hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
希薄磁性半導体GaMnAsのナノ領域の磁気特性測定法の開発と強磁性発現機構の解明

GaMnAsは半導体GaAsに少量の磁性元素Mnが添加され、半導体と磁性体の性質を併せ持つ物質である。GaMnAsが強磁性となるメカニズムは必ずしも解明されていない。我々は、原子分解能を持つSTMとそれを応用した弾道電子顕微鏡とスピンSTMを用いて、強磁性発現の起源と関係するスピン偏極電子構造の測定を目的とした。弾道電子顕微鏡実験用の試料作成には困難があったが、スピンSTMの一連の実験は実施できた。磁化反転前後の電子状態を磁性探針で測定することで、スピン偏極した電子状態を示唆する初期的なデータの取得に成功した。実験的な改良点も見出すことができ、今後より明瞭な実験から解明を目指せると期待される。希薄磁性半導体GaMnAsの電子構造の解明と、磁区構造の解明ならびにその反転特性を総合的に評価可能な局所領域測定手法の開発を試みている。今年度は、走査トンネル顕微鏡(STM)を応用した弾道電子顕微鏡(BEEM)による実験システムの開発に取り組んだ。まず、BEEMのエネルギー分解能を量子井戸厚み1層の違いによる共鳴準位の変化を検出できるように向上させた。量子井戸の厚みを変えることで共鳴準位の位置が変るが、それに対応するスペクトルの変化をBEEMで検出できたことを示唆する結果が得られ、応用物理学会で発表した。また、測定手法としては、Spin偏極STMを用いる可能性も模索した。しかし、Spin偏極STMでは針先の磁化特性を一定に保持するのが技術的に困難であり、Spin偏極STMよりもBEEM法の方が本研究の手法としては適しているという知見が得られた。また、当初予定していたGaMnAsによるサンプルへテロ構造では、金属原子の拡散を抑制するため、室温での金属電極の蒸着を検討したが、温度が低温であるために金属膜の厚みを均一にコントロールすることが困難であった。この不均一性は、弾道電子にとっての平均自由行程との兼ね合いで、透過電流に不均一性をもたらす可能性が懸念された。この懸案を取り除くために、エネルギーGapの小さいInAs層をBEEM測定のための電極層に用いることを考案した。このため、目的とする磁性層は、格子定数とエピタキシャル成長の都合上、GaMnSbを用いる構造を考案した。GaMnSbを導入したヘテロ構造試料は作成過程であるが、このためのベース構造となるGaSb、InAs、AlSbによるヘテロ構造の作製技術を推進し、その結晶性の評価をヘキ開による断面STM法によって行った。「希薄磁性半導体GaMnAsのナノ領域の磁気特性測定法の開発と強磁性発現機構の解明」という題目で、いずれもSTM測定法の応用である弾道電子顕微鏡とスピン偏極STMの両面から取り組んでいる。本年度、弾道電子顕微鏡においては、そもそもの測定分解能を精密に見積もるためのシミュレーション法の構築とモデル実験を行った。一方で、スピン偏極STMについては、最新の反強磁性バルクCr探針を用いた手法の導入に成功し、ようやく本実験と組み合わせられるところまでレベルを向上させることができた。明瞭で安定した磁気像が再現良くCr(001)の試料で測定されることを確認した。一方で、希薄にMnドープしたGaAs(110)面あるいは、ヘキ開後にMnを少量蒸着させたGaAs(110)面において、STM測定の下準備を整えた。すでに、GaAs(001)上にMnをSTM針による電圧パルスでGa原子と置換する技術、原子をマニュピュレートする技術は報告されていたが、これと同じ操作が申請者らでも可能となった。加えて強磁性を発現する一般的なMn濃度を持つGaMnAs(110)ヘキ開面においても、非磁性W-tipを使ってSTMの予備測定を行った。これは今後スピン偏極STMを応用するための検討実験である。段階的にMn濃度を0.1%から5%まで変化させ、その間の最表面Mn原子の状態密度ーエネルギー特性を調べた。今後は最表面Mnに限定せず、GaMnAsバルクの一般的な状態密度の測定に臨みたいが、現状最表面Mnについては、Mn濃度に大きく依存せず、バルクよりもむしろ表面特有の効果を反映した深い束縛状態があらわに観測されることが確認された。当初予定では弾道電子顕微鏡を用いたナノ領域の磁性測定を主に考えていたが、そのための試料構造作成が想定よりも困難であったこと、分解能の評価が難しいことから、精密な分解能評価のためのシミュレーション作製などに時間を要した。さらに、並行して進めていたスピン偏極STM法のほうで技術的な大きな進展があったため、それを本研究に本格的に適用するための準備に時間を割いた。「希薄磁性半導体GaMnAsのナノ領域における磁気特性測定法の開発と強磁性発現機構の解明」と言う題目で、いずれもSTMの応用測定である、弾道電子顕微鏡とスピン偏極STMの両面から取り組んでいる。弾道電子顕微鏡では、GaMnAs中に添加されたMn原子付近とそれ以外の領域とで電子の状態に大きな違いを見ることができると考えられ、そこから強磁性の起源を探れることを期待している。しかしながら、弾道電子顕微鏡の分解能については必ずしも十分な評価実験が世界的に行われているとは言いがたく、本年度は特に分解能の評価について取り組んだ。

まず、GaAsとAlAsの界面を作り、その上にAu電極を載せてショットキー界面構造を構築し、AlAsとGaAsの伝導帯底の高さの違い、すなわちAu電極に対する障壁高さが急峻に変化する様子から定量的に分解能を評価することができた。また、評価のために、電子輸送を考慮したシミュレーションを構築した。一方のスピン偏極STMでは、試料の磁化方向を磁場で反転させることに伴う電子状態の変化から、強磁性に関わる電子状態の情報を得ることを期待している。本年度は実際にCrの探針を用いて、LHe温度、すなわち試料が強磁性にある状態で、180°磁化反転前後での状態密度のエネルギー特性(dI/dV-V特性)を得た。その結果、価電子帯Top付近のエネルギーにおいて、スピン偏極率がエネルギーに対して変動することを示す初期的なデータを得ることができた。今後データを増やし、スピン偏極率とエネルギー、そしてMn置換サイトとの距離特性などから強磁性のメカニズムについて微視的視点からの知見を得られると期待している。GaMnAsは半導体GaAsに少量の磁性元素Mnが添加され、半導体と磁性体の性質を併せ持つ物質である。GaMnAsが強磁性となるメカニズムは必ずしも解明されていない。我々は、原子分解能を持つSTMとそれを応用した弾道電子顕微鏡とスピンSTMを用いて、強磁性発現の起源と関係するスピン偏極電子構造の測定を目的とした。弾道電子顕微鏡実験用の試料作成には困難があったが、スピンSTMの一連の実験は実施できた。磁化反転前後の電子状態を磁性探針で測定することで、スピン偏極した電子状態を示唆する初期的なデータの取得に成功した。実験的な改良点も見出すことができ、今後より明瞭な実験から解明を目指せると期待される。本年度は、GaMnAsのダブルレイヤーによるスピン注入及びドメイン観察を目的とした。GaMnAsの場合、最表面電極層との界面不均一性という課題が残ったが、一方で、InAs/GaSb/AlAsを用いたGaMnSbで同様の目的の実験を行える可能性を見出した。今後はスピン偏極STMを用いたGaMnAs(110)面のナノ磁性測定法に重点をおく。GaMnAsのスピン偏極STM測定はこれまでに報告がなく、ナノ領域での新しい知見が得られると期待される。また、低濃度のMnつまり、Mnが孤立した系においても、スピン偏極STMと強磁場印加を組み合わせて新しい研究ができると考えており、これによってもGaMnAs中のMnの極微領域での磁気的相互作用についての理解を深めたい。スピントロニクス今後は、現在可能性として考えているGaMnAsとGaMnSbのヘテロ構造を最適化し、実際に弾道電子顕微鏡によるドメイン観察、制御、局所電子状態測定を行い、希薄磁性半導体の強磁性発現機構の解明に近づけたい。GaMnAsもGaMnSbも面直磁化の材料とする考えなので、マクロの磁化方向測定手法とも合わせて効果的に研究を進める。弾道電子顕微鏡を用いた測定に関する研究進捗に遅延があったため。Co蒸着のためのE-Bガンを購入予定であったが、既存のE-Bガンの一部修理・改造によって、使用可能とできる見通しが立った。一方で、現行のSTM以上の安定性を持つSTMの立上目処が付いたため、次年度に立上経費として使用した方が研究を進める上で有意であると判断した。スピン偏極STM法を用いた方法に一部研究計画を修正するが、極低温でのMnのGaAs表面への蒸着を可能とするための超高真空システムの改造に使用する予定である。
少子高齢化社会の介護・ケアなどの面的な福祉ニーズとボランティア活動

