以下の成果を得た.1.可能性回帰式の係数に関する可能性分布を数値データから求める新しい手法を提案し,C言語を用いてプログラム化を行った.この手法では,線形計画法により2次形式の可能性分布が入出力データから同定される.さらに,プレハブ住宅の価格を推定する問題を用いた数値実験により,提案手法の有効性を明らかにした.2.多次元パターン空間内で各クラスを表す可能性分布を数値データから求める方法を提案した.さらに,特徴空間の抽出を行うため,多次元パターン空間内で各クラスを表す可能性分布を線形写像する特徴ベクトルを求める問題を線形計画問題として定式化した.この問題は,特徴空間上での各クラスの可能性分布の分離の度合いを示す可能性測度と必然性測度の最大化を目的としたものである.3.ニューラルネットワークの結合強度を可能性分布として与えることにより,非線形の可能性回帰分析を行う方法を提案した.また,結合強度が三角型可能性分布として与えられる場合での学習アルゴリズムをC言語を用いて開発した.4.ファジィルールの条件部ファジィ集合を表すメンバーシップ関数は,可能性分布と見なすことができる.この観点から,ファジィルールを用いたデータ解析手法として,非線形回帰分析の方法を提案した.さらに,提案手法を米の食味解析の問題に適用し,バックプロパゲーション・アルゴリズムに基づくニューラルネットなどの他の非線形手法と比較することにより,提案手法の有効性を明らかにした.本研究では,可能性分布という概念を用いたデータ解析手法の提案,C言語によるプログラム化および現実問題への適用による提案手法の性能評価を行うことを目的とし,以下の成果を得た.1.可能性回帰式の係数に関する可能性分布を数値データから求める新しい手法を提案し,C言語を用いてプログラム化を行った.この手法では,線形計画法により2次形式の可能性分布が入出力データから同定される.さらに,プレハブ住宅の価格を推定する問題を用いた数値実験により,提案手法の有効性を明らかにした.2.多次元パターン空間内で各クラスを表す可能性分布を数値データから求める方法を提案した.さらに,特徴空間の抽出を行うため,多次元パターン空間内で各クラスを表す可能性分布を線形写像する特徴ベクトルを求める問題を線形計画問題として定式化した.この問題は,特徴空間上での各クラスの可能性分布の分離の度合いを示す可能性測度と必然性測度の最大化を目的としたものである.3.ニューラルネットワークの結合強度を可能性分布として与えることにより,非線形の可能性回帰分析を行う方法を提案した.また,結合強度が三角型可能性分布として与えられる場合での学習アルゴリズムをC言語を用いて開発した.4.ファジィルールの条件部ファジィ集合を表すメンバーシップ関数は,可能性分布と見なすことができる.この観点から,ファジィルールを用いたデータ解析手法として,非線形回帰分析の方法を提案した.さらに,提案手法を米の食味解析の問題に適用し,バックプロパゲーション・アルゴリズムに基づくニューラルネットなどの他の非線形手法と比較することにより,提案手法の有効性を明らかにした.本研究は可能性線形モデルとファジィニューラルネットをモデルとした可能性データ解析の新しい手法を提案することを目的とし、以下の成果を得た.1.可能性線形モデルによる可能性データ解析:重み付きデータから可能性分布を求める同定問題を考察した.この問題は,可能性分布を指数型関数とし,中心と正定値行列を求める問題に交換される.正定値行列を求めることが困難であるので,主成分分析により軸変換を行い,各軸ごとの可能性分布を求める方法を提案した.この可能性分布をもとに可能性多変量解析の概念を定式化した.*2.区間入出力関係を表現できる区間ニューラルネットを定式化し,区間ニューラルネットの学習アルゴリズムを導出した.入力の不完全情報を区間値で表現し,区間は可能性を示している.区間ニューラルネットは結合強度としきい値とが区間で表されたものであり,学習アルゴリズムによって最適な区間係数が得られる.区間データの識別問題を考察し,その応用として肝臓病の診断問題を取り扱った.この解析結果から本手法の有効性を確かめた.**3.*と**とは国際会議の発表論文で以下の通り.本研究では,可能性分布という概念を用いたデータ解析手法を提案することを目的として新しい回帰分析手法および判別分析手法の開発を進め,以下の成果を得た.1.可能性回帰式の係数に関する可能性分布を数値データから求める新しい手法を提案し,C言語を用いてプログラム化を行った.この手法では,線形計画法により2次形式の可能性分布が入出力データから同定される.さらに,プレハブ住宅の価格を推定する問題を用いた数値実験により,提案手法の有効性を明らかにした.2.特徴空間の抽出を行うため,多次元パターン空間内で各クラスに対して与えられた可能性分布を線形写像する特徴ベクトルを求める問題を線形計画問題として定式化した.この問題は,特徴空間上での各クラスの可能性分布の分離の度合いを示す可能性測度と必然性測度の最大化を目的としたものである。3.ニューラルネットワークの結合強度を可能性分布として与えることにより,非線形の可能性回帰分析を行う方法を提案した.また,結合強度が三角型可能性分布として与えられる場合での学習アルゴリズムをC言語を用いて開発した.4.ファジィルールの条件部ファジィ集合を表すメンバーシップ関数は,可能性分布と見なすことができる。

この観点から,ファジィルールを用いたデータ解析手法として,非線形回帰分析の方法を提案した.さらに,提案手法を米の食味解析の問題に適用し,バックプロパゲーション・アルゴリズムに基づくニューラルネットなどの他の非線形手法と比較することにより,提案手法の有効性を明らかにした.
陸棲藍藻の生長調節に関わる新規物質の探索と機能解明

植物ホルモンとも呼ばれる植物生長調節物質は、高等植物に普遍的に存在して生長・生理を調節する。生長調節物質はコケやシダ植物にも存在し、その機能が報告されつつある一方、葉緑体の起源生物である藍藻(シアノバクテリア)の生長調節物質は明らかにされていない。本研究は、休眠、発芽、伸長と明確な生活環をもつ藍藻を材料に、生長調節物質の探索とその機能解明を目指す。見出した活性物質の代謝経路や情報伝達のしくみを調べる。また、藍藻生長調節物質がコケや高等植物等に活性を示すか調べることで、生長調節物質の進化や、作物の生長調節への利用の可能性を考察する。
酵素モデル等を用いた核酸の非放射性、標識化法の開発及び遺伝子解析への応用

1.核酸の新たな蛍光性標識化試薬として、トリス(2-アミノエチル)アミンをリンカーに持つ3-メチルフラビン類及びナフタレンスルホン酸類を合成し、それぞれを満足すべき収率で得ることができた。2.核酸の化学発光性標識化試薬として、過酸化水素分解酵素をモデル化した、ヘキサメチレンアミン鎖をリンカーに持つポリエチレングリコール・ヘミン誘導体を設計し、これを良好な収率で合成することができた。3.1で得たフラビンのDNAへの導入反応を試みたところ、かえってDNA鎖の分解が観察された。さらに詳しい解析によってこのフラビン誘導体は光存在下でDNA鎖を分解する作用を持つという新知見が得られた。一方アミンリンカーを持つナフタレンスルホン酸誘導体は、水溶液中でのカルボジイミド誘導体を用いる縮合反応によって、5'-末端にりん酸基を持つDNA15量体及び21量体にりん酸アミド縮合を介して、良好な収率で導入することができた。4.3で得た標識化DNA15量体は対応する未修飾DNA15量体に比べ、より高い2重鎖形成能を持つことが解った。これは標識化試薬部分に存在するDNA鎖との結合に関与していない1級アミノ基と、相補的なDNA鎖中のりん酸基との間のイオン結合の生成によるものと考えられる。5.3で得た標識化DNA21量体は一部自己相補的配列を持ち、低温ではヘアピン・ループ型で、高温ではリニアー型で存在すると考えらる。このDNA鎖の蛍光特性は、このような高次構造変化に基づき顕著な変化を示すことが明かとなり、蛍光標識化による核酸高次構造解析の可能性が明かとなった。6.今後さらに2で得た発光性標識化試薬のDNAに対する有効な導入反応を検討する必要がある。まず標識化すべき核酸プロ-ブとしてtーRNA^<Phe>に相補的なDNA21量体の化学合成を行った。次にケイ光性核酸標識化試薬として3ーメチルフラビン類およびアミノナフタレンスルホン酸のトリス(2ーアミノエチル)アミン誘導体を合成し各71%、75%の収率で得ることができた。さらに発光性核酸標識化試薬としてポリエチレングリコ-ル(平均分子量3000)を結合させたプロトヘミンを合成し、さらにこの化合物にトリス(2ーアミノエチル)アミンを導入した人工酵素モデル化合物を通算収率41%で合成することができた。この化合物は過酸化水素ールシノ-ル発光系を用いた実験において天然の過酸化水素分解酵素とほぼ同等の酵素用作用を有することを見出した。得られたナフタレンスルホン酸のトリス(2ーアミノエチル)アミン誘導体と標識化核酸プロ-ブとして用いるDNAオリゴマ-21量体をりん酸アミド結合を介して結合させ、当初の目標であるケイ光標識化DNAを78%の収率で得ることができた。また得られた標識化DNAを用い、その二重鎖の形成と解消がケイ光の強度および異方性に与える影響について測定を行ったところケイ光の強度、異方性共にDNA鎖の高次構造変化に伴い一定の相関関係を持って変化するという新しい知見を得ることができた。一方3ーメチルフラビンのトリス(2ーアミノエチル)アミン誘導体を用いた同様の反応ではDNAの標識化は進行せず、かえってDNAの分解が観察された。このことについてさらに詳細に検討したところ3ーメチルフラビン誘導体は光存在下顕著なDNA分解作用を有するという新しい知見が得られた。1.核酸の新たな蛍光性標識化

試薬として、トリス(2ーアミノエチル)アミンをリンカーに持つ3ーメチルフラピン類及びナフタレンスルホン酸類を合成し、それぞれを満足すべき収率で得ることができた。2.核酸の化学発光性標識化試薬として、過酸化水素分解酵素をモデル化した、ヘキサメチレンアミン鎖をリンカーに持つポリエチレングリコール・ヘミン誘導体を設計し、これを良好な収率で合成することができた。3.1で得たフラビンのDNAへの導入反応を試みたところ、かえってDNA鎖の分解が観察された。さらに詳しい解析によってこのフラビン誘導体は光存在下でDNA鎖を分解する作用を持つという新知見が得られた。一方アミンリンカーを持つナフタレンスルホン酸誘導体は、水溶液中でのカルボジイミド誘導体を用いる縮合反応によって、5′ー末端にりん酸基を持つDNA15量体及び21量体にりん酸アミド縮合を介して、良好な収率で導入することができた。4.3で得た標識化DNA15量体は対応する未修飾DNA15量体に比べ、より高い2重鎖形成能を持つことが解った。これは標識化試薬部分に存在するDNA鎖との結合に関与していない1級アミノ基と、相補的なDNA鎖中のりん酸基との間のイオン結合の生成によるものと考えられる。5.3で得た標識化DNA21量体は一部自己相補的配列を持ち、低温ではヘアピン・ループ型で、高温ではリニアー型で存在すると考えられる。このDNA鎖の蛍光特性は、このような高次構造変化に基づき顕著な変化を示すことが明かとなり、蛍光標識化による核酸高次構造解析の可能性が明かとなった。6.今後さらに2で得た発光性標識化試薬のDNAに対する有効な導入反応を検討する必要がある。
生体分子による新しい光電変換系の構築