戦後の生産力の飛躍的な発展に支えられて、農業国から工業、経済大国になった日本は、新憲法の制定や民法の改正、民主教育の浸透などによって、家族形態をとともに人々の家族や介護などへの意識をも大きく変えたのである。こうした社会、経済的な変化の他方で、戦後の食糧事情の改善や衛生知識の普及に加えて、急激な医療・医学の発展は平均寿命を延ばし、少産少死を可能として少子化に拍車をかけ介護等の問題を危うくしたのであった。かかる事態を憂慮した政府は、「介護保険」でこれを乗り切ろうとしているが、国民の懐を当てにしたこの道は必ずや西欧諸国の「二の舞い」を踏む。私は10年以上も前から、その具体的な対処策として「互恵的なボランテア制度」を提唱し、義務教育のように法制化する必要性を訴えてきた。たしかに阪神淡路大震災後、ボランティアへの人々の関心は高まってきた。しかしなお人々の理解は狭い、誤った、旧態依然の「慈悲・慈善活動」の域を出ていない。そこで本研究では、ボランティアの概念とその歴史を文献を振り返って整理する一方、この問題に対する意識を調査し、その可能性を摸索することにしたのである。具体的には、(1)21世紀にあってもこの問題を事実上支えるであろう主役は、やはり女性と若い世代と考え、これらを対象に全国的な調査を実施した。そしてその他方で、(2)福祉先進国といわれるイギリスなどヨーロッパの実態を現地に探るとともに、(3)ボランティア活動が盛んなアメリカの実態と、わが国とは異なる体制をとる中国で実態調査を実施して、日本の結果と比較することにした。現在はこれらの集計およびその分析・整理を概ね終えて、報告書を作成しているところである。そしてこの三年間に渡るそれらの成果を、できれば出版助成金をうけて詳細に「書籍」の形に纏め上げ、研究者の研究に寄与したいと思っている。わが国はまもなく世界に例を見ない超高齢社会を迎えるとおもわれる。戦後の生産力の飛躍的な発展に支えられて、農業国から工業国へと産業・経済構造の変化を見た日本は、男性のみならず女性をも賃金労働者として、生産現場に駆り立てただけではない。新憲法の制定や民法の改正、民主教育の浸透などによって変化し始めていた人々の家族や介護などの意識のみならず、それまで要介護者を支えてきた家族形態をも変えたのである。こうした社会、経済的な変化の他方では、戦後の食糧事情の改善や衛性知識の普及に加えて、急激な医療・医学の発展は平均寿命を延ばし、少産少死を可能とし少子化に拍車をかけた。かかる事態を憂慮した政府は、この4月より「介護保険」でこれを乗り切ろうとしている。しかし無策を棚に国民の懐を当てにしたこの道は、イギリスやスゥエーデンの「二の舞い」を踏むことである。私は10年ほど前から「互恵的なボランティア制度」を、義務教育のように法制化する道を提唱してきた。たしかに阪神淡路大震災後ボランティアへの人々の関心は高まってきたが、ボランティアの理解はまだ狭い、誤った、旧態依然の「慈悲・慈善活動」の域を出ていないことである。そこで本研究では、ボランティアの概念とその歴史を振り返って整理するとともに、人々のこの問題に対する意識を調査し、その可能性を模索することにした。具体的には、21世紀にあってもこの問題を事実上支えるであろう主役は、なおまだ女性と思われ、地域婦人会および小学校の先生の協力を得て1800名を対象に全国的な調査を実施した。