ペプチドの自己組織化過程や集合様式は、pHや温度など様々な外部刺激により変化する。基板表面における自己組織化では、これらの外的要因に加え、基板表面との相互作用がペプチドの集合様式に大きな影響を与える。最近我々は、正および負に荷電した側鎖をβシートの上下面に分離して配置した電荷分離型ペプチドβシートを報告した。本研究では、電荷分離型ペプチドβシートのマイカ基板表面への吸着特性について検討した。その結果、異なる共溶媒条件において、基板表面へのペプチドβシートの吸着様式が大きく異なることを見出した。正および負電荷を帯びやすいアミノ酸であるリシン(K)、グルタミン酸(E)と、無極性アミノ酸であるバリン(V)を組み合わせて合成した電荷分離型ペプチドβシート: Fmoc-EVVKVをペプチド固相合成法により合成した。生成物を再沈殿法により精製した後、MALDI-TOF MSおよび分析HPLCにより同定した。合成したFmocペンタペプチドのメタノール溶液を準備し、水を加えてメタノール/水共溶媒(0.5 mM)を作製した。この溶液を25 °Cで12時間インキュベートした後、マイカ基板上に滴下し、原子間力顕微鏡を用いて基板表面における集合形態を観測した。MeOH/H2O = 9/1ペプチド溶液からは針状のペプチド集合体が、MeOH/H2O = 7/3ペプチド溶液では、マイカ表面の結晶方位に沿って配向したペプチド集合体の形成が観測された。また、MeOH/H2O = 5/5のペプチド溶液においては、ペプチドが二次元的に集合し、マイカ表面に対して配向して吸着していることが明らかになった。一方、MeOH/H2O = 3/7や1/9のペプチド溶液においては、マイカ基板上にアイランドを形成した。アイランドの高さが1.0-1.5 nmであることから、1分子層でペプチド集合体が形成していると考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度は、荷電アミノ酸を多く含むオリゴペプチドの自己組織化による、上下面に正および負の電荷をもつ側鎖が分離して配置する、電荷分離型ペプチドβシート形成について検討した。荷電側鎖を持つアミノ酸として、リシン(K:正電荷)とグルタミン酸(E:負電荷)を用い、アミノ酸配列の奇数番目および偶数番目にそれぞれを配置し、残りの部位を中性アミノ酸でありβシートを形成しやすいバリン(V)を配置した、18種類のペンタペプチドを、固相合成法により合成した。これらのメタノール中および固体状態のの自己組織化について、CD、X線回折、FT-IR、透過型電子顕微鏡から検討した。また、メタノール中で形成した集合体をグリシンバッファー中に混入し、側鎖が荷電した状態でβシート構造を保持しているかについてチオフラビン蛍光テストを行い、さらにTANGOアルゴリズムによる計算から、アミノ酸配列とβシート形成の可能性について検討した。その結果、アミノ酸配列の中央に中性アミノ酸であるバリンが位置する場合に、βシート構造が安定化することを見出した。これは、反平行βシートを形成することで、隣り合うβストランド間の同種電荷の距離が離れることにより電荷の反発が低減していることに起因すると考えられる。一方、アミノ酸配列の中央に荷電アミノ酸(EもしくはK)g会存在すると、これらの側鎖は必ず隣接するため、バッファー中に導入すると電荷の反発が大きくなるため、集合構造が解離してしまうと考えられる。現在、アミノ酸残基数がより大きなオリゴペプチドを用いて、見出された法則が成り立つかどうかについて検討している。また、側鎖に金属配位部位を有するヒスチジンやシステインを用いてβシートを形成し、金属イオンによる触媒機能の発現に関する検討や、電子供与体や受容体を側鎖に付与することによる、光誘起電荷分離特性などについて検討を進めている。

一方、MeOH/H2O = 3/7や1/9のペプチド溶液においては、マイカ基板上にアイランドを形成した。アイランドの高さが1.0-1.5 nmであることから、1分子層でペプチド集合体が形成していると考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。E,V,Kからなるペンタペプチドの組合せは243通りあるが、いくつかの条件を課すことで18種類のペンタペプチドに絞り、2次構造に関する検討を行った。その結果、アミノ酸配列とβシート形成に関して明確な関係性が存在することを見出すことができた。このことは、荷電アミノ酸を含むペプチドの自己組織化全般に通じる規則である可能性もあることから、重要な知見を得ることができたのではないかと考えている。また、自己組織化の手法やそのキャラクタリゼーションの方法を確立できたことにより、今後の実験がよりスムーズに展開できようになったと考えられ、次年度に研究が大きく進展できると期待できる。さらに、現在、荷電アミノ酸だけでなく、配位部位を有するアミノ酸を含むペプチドからのβシート形成に関しても検討しており、それらの触媒作用や光電荷分離に関して今後研究を進めていくための準備が整いつつある。1.ペンタペプチドで見出した規則性が、ヘプタペプチドやノナペプチドにおいても成立するかについて検討する。2.側鎖に金属結合能を持つシステインやヒスチジンを含むペプチドβシート形成について検討する。また、金属を結合した際の触媒特性について評価する。3.電荷分離型ペプチドの、荷電表面や基板表面での自己組織化について検討する。特にマイカ表面に配向した状態でペプチド単分子膜を形成し、その上で細胞培養を行うことにより、細胞の配向培養を実現する。4.システインを含むペプチドをマイカ表面に事故集積し、その後金ナノ粒子を滴下することで、金ナノ粒子によるナノ配線を実現する。5.荷電アミノ酸側鎖に、電子受容機能を持つナフタレンジイミドやフラーレン、また、電子許容機能を持つ金属ポルフィリンなどを付与し、光誘起電荷分離と物質変換特性について検討する。
光誘起相転移のフェムト秒ダイナミクス

光誘起相転移の超高速ダイナミックスはほとんど解明されていなかった.本研究では,主として時間分解発光分光法,過渡反射分光法,ラマン分光法を用い,(1)白金錯体系,(2)ニッケル錯体系,(3)ヴァナジウムブロンズ(NaV_2O_5)系,(4)二価鉄スピンクロスオーバー錯体,(5)量子常誘電物質,を中心にピコ秒からフェムト秒の領域で光誘起現象のダイナミクスの解明を行った.その成果のうち特に重要なものは下記のとおりである.(1)擬1次元ハロゲン架橋白金錯体(電荷密度波錯体)において,緩和励起子は光誘起現象の出発点と考えられている.その緩和励起子において,波束運動を時間分解発光によって実時間観測し,世界初の波束ムービーを作成することに成功した.更に,ハロゲンイオン依存性から,無輻射遷移の重要性を明らかにした.(2)擬1次元ニッケル錯体は電子相関が電子格子相互作用より重要と思われていたが,大きなエネルギー緩和を伴った短寿命の発光を発見し,励起状態においてはこれまでの常識に反して電子格子相互作用が重要であることを初めて示した.(3)これまでダイナミクスの研究が全く行われていなかったスピン梯子系酸化物α'-NaV_2O_5に,初めて超高速ポンプ・プローブ分光法を適用し,フォノンおよび磁気秩序に関係したモードのコヒーレント励起による観測を行った.また,光励起により熱的に電荷整列が崩壊する相転移の速さを明らかにし,さらに,熱転移より高速な光誘起現象を見出した.これによりα'-NaV_2O_5におけるダイナミクス研究の端緒を開いた.(4)二価鉄スピンクロスオーバー錯体において,光誘起相転により熱的には生成されない新たな物質相が現れることを発見し,光の波長を変えることにより,異なるスピン状態を選択的に生成することにも成功した.(5)量子常誘電物質SrTiO_3およびKTaO_3において,紫外線照射による劇的な誘電率増大(巨大誘電率効果)を見出した.光誘起相転移の超高速ダイナミックスはほとんど解明されていなかった.本研究では,主として時間分解発光分光法,過渡反射分光法,ラマン分光法を用い,(1)白金錯体系,(2)ニッケル錯体系,(3)ヴァナジウムブロンズ(NaV_2O_5)系,(4)二価鉄スピンクロスオーバー錯体,(5)量子常誘電物質,を中心にピコ秒からフェムト秒の領域で光誘起現象のダイナミクスの解明を行った.その成果のうち特に重要なものは下記のとおりである.(1)擬1次元ハロゲン架橋白金錯体(電荷密度波錯体)において,緩和励起子は光誘起現象の出発点と考えられている.その緩和励起子において,波束運動を時間分解発光によって実時間観測し,世界初の波束ムービーを作成することに成功した.更に,ハロゲンイオン依存性から,無輻射遷移の重要性を明らかにした.(2)擬1次元ニッケル錯体は電子相関が電子格子相互作用より重要と思われていたが,大きなエネルギー緩和を伴った短寿命の発光を発見し,励起状態においてはこれまでの常識に反して電子格子相互作用が重要であることを初めて示した.(3)これまでダイナミクスの研究が全く行われていなかったスピン梯子系酸化物α'-NaV_2O_5に,初めて超高速ポンプ・プローブ分光法を適用し,フォノンおよび磁気秩序に関係したモードのコヒーレント励起による観測を行った.また,光励起により熱的に電荷整列が崩壊する相転移の速さを明らかにし,さらに,熱転移より高速な光誘起現象を見出した.これによりα'-NaV_2O_5におけるダイナミクス研究の端緒を開いた.(4)二価鉄スピンクロスオーバー錯体において,光誘起相転により熱的には生成されない新たな物質相が現れることを発見し,光の波長を変えることにより,異なるスピン状態を選択的に生成することにも成功した.(5)量子常誘電物質SrTiO_3およびKTaO_3において,紫外線照射による劇的な誘電率増大(巨大誘電率効果)を見出した.本年度は、研究の中核的技術となる(1)up-conversion発光測定装置、(2)光カーゲート発光測定装置、(3)顕微コヒーレント励起分光装置、の3つのシステムの製作と改良および一部予備的測定を行った。従来用いていた装置の問題点を徹底的に洗い直し、大がかりな改良を行った。時間分解能を向上するために和周波発生結晶の最適化を行い、50fsの時間分解能を達成するとともに、分光器を高効率のものに交換して、従来より格段に高い信号レベルを得ることができた。また制御分光器、非線型結晶角度、結晶位置、光学遅延、フォトン計数装置を一括して制御するためのソフトウェアを新たに開発し、システムとしてほぼ実用に耐える状態にすることができた。更に、擬1次元ハロゲン架橋白金錯体Pt-Br結晶の振動波束について予備的測定を行った。(2)光カーゲート発光測定装置1KHz繰り返し再生増幅器からの100fsパルスを用いて、光カーシャッターを試作し、制御ソフトウェアも新たに開発して、応答速度、コントラストなど性能の評価を行った。まだ性能が不満足なので引き続き改良を続ける。