そしてその一方で、福祉先進国といわれるイギリスなどヨーロッパの実態を現地に探るとともに、ボランティア活動が盛んなアメリカの実態を調査して、日本の結果と比較すべくその準備をした。現在日本での調査結果の集計は終わり、これからその分析・整理とすすみ、学会などでの中間報告を予定している。21世紀に入ってもわが国の超高齢社会への動きは衰えをみせそうもない。周知のように戦後の生産力の飛躍的な発展に支えられて、農業国から工業国へと産業・経済構造の変化を見た日本は、男性のみならず女性をも賃金労働者として、生産現場に駆り立てただけではない。新憲法の制定や民法の改正、民主教育の浸透などによって変化し始めていた人々の家族や介護などの意識のみならず、それまで要介護者を支えてきた家族形態をも変えたのである。こうした変化の他方で、戦後の食糧事情の改善や衛生知識の普及に加えて、急激な医療・医学の発展は平均寿命を延ばし、少産少死を可能とし少子化に拍車をかけたのである。かかる事態を憂慮した政府は「介護保険」でこれを乗り切ろうとしているが、この道はイギリスなどの「二の舞い」を舞うことである。当時は認められなかったが、私は10年以上前から政府の「ボランティア活動の義務化」に先立ち、「互恵的なボランティア制度」をの法制化を提唱してきた。確かに阪神淡路大震災後、ボランティアへの人々の関心は高まってきたが、ボランティアの理解はまだ狭い、誤った、旧態依然の「慈悲・慈善活動」の域を出ていないことである。そこで本研究では、ボランティアの概念とその歴史を整理するとともに、人々のこの問題に対する意識を調査し、先の提言の可能性を模索することにしたのである。具体的には21世紀にあっても主役はなおまだ女性と考え、昨年は地域婦人会および小学校の先生の協力を得て1800名を対象に全国的な調査を実施した。そして今年度、日本では昨年実施しなかった20才前後の若い世代として東京周辺の大学や短大などの学生を調査した。この調査の他方で、昨年のイギリスやアメリカなど予備調査を踏まえ、ロス周辺の大学、短大の学生を対象に、アメリカでの実態調査を実施し日本の結果と比較することにした。現在はその集計も終り、これからその詳細な分析・整理を行い中間報告書の作成と学会などでの報告をするべく準備している。わが国の超高齢化への動きは,少子化によって一層拍車がかかったといってよい,周知のように戦後の生産力の飛躍的なはってんに支えられて,農業国から工業,経済大国になった日本は,新憲法の制定や民法の改正,民主教育の浸透などによって,家族形態とともに人々の家族や介護などへの意識をも大きく変えたのである。こうし社会,経済的な変化の他方で,戦後の食糧事情の改善や衛生知識の普及に加えて,急激な医療・医学の発展は平均寿命を延ばし,少産少死を可能として少子化に拍車をかけ介護等の問題を危うくしたのであった。かかる事態を憂慮した政府は,「介護保険」でこれを乗り切ろうとしているが,国民の懐をあてにしたこの道は必ずや西欧諸国の「二の舞い」を踏む。私は10年以上も前から,その具体的な対処策として「互恵的なボランティア制度」を提唱し,義務教育のように法制化する必要性を訴えてきた。たしかに阪神淡路大震災後,ボランティアへの人々の関心はたかまってきた。しかしなお人々の理解は狭い,誤った,旧態依然の「慈悲・慈善活動」の域を出ていない。そこで本研究では,ボランティアの概念として歴史を文献を振り返って整理する一方,この問題に対する意識を調査し,その可能性を模索することにしたのである。
多軌道電子系におけるＭｉｇｄａｌ－Ｅｌｉａｓｈｂｅｒｇ近似を超えた超伝導理論

本年度は、CeCu2Si2の超伝導発現機構についての研究を遂行した。本研究の成果は、日本物理学会(9月秋季大会・3月年次大会)やアメリカ物理学会(APS march meeting 2019)、M2s Conference in北京で発表を行うと同時に、Phys. Rev. B誌で出版され、Editors' Suggestionsにも選定された。その後の続報論文として、J. Phys. Soc. Jpn. Letterに投稿も終え、精力的に研究を行ってきた。以下に本研究で得られた成果のの具体的な内容を示す。CeCu2Si2は、重い電子系で発見された初めての超伝導体である。超伝導相は反強磁性相近傍に存在する為、強いスピン揺らぎを起源とするd波超伝導相であると考えられてきた。ところが最近、比熱や磁場侵入長、電子線照射の実験からノードを持たず符号反転も無いs波超伝導であることが示された。この実験事実は従来の理論では全く説明できない。解明には、新しい超伝導微視的発現機構の理論を構築する必要がある。従来の微視的な超伝導理論として、電子・ボソン結合定数を裸の相互作用で近似するMigdal &#8211; Elia shberg (ME)近似が広く用いられてきた。一方、最近の鉄系や銅酸化物超伝導の研究を通して、ME近似が破たんする実例が多く見つかり、ME近似を超えた高次の多体効果の重要性が明らかになってきた。高次の多体効果は、クーロン斥力Uに対するバーテックス補正(VC)として記述される。以後U-VCと呼ぶ。U-VCはd電子系に限らずf電子系においても重要であることが期待される。本研究では、U-VCを考慮した超伝導理論を構築し、CeCu2Si2のs波超伝導発現機構を研究した。2018年度に、重い電子系の超伝導発現機構と多極子秩序の発現機構について基礎的で重要な研究を行った。CeCu2Si2は重い電子系を代表する超伝導体であるが、反強磁性相近傍にもかかわらずBSC的なフルギャップS波超伝導体であることが近年明らかになり、その微視的起源に注目が集まっている。その説明のため、この系の強いスピン軌道相互作用(SOI)を考慮した4重項周期アンダーソン模型を構築した。次いで、電子・ボソン結合定数に対するバーテックス補正(U-VC)を考慮した超伝導ギャップ方程式を解析した。その結果、電子格子相互作用に由来する小さな引力相互作用が、U-VCによって増大することを見出した。U-VCCは反強磁性相近傍で著しく増大するため、フルギャップS波超伝導が実現することが分かった。この結果を15ページの論文にまとめ、Phys. Rev. B誌に掲載され、Editors' Suggestionsに選定された。その後も研究を進めて続報の論文をまとめた。以上のように、2018年度に大変卓越した研究業績を上げた後の研究としては、CeB6やURu2Si2の研究を行う予定である。これらの物質では、低温でスピンと軌道の自由度が絡み合った多極子秩序相が発現する。更にURu2Si2は,多極子秩序下で超伝導相を示す。秩序相の起源は、強いSOIに加えf電子間の強い電子相関にあると考えられている。しかし、強いSOIが存在する強相関電子系の理論は発展途上である為、これらの発現機構は微視的に未解明である。申請者の理論により、これらの未解明であった様々な遍歴多極子系の相図が統一的に解明できると期待される。以後U-VCと呼ぶ。

2018年度に、重い電子系の超伝導発現機構と多極子秩序の発現機構について基礎的で重要な研究を行った。CeCu2Si2は重い電子系を代表する超伝導体であるが、反強磁性相近傍にもかかわらずBSC的なフルギャップS波超伝導体であることが近年明らかになり、その微視的起源に注目が集まっている。その説明のため、この系の強いスピン軌道相互作用(SOI)を考慮した4重項周期アンダーソン模型を構築した。次いで、電子・ボソン結合定数に対するバーテックス補正(U-VC)を考慮した超伝導ギャップ方程式を解析した。その結果、電子格子相互作用に由来する小さな引力相互作用が、U-VCによって増大することを見出した。U-VCCは反強磁性相近傍で著しく増大するため、フルギャップS波超伝導が実現することが分かった。この結果を15ページの論文にまとめ、Phys. Rev. B誌に掲載され、Editors' Suggestionsに選定された。その後も研究を進めて続報の論文をまとめた。以上のように、2018年度に大変卓越した研究業績を上げた後の研究としては、CeB6やURu2Si2の研究を行う予定である。これらの物質では、低温でスピンと軌道の自由度が絡み合った多極子秩序相が発現する。更にURu2Si2は,多極子秩序下で超伝導相を示す。秩序相の起源は、強いSOIに加えf電子間の強い電子相関にあると考えられている。しかし、強いSOIが存在する強相関電子系の理論は発展途上である為、これらの発現機構は微視的に未解明である。申請者の理論により、これらの未解明であった様々な遍歴多極子系の相図が統一的に解明できると期待される。
望まない妊娠をした未婚若年女性の心理・社会的な包括支援プログラムの作成