(3)顕微コヒーレント励起分光装置本研究の一つの中心となる微小領域での反射変調による「コヒーレント励起」測定を行うために、反射光学系を用いた顕微コヒーレント励起分光装置の作製に着手した。計画を一部変更して、励起光源として従来の20fsレーザーに代わって10fsレーザーを新たに導入し、一気に極限的時間分解能を目指すことにした。また顕微光学系については十分な性能を持つものがないので購入を断念し、自主開発に切り替えた。試料の照明方式、CCDによる画像モニターなどを完成し、現在本測定に向けて調整を行っている本年度は、新方式の光カーゲート発光測定装置を完成させるとともに、昨年度までに開発整備の完了した上方変換時間分解発光測定装置と顕微コヒーレント励起分光装置による測定を進め、光誘起現象のダイナミクスに関していくつかの重要な結果を得た。(1)光カーゲート発光測定装置の完成二硫化炭素とダブルパルスを用いた光カーシャッターの開発が終了し、時間幅492fs透過効率45%、および時間幅378fs透過効率10%という画期的な性能を実現した。しかも従来の石英を用いたシングルパルスシャッターに比べて自己位相変調による白色光発生が1/1000以下であり、発光の時間分解測定用として非常に優れている事を確認した。(2)低次元スピン系NaV_2O_5におけるコヒーレント励起分光時間分解能15fs、空間分解能10μmの反射プローブ型顕微コヒーレント励起分光装置を完成し、感度も従来より格段に上げる事ができた。これによりにNaV_2O_5におけるコヒーレント素励起の温度変化について詳細な研究を行なった結果、磁気秩序と深く関係しているとみられるモードを160cm^<-1>に新たに見出した。(3)核波束の映画の作成擬1次元ハロゲン架橋白金錯体Pt-Br系の自己束縛励起子における波束の振動を発光で観測することには成功していたが、今回時間分解能を大幅に向上させ、時間原点の確定を行ない、さらに波長感度補正を正確に行う事で波束の形状そのものを時間分解記録することが可能になった。これにより、形状変化も含めた波束の運動を初めて映画として記録することに成功した。この技術は核の移動、再配列現象を伴う光誘起現象の解明に画期的な進歩をもらたすものと考えられる。本年度は,擬1次元の白金錯体系およびニッケル錯体を超高速発光分光法で,2次元梯子系ナトリウムヴァナデートを過渡反射法で研究し,大きな成果が上がった.またあらたに,テラヘルツ分光装置を立ち上げた.(1)擬1次元ハロゲン架橋白金錯体光誘起相転移のモデル物質であるこの物質(Pt-Br系)において,格子再配列現象の出発点である自己束縛励起子(STE)の波束の動きを映画化することに成功した.これにより波束形状の時間発展が初めて明らかになった.また格子緩和の初期過程は単純な断熱ポテンシャル上の波束運動としては理解できないことが明らかになった.(2)擬1次元ニッケル錯体この物質は白金系と異なり基底状態がSDW状態である.最近定常発光の測定から格子緩和は小さいと報告されたが,ピコ秒の時間領域で大きな格子緩和を伴った励起状態が存在することを見出した.これは励起状態が更に格子再配列現象へと発展する可能性があることを示唆している.(3)ナトリウムヴァナデート従来,酸化物系の光誘起相転移はほとんどペロブスカイト型の化合物で研究されてきたが,今回新たにスピン梯子系において光誘起相転移と予想される現象を発見した.スピンパイエルス的構造をもつ低温相における電荷秩序を光励起によって崩すことによって,高温相類似の状態が出現することを過渡反射測定により見出した.
中世出土銭貨のデータベース-学融合のための資料構築-

すでに作成済みの全国一括出土銭データベースのチェック作業と,各県ごとで個別に出土している銭貨を報告書から拾い出し,県別データベースの作成作業をおこなった。博多遺跡群の出土銭貨については,福岡市埋蔵文化財センターに収蔵されている現物チェヅク作業を,昨年度に引き続きおこなった。出土銭貨の量的膨大さと,2年間という時間的な制約のために,完成にまでは至っていないが,現在も作業中である。出土銭貨研究会の協力を得,機関誌『出土銭貨』での情報収集・発信も継続しておこなっている。歴史資料としてはあまり重視されてこなかった出土銭貨を使用して,ある歴史事象を解明するためには,資料が散在しいている出土銭貨のデータベース化は必要不可欠である。このデータベースは考古資料の整備という点のみならず,経済史など関連諸学問の研究資料として利用することが可能となったという点でも重要である。例えば,研究代表者は岩波書店から出版された(鈴木公雄編)『貨幣の地域史』に,博多遺跡群出土銭貨データベースを使用した論文を発表した。この中で,博多遺跡群から出土した銭貨を時期別にデータ処理することによって,中世都市「博多」では14世紀後半から15世紀前半に銭貨流通量が減少しているという事実を明らかにできた。このことは文献史でいう当時の東アジアで共時的におこっていた銭荒、銭貴の現象とも一致する結果となっており,史実を異なった側面から検証することにつながった。また,時代や地域によっては,一括出土銭と個別出土銭に見られる銭種組成が必ずしも一致しないという事実が明らかになり,これをどのように解釈するかについて問題を提起することとなった。
イオンチャネル活性制御などの分子生理学的問題の全原子シミュレーション計算解析