若年妊娠をした初産婦が、日常生活の中で自身の妊娠に適応していくプロセスについて、《妊娠に対する喜びと葛藤の混在》、《家族の児の受け入れ準備》、《脆弱な将来的基盤》、《母親としての我慢》、《母親役割意識の未熟》、《母親としての芽生え》の6つのカテゴリーが抽出された。若年母が育児に適応していくプロセスについて、《子ども中心の生活》、《育児の重圧からの避難》、《経済的不安》、《実母の強力サポート》、《仲間同士の支え合い》、《実家/実母からの巣立ち準備》の6カテゴリーが抽出された。若年妊婦が母親としての自覚を高めていけるような支援が必要である。10代で妊娠をした場合、自分自身が成長発達過程にある上に胎児発育という両方のニーズを満たさなければならず、様々な葛藤をするといわれている。10代で妊娠した女性が、妊娠によりどのように生活が変化したかについてその体験を明らかにし、10代の妊婦の心理・社会的側面を考慮した質の高い看護ケアの提供について検討することを目的とし、調査を実施した。本研究の主旨を説明し同意の得られた若年妊婦3名を対象に、半構成的面接調査を実施した。研究協力者の許可を得てICレコーダーに録音し、逐語録を作成し、「若年妊婦の生活体験」に焦点をあててコーディングを行った。本研究の倫理性については、山口大学大学院医学系研究科保健学専攻の倫理審査委員会にて審査を受け、承認を得た。その結果、3名の研究協力者全員が妊娠判明時に「うれしい」「産みたい」という感情を抱いており妊娠を継続していた。若年妊婦が日常生活の中で経験したこととして、【両親からの非難】、【両親同士の話し合い/説得】、【実母の理解/支援】、【学校生活の調節】、【パートナーの進路への気遣い】、【パートナーによる経済的活動】、【入籍/転居】、【周囲の目が気になる】、【ふとした時の気分の落ち込み】、【自動車免許が無いことによる受診の不便さ】、【超音波画像による胎児への愛情の実感】などの概念が抽出された。今後も研究協力者を募り、データ収集/分析を継続実施する予定である。10代で妊娠をした女性が自身の妊娠を通し、生活の変化をどのように認識しているかを明らかにすることを目的に、若年妊婦12名を対象に、半構成的面接調査を実施した。逐語録を作成し「10代かつ未婚で妊娠をした女性が、妊娠を継続していく上で経験する思考プロセス」に焦点をあてて、M-GTAの手法を用いて分析を行った。本研究の倫理性は、山口大学大学院医学系研究科保健学専攻の倫理審査委員会にて承認を得た。その結果、21の概念が抽出された。10代かつ未婚で妊娠をした女性は、【何となく妊娠を予感】し、妊娠が判明した際には【先が見えない】と思うと同時に、妊娠したことを【うれしい】と感じていた。また、妊娠継続をすることに対して、【個人的な意味付け】を行っていた。妊娠を知った両親や家族は、【早すぎる妊娠に動揺】をしながらも、【相手家族と折り合い】をつけ、若年妊婦本人の【新しい家族への巣づくり】を経ながら、次第に家族メンバーから【妊娠を受容されて】いると感じていた。その根底には【絶対的な味方である実母のよりそい】があり、実母が大きなサポート役割を果たしていた。若年妊婦は、【先が見えない】と感じながらも、妊娠の継続を経ていく上で【自分なりの先の見通し】をつけていた。妊娠経過の間には【想像以上の試練】、【経済的余裕がない】、【私だけが犠牲】、【情緒のゆらぎ】、【周りの目が気になる】などの現実に直面し、時には【欲求の優先】を行うこともあった。家族からの支援を受けたり、【愛くるしい我が子の実感】、【周囲からの妊婦としてのいたわり】、【仲間同士の支え】を得ながら、【母親としての目覚め】を行っていた。現在、分娩後1か月時における継続調査を実施中であり、3名のデータを得て分析中の段階である。本研究の主旨を説明し同意の得られた、妊娠中の若年妊婦18名を対象に、半構成的面接調査を実施した。

研究協力者の許可を得てICレコーダーに録音し、逐語録を作成し、「若年妊娠をした初産婦が、日常生活の中で自身の妊娠に適応していくプロセス」に焦点をあててコーディングを行った。本研究の倫理性は、山口大学大学院医学系研究科保健学専攻の倫理審査委員会にて審査を受け、承認を得た。その結果、若年妊娠をした初産婦が、日常生活の中で自身の妊娠に適応していくプロセスについて、《妊娠に対する喜びと葛藤の混在》、《家族の児の受け入れ準備》、《脆弱な将来的基盤》、《母親としての我慢》、《母親役割意識の未熟》、《母親としての芽生え》の6つのカテゴリーと27の概念が抽出された。若年妊婦の心情を十分に理解し、若年妊婦が自身の妊娠をポジティブに受け止められるよう支援していくことが重要であることが示唆された。また今年度は、上記調査で協力が得られた若年妊婦が出産を経て1か月経過した時点での継続調査を実施した。10名の直接対面による面接調査と、3名の電話インタビュー調査の協力を得た。調査内容は、自分の分娩に対する感情、現在の育児状況、育児に対する感情、児に対する感情などとし、半構成的面接によって聴取した。「若年妊娠をした初産婦が、育児に適応していくプロセス」に着目してコーディングを行った。その結果、【夜泣きに耐える】、【児の栄養コントロール】、【家族の協力を得る】、【友達からの情報収集】、【欲求の優先】、【新しい家族形成への自覚】他のコードが抽出された。若年妊婦の育児状況を見守りつつ、母親としての自覚を高めていけるような支援が必要である。
トランスジェニックマウスを用いた心筋細胞におけるPAF受容体の解析

PAF受容体遺伝子は2種類の異なったプロモーターによって転写調節を受けており、2つの異なったタイプ(すなわち白血球タイプと心筋タイプ)の2種類のmRNAを産生する。このうち心筋タイプのmRNAのプロモーター領域にはERE(estrogen resposible element)、TIE(TGF-βinhibitory element)、RARE(retinoic acid responsuble element)が存在することがわかっている。このプロモタ-の機能を調べる目的で、CAT遺伝子を結合したコントラクトを作製し解析を行った。その結果、エストロゲンによる転写活性の促進、ならびにTGF-βによる抑制を認めた。現在までPAF受容体を過剰発現したトランスジェニックマウスの作製に成功しており、そのうちの一系統では、心臓、骨格筋において特に発現量が多かった。現在このトランスジェニックマウスの表現型の解析を行っているところである。このマウスにおいては体重が対称群に比べて約20%低下しており、雌からはトランスジーンが子孫に伝わりにくいなどの特徴が認められた。通常マウスではほとんど変化の見られない量のPAFを静注すると、高発現系統マウスにおいては収縮期血圧の低下、徐脈、房室ブロック、QT時間の延長がみられ、数分以内に死亡した。さらに、PAFに対する異常な気道内圧の上昇が認められた。現在、このトランスジェニックマウスの子孫を増やしているところである。今後、心筋初代培養細胞系を確立して、心筋細胞におけるPAF刺激による細胞内情報伝達機構(イノシトールリン脂質回転、アラキドン酸遊離、cAMP産生抑制、MAPキナーゼ活性化など)の測定を行う予定である。さらに、心筋細胞におけるPAF刺激を介する細胞内情報伝達機構およびプロトオンコジーンの動きを調べ、PAF刺激が心筋肥大や形質変化に与える影響を検討する。
グラフェン量子素子デバイスの理論的創成

我々は、ナノグラフェン構造中でディラック点直上に発生する空間局在性非結合性電子軌道を、欠陥局在型ゼロモード(VZM)と同定した。水素化原子欠損を中央にもつアームチェア端・六角ナノグラフェン構造(VANG)には、ディラック状態の一種であるゼロエネルギー状態がVZMと縮退して発生することを、代数的方法により証明した。構造を理論的完全同定したVANGには、強相関効果によるシングレット基底状態が発生する。強結合模型と密度汎関数法を併用してVANGのシングレット基底状態はグラフェン原子欠陥上に発生する近藤状態と同一視されることを示した。VANGは系統的にサイズを変更できる。軌道上クーロン相関エネルギー(ハバード相互作用U)を決定して、系のサイズに依存した電子相関効果の発生を示し、超交換相互作用型交換散乱項を理論評価して0.1eV程度に達しうる交換相互作用の存在を結論した。VANGを保持した基板上で電界効果ドーピングを行えば、化学ポテンシャル依存性から近藤クロスオーバーの制御法が結論される。原子欠損グラフェン類似構造として複数の端の形状をもつナノグラフェン分子を検討し、端局在型ゼロモードとVZMの同時発生を予言し、局所量子スピンを構造の中央と端に形成できることを示した。さらに、原子状水素の吸着構造と電子移動の評価から、水素吸着・脱離反応活性化法として、電界効果ドーピングによる脱離活性障壁減少効果、ナノグラフェンの幾何学的変調による水素炭素間電子移動量変調効果を検討した。この成果を利用した水素吸着・脱離反応促進方法をまとめ、平成28年度からの新学術領域における公募研究に採択された。ナノダイヤモンドの表面形成量子スピンにおける近藤効果の重要性について検討し、ナノグラフェン中の近藤状態を通した量子情報処理デバイスの理論創成に関する本研究成果をさらに発展させている。27年度が最終年度であるため、記入しない。水素化グラフェン構造そのものを量子演算器(量子回路)として動作させる方法を理論的に提供する目的で、次の研究を実施して成果を得た。平成26年度はまず、量子スピン埋め込み方法を具体的に示すため、我々も参加した東京工業大学での3水素化原子欠損構造同定の成果に立脚することにした。この構造では、明瞭なゼロモード発生が認められているからである。ゼロモードとは、グラフェン構造中の幾何学的特徴から発生する非結合性軌道のうちで、ディラック点直上に発生する空間局在性をもつ電子軌道のことを指している。この構造同定した水素化原子欠損構造における強相関効果の出現を、まず軌道上クーロン相関エネルギー(ハバード相互作用Uに相当する)を決定することで示した。ゼロモードが指数関数的局在性を与えることから、Uの大きさは遮蔽効果を考慮してなお1eVに達する。そこで、化学ポテンシャルがディラック点付近においてeVオーダーで変化する範囲であれば、局在性量子スピンの発生を理論同定することが出来た。この量子スピン状態に対する近藤模型を決定するために、超過程計算法に基づき超交換相互作用型の高次交換散乱項の直接評価を行った。その結果は、ディラック点近傍での準粒子交換散乱過程に対して0.1eV程度に達しうる数値を与えた。そこで、この系の有効模型を導出し、ディラック点近傍で電子型準粒子・正孔型準粒子が同等数発生しながら遮蔽に参加する有効軌道を形成するという物理描像を得た。このゼロギャップ半導体特有の擬ギャップ近藤効果を予言するものである。そこで、量子モンテカルロ法計算を実施して、局在軌道上の電子数の相互作用パラメタ依存性、化学ポテンシャル依存性から、特異な強相関効果の発生を結論した。併せて、グラフェン局所構造の電子格子相互作用評価を、高速計算手法を用いて進めた。グラフェンと水素の反応は、量子スピンを発生する構造を示し、条件によっては反応可逆性もあるなど、興味深い。

我々は、原子欠損の有無により変化する原子状水素の吸着構造と電子移動の同定、各種ゼロモードの発生などを見出してきた。これらの結果は、実験班との連携によって支えられてきた。そこで、合成班高井グループとの連携を推進し、原子層科学理論公募班研究打ち合わせ会議を、連携研究者福岡工大丸山准教授、法政大高井准教授、東工大榎教授の参加も得て領域会議に併設する形で、年2回開催した。その結果、実績欄掲載の共同研究内容に加えて、水素吸着・脱離表面化学反応活性化方法と、ナノダイヤモンド活用量子スピン形成法に関する新たな重要課題が浮かび上がった。そこで、電場励起化学反応活性化による物質移動と量子デバイスへの応用として、水素化グラフェン表面における電場励起脱離過程の理論計算を開始し、電子供給による脱離過程活性障壁の明瞭な減少を見出した。短期間で、平成27年6月開催予定のNT15国際会議での発表を目指すに至った。また、グラフェンとともに重要な量子スピン供給源であるナノダイヤモンドにおいて、表面形成量子スピンが実験的に観測されている。この量子スピン発生メカニズムの解明を目指して、構造同定シミュレーションを開始し、ナノ炭素クラスター構造における特異な表面炭素構造の検討も開始した。また、領域代表東北大斎藤教授、京大依光教授との議論を出発点にして、窒化炭素骨格に原子欠損グラフェン類似構造をもつ窒素含有芳香族系高分子群の構造と電子状態解析を行った。その結果、局所量子スピン形成がある構造など系統的な電子状態特性の発生があることが分かった。このように、領域内連係の推進から、本理論班の研究内容は当初計画を越えて展開している。27年度が最終年度であるため、記入しない。バイアス誘起キャリア制御によりゼロモード上局在スピンの交換遮蔽を変調し、局在スピン集団の量子ダイナミクスと量子演算の制御が可能であることを示す。核スピンを活用して光子との結合系を構成し、局所一重項形成によるゼロモードとディラック電子系のエンタングルメントを発生させ、スピン情報をディラック電子系にまで移す。この量子ダイナミクスを、環境場との相互作用強度決定を評価して決定する。SiO2基板効果も評価し、現実的なデバイスでの課題も評価する。セロモード・エッジ状態結合系を用いて、測定系を含む単一光子観測デバイス構造の設計を行う。スピン・ブロッケイド状態と、ゼロモードとエッジ状態間の量子力学的結合が超交換スピン散乱過程から発生し、カイラル制御された状態ベクトルへの射影測定が与えられる。多配置参照密度汎関数法に基づき、結合強度を定量評価する。キャリア濃度依存性の検討、多スピン系における散乱過程解析、近藤遮蔽によるメモリ初期化、伝導度計測における測定誤差とノイズ解析、量子ダイナミクスとしての演算過程の設計、を実施する。量子スピン数と空間配置の制御により多量子ビット化したモデルを用いて、デコヒーレンス問題、情報エントロピーのダイナミクス決定を視野に入れて研究を実施する。
脊椎動物の社会進化モデルとしてのカワスズメ科魚類の婚姻形態および社会構造の解明