分子動力学シミュレーション計算手法を、分子生理学で重要なKvチャネル開閉ダイナミクスに応用し、Kvチャネルの原子レベルの詳細での構造機能連関に関する情報を得た。また、曲率を有する脂質膜に脂質分子粗視化モデルを応用し、曲率の高い部分に自発曲率の高い脂質分子が集積することを示した。また、コレステロール依存性に形成される脂質ドメインが、膜曲率の影響のもとで形成される過程を示し、膜ドメイン形成と細胞内脂質分子ソーティング機構との関連を提案した。今回の研究ではKv1.2-2.1キメラチャネルについて、電位センサS4の位置を低く保った場合にそれがどのように,イオンチャンネルのゲートであるS6の動きに影響するかを解析した。野生型アミノ酸配列を持つチャネルではS6の有意な動きは見られなかったものの、閉じた状態を安定化することが知られているE395Wの導入により、S6の閉状態への移行が観察された。このことは、Kvチャネルの開閉が分子動力学シミュレーションにより解析できることを示す。S4とS6の動きは、同じサブユニットに属するS4-S5リンカーと,S6間の直接の相互作用によるところが大きいが、隣り合うサブユニット同士の相互作用はそれほど強くないという結果が得られた。もう一つのテーマである細胞膜融合について、インフルエンザウイルスHAの膜融合ペプチドの脂質膜への影響を調べた。この膜融合ペプチドは脂質二重層膜に凸型のカーブを生じる性質があるとともに、互いに接近させた2枚の二重層膜の間に配置することにより、脂質-水境界の構造不安定にしstalk構造を形成しやすくなることが分かった。stalk構造は、膜融合モデルで提唱されているものであり、ウイルス膜と細胞膜の融合やシナプス小胞と細胞膜との融合の初期に見られる重要な構造である。さらなる解析により、実験で示されていたように、細胞膜平面との角度が小さくなるような変異ペプチドでは有意な融合活性を示さない。さらに、ランダムに配置した脂質分子、水分子を再構成する系において、融合ペプチドが膜貫通型の配置を取りやすいことがわかり、このことから融合ペプチドは、脂質-水界面だけではなく多様な位置関係を取りうることが示唆された。これらのことから、シミュレーションによる融合ペプチドの解析の潜在的有用性が示された。本研究は初期にはイオンチャネルのダイナミックスについて原子レベルの詳細を明らかにするため、全原子力場を用いる分子動力学シミュレーションを脂質2分子膜内で実施し、分子内塩橋形成など電位依存性ゲーティングの理解に資する成果を挙げた。一方、多様なイオンチャネルの構造機能連関について理解を深める上で、脂質分子の挙動、局在、自発的曲率の自由エネルギーへの影響の理解が必要であるとの判断に到達した。脂質膜融合における脂質分子及びペプチド分子のダイナミックス解析を行い、膜融合活性を持つインフルエンザウイルスHAペプチドが正曲率を与えることを見いだし、さらにパルミチン酸を含む脂質膜において非ラメラ構造を誘導する傾向があることを示した。さらに、少なくともこの脂質膜において、二つのbilayerを融合させる系をシミュレーション形で確立した。さらに、近年、脂質分子生化学・細胞生物学で注目される脂質ラフトの形成機構や細胞内での脂質分子のソーティングのメカニズムを解明するため、低いミセル化能をもつ組成の脂質混合物系を、曲率を有するhemifusionを模倣した脂質膜系でシミュレーションする系を開発した。粗視化モデルの系を利用することにより、飽和、不飽和脂肪酸、並びにコレステロールの多様な組合せによるシミュレーションを実施し、脂質ラフト様の固くかつ高いオーダー指数を有するLoドメインの形成と、低いオーダー指数を有するLoドメインの分離を再現した。さらにhemifusionによって新たに形成された、大きな負の曲率を有するmonolayerでは、Loドメインが排除される傾向があることを示した。本研究課題は平成22年度から曲率を有する脂質膜における脂質分子の局在に注目し、異なる脂質分子が細胞内でソーティングを受け、オルガネラにより偏った局在を示す機序の解明に取り組んでいる。現在のところ生理学的重要性にも拘わらず脂質ソーティングの機構は不明である。近年Marrinkらによって考案された脂質ラフト形成の粗視化モデルを、筆者らが開発したhemifused ribbonの系に応用し分子動力学計算を実施。コレステロール依存性のドメイン形成は、平面膜と同様の時間スケールで起こり、構造秩序の高いLoドメインが比較的平坦な膜部分に形成され、Ldドメインは高い負曲率を有する部分に形成される傾向を示した。各脂質分子の有する自発曲率よるソーティングだけでは説明できない、著しい分布の偏りが、膜の曲率とドメイン形成の協奏効果によって生じることから、実際の細胞内でもマイクロドメイン形成が脂質ソーティングに寄与することが示唆される。以上の研究と並行して、米国Frederick Sachs教授らとの共同研究を実施し、伸展応答性チャネルの阻害ペプチドであるGsMTx4の作用機序の解明のため、Sachsらが実験で用いているGsMTx4のアミノ酸改変体について、膜結合エネルギーの変化を解析している。

これには、プロトン化したリシン残基Lys+と脱プロトン化したLys0との比較を自由エネルギー摂動法などによって行う必要があるが、充分小さな誤差での計算は現在の技術では困難とされている。そこで、このような残基の付け根(α炭素とβ炭素間)の化学結合を伸長することにより、改変する方法(side chain-pulling法)を開発した。この方法とmean force測定法と併用することによって、アミノ酸改変の効果をある程度予測できることが示された。
マクロファージによる発毛誘導機構の解明

今年度、そもそもこのテーマが、ASK1が創傷部位において活性化し、マクロファージの創傷部位への浸潤を制御しているとの知見に基づいたものであったことを考え、ASK1そのものの活性化機構をより詳細に解明する研究へ取り組んできた。特に、最近、新規ホスファターゼPGAM5により、ASK1が活性化されることが明らかとなり、このメカニズムの詳細および生物学的意義を追究してきた。その結果、PGAM5がミトコンドリア内膜局在型セリン・スレオニンプロテインホスファターゼであること、さらに、ミトコンドリア膜電位低下に伴い、膜内切断を受けることを見いだした。近年、ミトコンドリア融合因子OPA-1やパーキンソン病原因遺伝子PINK1など様々なミトコンドリア局在分子の切断が、ミトコンドリア膜電位低下に伴って制御されることが明らかとなって来た。これらの例はいずれもミトコンドリアの品質管理に関与することが示唆されている。今回明らかとなったPGAM5の膜内切断も、ミトコンドリア膜電位低下をめぐるプロテオリシス制御の一例であり、ミトコンドリアの機能不全を感知し、適切な細胞応答を導くシステムとして機能するものと考えられる。本研究では、ASK1ノックアウトマウスの解析から明らかとなった、マクロファージの発毛誘導活性に注目して、活性化マクロファージの細胞質画分から発毛因子を精製・同定することを目的として、始めた研究である。以前、発毛誘導活性を確認していたのは、マウス骨髄由来マクロファージだけであったが、精製を行うにあたり、大量培養可能なマクロファージ培養細胞系を探索した結果、マクロファージ様に分化したヒト単球性白血病由来細胞株THP-1細胞が発毛誘導活性を持つことを見いだした。また、その後の解析により、THP-1細胞の発毛誘導活性が死細胞でも保持されるか否かを検討したところ、マクロファージ様に分化したTHP-1細胞の凍結融解死細胞の13,000g沈殿画分に発毛誘導活性を見いだした。しかしながら、現在のところ、BMDM細胞においては、その細胞質画分に発毛誘導活性が見られたのに対し、今回、マクロファージ様に分化させたTHP-1細胞においては、膜画分に発毛誘導活性が認められ、両者の間で、結果が大きく異なってしまった。細胞種による違いととることもできるが、精製を考える上で、当初予定していた細胞質画分からの精製ストラテジーは不可能であり、検討を要する。また、精製を行う上で、個体における発毛誘導を生理活性評価のアウトプットにすることを予定していたが、個体差が大きい、用量依存性が見られないなどの問題点があり、検討を要する。今後は、そもそもこのテーマが、ASK1が創傷部位において活性化し、マクロファージの創傷部位への浸潤を制御しているとの知見に基づいたものであったことを考え、今後、ASK1そのものの活性化機構をより詳細に解明する研究へ取り組んで行きたい。特に、最近、新規フォスファターゼPGAM5により、ASK1が活性化されることが明らかとなり、このメカニズムの詳細および生物学的意義を追究していく予定である。本研究は、ASK1ノックアウトマウスの解析から明らかとなった、マクロファージの発毛誘導活性に注目して、活性化マクロファージの細胞質画分から発毛因子を精製・同定することを目的として、始めた研究である。精製を行うにあたり、大量培養可能なマクロファージ培養細胞系を探索した結果、マクロファージ様に分化したヒト単球性白血病由来細胞株THP-1細胞が発毛誘導活性を持つことを見いだした。しかしながら、精製を行う上で、個体における発毛誘導を生理活性評価のアウトプットにすることを予定していたが、個体差が大きい、用量依存性が見られないなどの問題点が生じた。そこで、現在は、そもそもこのテーマが、ASK1が創傷部位において活性化し、マクロファージの創傷部位への浸潤を制御しているとの知見に基づいたものであったことを考え、ASK1そのものの活性化機構をより詳細に解明する研究へ取り組んでいる。特に、最近、新規ホスファターゼPGAM5により、ASK1が活性化されることが明らかとなり、今年度は、このメカニズムの詳細および生物学的意義を追究してきた。その結果、次の二点を明らかにした。まず、PGAM5がミトコンドリアに局在することを見いだした。また、PGAM5がミトコンドリアの膜電位低下ストレスにより、プロテアーゼによって自身の膜貫通ドメイン内で切断されることを見いだした。現在のところ、PGAM5が切断される意義はわかっていないが、ホスファターゼ活性の変化、細胞内局在の変化、といった点を中心に、PGAM5自身の動態に対する影響を明らかにしていきたいと考えている。また、最終的に、ASK1活性化能が変化するか否か、その結果引き起こされる細胞応答、個体応答はどのようなものであるのか、といった点も明らかにしていきたいと考えている。

近年、ミトコンドリア融合因子OPA-1やパーキンソン病原因遺伝子PINK1など様々なミトコンドリア局在分子の切断が、ミトコンドリア膜電位低下に伴って制御されることが明らかとなって来た。これらの例はいずれもミトコンドリアの品質管理に関与することが示唆されている。今回明らかとなったPGAM5の膜内切断も、ミトコンドリア膜電位低下をめぐるプロテオリシス制御の一例であり、ミトコンドリアの機能不全を感知し、適切な細胞応答を導くシステムとして機能するものと考えられる。
低分子性網目および高分子性網目を活用する多成分混成系ゲル材料創製