主に、タンガニイカ湖のザンビア沿岸域において、カワスズメ科魚類の血縁ヘルパーを伴う協同繁殖、古典的一妻多夫の潜水調査を実施する。協同繁殖魚は岩や石の下で営巣する種が観察されてきたため、行動観察が困難であったが、今回対象とするN.ヘックイは開けた砂場で営巣しておるため行動観察が極めて容易であり、これまでの不明点の解明が大いに期待できる。また、古典的一妻多夫も詳細な研究は魚類ではこれまでまったくなく、この繁殖社会の鳥類のそれとの類似性、相違生が明らかにされることにより、いっそうり各位が進むものと期待できる。これらの成果を踏まえ、脊椎動物の社会進化モデルの構築を3年間でめざしていく。
カーボンナノチューブ・ファイバ分散ポリマーの強度・機能特性解明と知的設計・評価

本研究は,カーボンナノチューブ(CM)・カーボンナノファイバ(CNF)分散ポリマー(バルク,フィルム)の強度・機能特性を理論・実験両面から解明するものである.また,上記理論的・実験的研究に基づき,CNT・CNFを利用した知的材料・構造システムの信頼性・耐久性向上を目指した設計・評価指針を提供することも目的の一つである.得られた成果を要約すると以下の通りである.1.(1)多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの引張試験・電気抵抗測定を行い,電気抵抗とひずみの関係を明らかにした.また,CNT分散ポリマーコンポジットのCNT間トンネル効果を考慮した電気伝導に関する理論モデルを提案・応用し,ひずみの増大に伴う電気抵抗変化を求めて,実験結果に理論的検討を加えた.(2)多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの室温・液体窒素温度(77K)における引張-引張疲労試験・電気抵抗測定を行い,疲労特性の温度・CNT含有量依存性や電気抵抗変化による疲労損傷検知機能を解明・考察した.また,走査型電子顕微鏡(SEM)による破面観察を行い,破壊形態について検討を加えた.2.(1)き裂を有する多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの高速引張試験・電気抵抗測定および弾塑性有限要素解析・電気抵抗モデル計算を行い,電気抵抗・き裂挙動の負荷速度依存性を解明・考察した。また,SEMによる破面観察を行い,破壊形態について検討を加えた.(2)き裂を有する多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの混合モードI/II破壊試験・電気抵抗測定を行い,き裂進展と電気抵抗の関係,荷重-変位曲線の非線形挙動を解明・考察した.また,き裂進展によるCNT電気伝導ネットワーク遮断のメカニズムをモデル化し,電気抵抗変化を求めて,実験結果と比較・検討した.本研究は,カーボンナノチューブ(CNT)・カーボンナノファイバ(CNF)分散ポリマー(バルク,フィルム)の強度・機能特性を理論・実験両面から解明するものである.また,上記理論的・実験的研究に基づき,CNT・CNFを利用した知的材料・構造システムの信頼性・耐久性向上を目指した設計・評価指針を提供することも目的の一つである.得られた成果を要約すると以下の通りである.1.多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの圧縮試験及び分子構造力学・連続体力学を併用したマルチスケール数値シミュレーションを行い,圧縮特性について検討中である.2.(1)き裂を有する多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの室温・液体窒素温度(77K)における引張試験を行い,電気抵抗を同時測定して,き裂進展との関係を解明した.また,コンポジットの電気抵抗変化に関する簡便モデルを提案・応用し,J積分の弾塑性有限要素解析・評価を行って,実験結果に理論的検討を加えた.(2)き裂を有する多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの室温・77Kにおける疲労き裂進展試験及び弾塑性有限要素解析を行い疲労き裂進展速度-J積分範囲の温度依存性を検討中である.3.(1)多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの電気伝導特性に関する理論的・実験的研究を行い,電気伝導率に及ぼすマイクロ・ナノ構造の影響を検討中である.(2)引張を受ける多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの電気抵抗変化によるひずみ検知について検討を進めている.本研究は,カーボンナノチューブ(CNT)・カーボンナノファイバ(CNF)分散ポリマー(バルク,フィルム)の強度・機能特性を理論・実験両面から解明するものである.また,上記理論的・実験的研究に基づき,CNT・CNFを利用した知的材料・構造システムの信頼性・耐久性向上を目指した設計・評価指針を提供することも目的の一つである.得られた成果を要約すると以下の通りである.1.多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの室温・液体窒素温度(77K)における圧縮試験及び分子構造力学・連続体力学を併用したマルチスケール数値シミュレーションを行い,圧縮特性を解明・考察した.2.(1)多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの導電率測定を行い,導電率のCNT体積含有率依存性を明らかにした.また,CNT分散ポリマーコンポジットのCNT間トンネル効果を考慮した電気伝導に関する理論モデルを提案・応用し,導電率を求めて,実験結果と比較・検討した。さらに,CNT分散ポリマーコンポジットの導電率に及ぼすCNTうねり・長さの影響について考察を加えた.(2)引張を受ける多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの電気抵抗変化によるひずみ検知について検討を進めている.3.(1)多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの室温・77Kにおける疲労き裂進展試験及び弾塑性有限要素解析を行い,疲労き裂進展速度-J積分範囲の温度依存性を明らかにした.また,走査型電子顕微鏡(SEM)による試験片破面観察を行い,多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの疲労き裂進展メカニズムについて検討・考察を加えた.(2)引張を受ける多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの負荷速度依存性き裂挙動と電気抵抗変化について検討を進めている.本研究は,カーボンナノチューブ(CM)・カーボンナノファイバ(CNF)分散ポリマー(バルク,フィルム)の強度・機能特性を理論・実験両面から解明するものである.また,上記理論的・実験的研究に基づき,CNT・CNFを利用した知的材料・構造システムの信頼性・耐久性向上を目指した設計・評価指針を提供することも目的の一つである.得られた成果を要約すると以下の通りである.1.(1)多層CNT分散

ポリカーボネートコンポジットの引張試験・電気抵抗測定を行い,電気抵抗とひずみの関係を明らかにした.また,CNT分散ポリマーコンポジットのCNT間トンネル効果を考慮した電気伝導に関する理論モデルを提案・応用し,ひずみの増大に伴う電気抵抗変化を求めて,実験結果に理論的検討を加えた.(2)多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの室温・液体窒素温度(77K)における引張-引張疲労試験・電気抵抗測定を行い,疲労特性の温度・CNT含有量依存性や電気抵抗変化による疲労損傷検知機能を解明・考察した.また,走査型電子顕微鏡(SEM)による破面観察を行い,破壊形態について検討を加えた.2.(1)き裂を有する多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの高速引張試験・電気抵抗測定および弾塑性有限要素解析・電気抵抗モデル計算を行い,電気抵抗・き裂挙動の負荷速度依存性を解明・考察した。また,SEMによる破面観察を行い,破壊形態について検討を加えた.(2)き裂を有する多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの混合モードI/II破壊試験・電気抵抗測定を行い,き裂進展と電気抵抗の関係,荷重-変位曲線の非線形挙動を解明・考察した.また,き裂進展によるCNT電気伝導ネットワーク遮断のメカニズムをモデル化し,電気抵抗変化を求めて,実験結果と比較・検討した.高性能な次世代構造・機能材料として注目を集めているカーボンナノチューブ(CNT)分散ポリマーコンポジットを取り上げ,圧縮・電気伝導特性や疲労き裂進展挙動に注目した理論的・実験的研究を行い,順調に成果を挙げている.また,引張を受けるCNT分散ポリマーコンポジットのひずみ検知及び負荷速度依存性き裂挙動に関する研究にも着手し,検討を加えている.引張を受ける多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの電気抵抗変化によるひずみ検知について考察する.また,引張を受ける多層CNT分散ポリカーボネートコンポジットの負荷速度依存性き裂挙動と電気抵抗変化を明らかにする.
第一原理計算に基づく金属ガラスの相互作用エネルギーの解析と構造模型の構築