本研究では、低分子ゲル化剤/高分子ゲル化剤混成系分子性ゲル材料創製とその機能発現機構解明の基盤となる研究を行うことを目的とする。具体的には、多成分化による性能向上が認められた低分子ゲル化剤群と高分子ゲル化剤群の適切な混成により、効果的に相互補助された異種網目構造の共存・協調とこれに基づくしなやかな力学物性の発現、さらには薬剤徐放性や導電性の適切な付与により新規高性能新規ゲル材料創製へと結実させる。
高温超伝導体におけるボルテックス中の準粒子励起状態

ボルテックス状態における超伝導体の準粒子励起状態についての知見をえるために磁場下比熱測定を行い、以下の成果をえることが出来た。1従来型超伝導体としてホウ炭化物Y(Ni_<1-X>Pt_X)_2B_2Cとカルコゲナイド(Nb_<1-X>Ta_X)Se_2の単結晶試料の合成を行った。これらの磁場下比熱測定から以下の結果を得た。(1) YNi_2B_2CとNbSe_2-準粒子状態密度は磁場に比例せず低磁場でより大きな値をとることが明らかになった。これは従来からの理論では予想されていなかったことであり、S波超伝導体でもクリーンリミットの場合は準粒子がコアの外に広がり、さらにコア間の相互作用を通して磁場によりコア半径が縮んでいくことが示唆された。(2) Pt,Taをドープした場合・準粒子状態密度は磁場に比例し準粒子がコア内に閉じこめられていることが示唆された。これはダーティな超伝導体においてのみ従来からの理論がよく当てはまることを示している。(3)磁場によるコアの縮みは、高エネ研グループとの共同実験(ミューオンスピン回転)からも確認することができた。2 d波超伝導体La_<2-X>Sr_XCuO_4の単結晶試料の育成を行った。各Sr濃度における磁場下比熱測定から以下の結果を得た。(1) x=0.2の試料はクリーンリミットにあり、低温での準粒子比熱はH^<1/2>の磁場依存することが解った。また温度磁場依存性はSimon-Leeによって理論的に示されたスケーリング則に合致することが確認できた。(2)不純物による散乱で超伝導ギャップ内に低エネルギー状態が誘起された場合(ダーティな場合)準粒子状態密度の磁場依存がH^<1/2>から逸脱しHlogHの変化を示すことが理論的に予想されていた。今回x=0.11と0.17の試料において、初めてHlogH依存性を観測することが出来た。3マイクロ比熱計の開発これまで困難であった1mg以下の微小試料の比熱を精密に測定できる装置を開発した。これを用いて微小単結晶YBa_2Cu_4O_8とLiV_2O_4の比熱測定に成功した。ボルテックス状態における超伝導体の準粒子励起状態についての知見をえるために磁場下比熱測定を行った。今年度は以下の成果が得られた。(1)単結晶試料の育成高温超伝導体の典型物質としてLa2-xSrxCuO4(LSCO)、従来型の超伝導体の典型物質としてホウ炭化物YNi2B2Cと(Nbl-xTax)Se2の単結晶を育成した。これらの試料は本研究に用いるとともに、中性子散乱、ミューオン、核磁気共鳴などの各実験のために内外の研究者に供した。(2)比熱装置の製作相対分解能が高く小さな試料の測定が可能な熱緩和型比熱装置、および絶対値確度が高い断熱型比熱装置を自作し目標とする性能を得た。さらに高分解能化をめざした交流型比熱装置については今年度導入したロックインアンプを用いることにより目標とする性能を得るめどがたった。(3)磁場下比熱測定上述の単結晶と比熱装置を用いて以下の結果を得た。LSCO-比熱測定から得られた準粒子状態密度は磁場に比例して増大し、d波超伝導体における理論的予想に反して準粒子はコアの外に広がらないことが示唆された。この違いは準粒子の平均自由行程とコア間距離との大小関係によることがわかった。YNi2B2CとNbSe2-準粒子状態密度は磁場に比例せず低磁場でより大きな値をとることが明らかになった。これは従来からの理論では予想されていなかったことであり、s波超伝導体でもクリーンリミットの場合は準粒子がコアの外に広がり、さらにコア間の相互作用を通して磁場によりコア半径が縮んでいくことが示唆された。(Nb,Ta)Se2-不純物をドープした場合、準粒子状態密度は磁場に比例し準粒子はコア内によく閉じこめられていることが示唆された。これよりダ-ティな超伝導体においてのみ従来からの理論がよく当てはまることが分かった。

(3)磁場によるコアの縮みは、高エネ研グループとの共同実験(ミューオンスピン回転)からも確認することができた。2 d波超伝導体La_<2-X>Sr_XCuO_4の単結晶試料の育成を行った。各Sr濃度における磁場下比熱測定から以下の結果を得た。(1) x=0.2の試料はクリーンリミットにあり、低温での準粒子比熱はH^<1/2>の磁場依存することが解った。また温度磁場依存性はSimon-Leeによって理論的に示されたスケーリング則に合致することが確認できた。(2)不純物による散乱で超伝導ギャップ内に低エネルギー状態が誘起された場合(ダーティな場合)準粒子状態密度の磁場依存がH^<1/2>から逸脱しHlogHの変化を示すことが理論的に予想されていた。今回x=0.11と0.17の試料において、初めてHlogH依存性を観測することが出来た。3マイクロ比熱計の開発これまで困難であった1mg以下の微小試料の比熱を精密に測定できる装置を開発した。これを用いて微小単結晶YBa_2Cu_4O_8とLiV_2O_4の比熱測定に成功した。