1.合金の内部エネルギーのクラスター展開の方法とその低次の項(1体、2体、3体)が合金の原子間相互作用の特徴をどれぐらい表しているかを、Al系、Zr系、Fe系で調べた。A高濃度AX合金の場合、1体はdilute-limitでのXの溶解エネルギー、2体はA金属中のX-X不純物エネルギーに対応。2体相互作用の符号と大きさでAX合金の相図の特徴が説明可能である。また、X原子の3体まで含めば、規則相の相対的安定性が予測できそうである(Alの規則相を調べた)。ナノマテリアルの原子構造安定化機溝の解明に役立つと思える。2.1のクラスター展開の各項を計算できるように、高精度第一原理電子構造計算プログラム(GGA-FPKKR)を整備した。規則合金の電子構造・原子配置、およびその中の不純物が扱える。規則合金の計算にはScreened-versionのFPKKR法を使用。3.単元素Zr、Cuの基底状態(hcp、fcc)、規則相Zr_2Cuの基底状態(tetragonal-bcc)、及びZr中のCu-Cuの相互作用エネルギーを再現できるEmbedded-Atom-Method型ポテンシャルの作成(Mishin等の方法(Phys.Rev.B63(2001)を行った。分子動力学計算でその有効性を調べている。(大阪大学工学研究科分子動力学計算(渋谷)グループとの共同研究)1.遷移金属の厚子構造安定化機構:4d遷移金属-(Zr-Ag)の(hcp, fcc, bcc)構造での全エネルギー計算を行い、実験結果(hcp-bcc-hcp-fcc)を再現した。また、Feは非磁性ではhcp構造が基底状態となるが、磁性を考慮すれば、bcc強磁性が基底状態となる。また、LSDAの計算では磁性効果を過小評価するので、hcpの非磁性が基底状態となる。また、上記の3つの構造で強磁性、反強磁性状態なども詳細に調べた。原子間距離が大きくなれば、hcp, fcc構造の強磁性が基底状態になる。ペロブスカイト構造のFe_4Xの安定平衡格子定数と磁気モーメントを求めた。安定平衡格子定数はFe-Xボンド(バンド)エネルギーとFeの磁性土ネルギーの競合で決まる。LSDA計算は磁性エネルギーを過小評価し、短い平衡格子定数を予測する傾向にあるが、GGA計算はすべての場合、磁性効果で安定になる大きい格子定数を予測する。Fe_4Nは実験があり、本研究の計算結果と合う。3.Pd中の遷移金属不純物X(X=Zr-Ag)溶解エネルギーとCu_<1-c>X_c(c<0.1)基合金中の原子空孔形成エネルギーの濃度依存性の実験結果を再現した。1.Coherent phase合金の相互作用エネルギー模型(i)AlCu、AlZn(Cu、Zn低濃度)の析出初期過程の動力学を調べるモンテカルロ法用の相互作用エネルギー模型の化学的相互作用部分(クラスター展開)の構築を行った。(ii)Mg添加AlCuの析出(その析出初期過程が大きく変化し析出強度が増加)について、東工大里グループにより提案されている物理描像を本研究の相互作用エネルギーの解析で確かめた。(iii)3体相互作用エネルギーの符合と大きさでAlCu, AlZn析出相の形を区別。(iv)AlZnの析出相の初期過程が本研究の2体(第1,2近接)、3体(第1近接間)の相互作用エネルギーを用いたモンテカルロ計算で再現。(PTM-conferenceで発表予定)2.格子ひずみエネルギー1の模型で無視されている格子ひずみエネルギーの模型化に必要なinput data(Na-Si, Sc-Zn, Zr-Ag1不純物まわりの格子ひずみとそのエネルギー)を力の計算で系統的に求めた(模型化可能)。3.Al_3X(X=Sc-Ni)規則合金、AlMnの準結晶の原子構造Alと遷移金属の合金は、組み合わせでいろいろな原子構造が現われる。金属ガラスについては、ほとんどの系でその原子構造の決定がなされていない。本研究の最終目的の1つは、「本研究で求まる不純物間相互作用エネルギーで、そのような複雑系の原子構造予測とその原子構造安定化機構を解明すること」である。本年度は、Al基合金(題目)の原子構造の特徴が本研究の、Al(fcc)中のX-X相互作用エネルギーの第14近接の相互作用エネルギーで定性的に区別できることを示した。4.金属ガラス(Non-coherent phase)の原子構造研究、および分子動力学用のEAM型の相互作用エネルギー模型の構築いろいろな結晶構造の元素の計算結果と、本研究の不純物相互作用エネルギーをinputとして,それちを再現する(fittingで)EAM模型を構築する研究を開始した。本年度は、Al, Cu, Ni, Zrのfcc, bcc, hcp, sc, diamondの原子構造でのエネルギー(input data)を求めた。1.GGA-FPKKR計算によるAl高濃度AlX(X=Sc-Zn,Y-Cd)合金の原子間相互作用模型の構築:(a)我々の提案した内部エネルギーのクラスター展開(化学的エネルギー部分)でAl_3X(X=Sc,Ti,V)規則合金の(L1_2,DO_<22>,DO_<23>)構造の全エネルギーの大小を本研究で得られる2体相互作用エネルギーのみを含む内部エネルギーで再現した。

(b)原子サイズが大きく違う元素からなるAlCu合金の場合,Cuの不純物集合体の格子ひずみエネルギーを模型化した。3.ZrCU金属ガラス中のZr_<10>Cu_3-icosahedronの安定化機構:hcp構造の孤立クラスターZr<10>X_3を自由に変形させると、X=Cuの場合にはicosahedron-Zr<10>Cu_3、X=Niの場合はhcpとicosahedronの間の構造になる(STO基底の第一原理計算)。Zr中のX不純物の2体相互作用エネルギーの距離依存性を用いて、icosahedro-Zr<10>Cu_3の安定化機構を明らかにした。1.A1高濃度AIX合金中の原子間相互作用の特徴を明らかにするため、凝集エネルギーのクラスター展開の方法を提案し(Xに関してdiiuteIimtからの展開)、その収束性を調べた。Al_3X(X=Sc,Ti,V)の規則合金(Ll_2,DO_2_2,DO_<23>)の構造間のエネルギー差(Screened FPKKR&GGAバンド計算の結果)はXの3体ぐらいまで含めばほぼ再現できる。この方法により、金属ガラスの原子構造安定化機講が原子間相互作用で定量的に議論できる。2.Zr高濃度ZrCu合金中のCu-Cu相互作用(上記のクラスター展開の2体)を調べ、4.54.6A辺りに強い引力があることを発見した。この引力により、Zr_<10>Cu_3、Zr_9Cu_4のicosahedronがZr高濃度ZrCu合金中で安定になる。また、Zr_<10>Cu_3の孤立クラスターのいろいろな原子構造を第一原理分子動力学計算で調べ、cu-Cu距離が4.54.6Aのicosahedren構造が最も安定になることを確かめた。3.Zr_2Cu規則合金(tetragonal-bcc)の凝集エネルギーと平衡格子定数(水平方向α,垂直方向c)を第一原理計算(ScreenedFPKKR&GGA)で求め、実験でわかっている平衡格子定数をほぼ完壁に再現した。また、単元素Zr,Cuのfcc,bcc,hcp,sc,diamond構造での全エネルギーの格子定数依存性を調ぺ、それぞれの基底状態の原子構造と平衡格子定数を正確に再現できた。1.合金の内部エネルギーのクラスター展開の方法とその低次の項(1体、2体、3体)が合金の原子間相互作用の特徴をどれぐらい表しているかを、Al系、Zr系、Fe系で調べた。A高濃度AX合金の場合、1体はdilute-limitでのXの溶解エネルギー、2体はA金属中のX-X不純物エネルギーに対応。2体相互作用の符号と大きさでAX合金の相図の特徴が説明可能である。また、X原子の3体まで含めば、規則相の相対的安定性が予測できそうである(Alの規則相を調べた)。ナノマテリアルの原子構造安定化機溝の解明に役立つと思える。2.1のクラスター展開の各項を計算できるように、高精度第一原理電子構造計算プログラム(GGA-FPKKR)を整備した。規則合金の電子構造・原子配置、およびその中の不純物が扱える。規則合金の計算にはScreened-versionのFPKKR法を使用。
難治性疼痛治療の新しいアプローチ、ミクログリアP2X4受容体機能と発現の検討

ミクログリアに発現するP2X4受容体、プロトンチャネルはそれぞれ慢性疼痛機序、貪食作用において重要な役割を持つ。これらの受容体・チャネルに対する麻酔薬の作用をパッチクランプ法によりセルライン(GMI-R1, BV2)を用いて検討した。BV2において低濃度ATP(100μM以下)で誘起する電流はイベルメクチンによって増強し、P2X4受容体電流と同定できた。GMI-R1においてプロトンチャネルは局所麻酔薬で抑制され、食作用抑制が示唆された。ミクログリアP2X4受容体は慢性の難治性疼痛の機序に関与することが明らかにされて注目を集めている。本年度はパッチクランプ法を用いてミクログリアP2X4受容体の機能調査に着手した。実験には継代培養したラットミクログリアを用いた。膜電位を-70mVに固定して、アゴニストのATP投与による誘起電流を記録した。Uチューブシステムを作成し、ATPの投与行った。他のP2X受容体活動を除外し、P2X4受容体のみの記録を行うために、oxidized ATP 1mMを培養細胞に前処置した。その結果、100μM付近のATPにより誘起される50100pAの小さな電流が記録された。この電流波形の特徴として、ATP投与による脱感作を認めた。やや高濃度のスラミン、PPADsでブロックされず、P2X4受容体と考えられたが、他の特異的ブロッカー等の投与により確実な同定を行う予定である。現時点では、観察される電流に対して、全身麻酔薬(吸入麻酔薬、静脈麻酔薬)、局所麻酔薬の作用についても検討を進めている。またこの電流は、全ての細胞で認められるのではなく、今後(平成19年度)、細胞の形態学的特長とともに電気生理学的検討、蛍光免疫法による受容体発現の検討を加える。ミクログリアP2X4受容体の研究の際に、同じパッチクランプ法を用いて、プロトンチャネルの記録にも成功した。ミクログリアは中枢神経系のマクロファージである。ミクログリアにはプロトンチャネルが豊富に発現しており、食作用において重要な役割を持つ。麻酔薬の免疫系細胞の機能への影響を調べることも重要であるため、検討を行った。その結果、局所麻酔薬によるミクログリアプロトンチャネル抑制が認められた。吸入麻酔薬は影響しなかった。局所麻酔薬の作用メカニズムについて詳細な検討も加えていく予定である。本研究は、難治性疼痛機序の発現に関わるミクログリアP2X4受容体の電気生理学的機能、そして受容体発現の誘発物質を明らかにし、さらに麻酔薬および鎮痛薬による機能および発現の制御について検討することを目的としている。平成18年度から継続して、ホールセルパッチクランプ法を用いて、P2×4受容体電流の記録を行い、徐々に安定した記録に近づきつつある。比較的低濃度のATP(100μM付近)で誘起する電流は、TNP-ATPにはブロックされ、PPADsには感受性が低く、P2×4受容体と考えられた。さらにP2×4受容体を増強する作用を持つ物質のivermectinを用いて電流記録を行う予定である。P2×4受容体電流に対する静脈麻酔薬の作用に関して検討を始めており、ケタミン、チオペンタールの投与で抑制を認め、プロポフォールでは抑制は認めていない。イオンチャネル受容体複合体であるP2X4受容体機能を調べるには、パッチクランプ法を用いた電気生理学的方法が適しており、継続して電気生理学的性質および麻酔薬等の作用について検討を行う。前年度も報告したが、ミクログリアP2X4受容体電流の記録の際に、プロトンチャネルの記録も行っている。中枢神経系のマクロファージであるミクログリアにはプロトンチャネルが豊富に発現しており、食作用というミクログリアの重要な機能において大きな役割を持つ。麻酔薬の免疫細胞への作用も重要な研究課題と考え、検討している。昨年度、局所麻酔薬がミクログリアプロトンチャネルを抑制することがわかり、さらに詳細な検討を行った。その結果、局所麻酔薬が、細胞内pHを上昇させる機序、そしてpHに依存しない機序の少なくとも2つのメカニズムでプロトンチャネルを抑制することがわかった。難治性の慢性疼痛の機序として重要なミクログリアのP2X4受容体機能についてパッチクランプ法を用い、電気生理学的研究を続けた。平成21年度の途中、ミクログリアセルラインGMI-R1で少数の細胞で認めていた微小なP2X4受容体電流の記録が困難となった。そのため九州大学大学院・薬学研究院・薬理学分野教授の井上和秀先生に指導を仰いだ。P2X4受容体発現を増やすためフィブロネクチン処理を行なったが、電流の増加を認めず、GMI-R1ではフィブロネクチンによる発現増加は少ないと考えられた。そこでP2X4受容体発現の多いミクログリアセルラインBV-2を分けていただいた。BV-2では細胞10個中約3-4個に、低濃度ATP (100μM)で誘起する電流を認めた。