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イオン伝導性有機ホウ素高分子の合成とその特性評価

種々のオリゴエチレングリコール、オリゴエチレンオキシド鎖を有するジエンモノマーとメシチルボランとの脱水素カップリング重合及びヒドロボレーション重合により、それぞれに対応するホウ酸エステルユニット、アルキルボランユニットを有する有機ホウ素系高分子固体電解質の合成に成功した。まず、種々の塩をこれらのポリマーに溶解させイオン伝導度の温度依存性について測定を行ったところ、50°Cにおいて3.05x10^<-5>5.22x10^<-6>S/cmの伝導度が観測された。また、リチウムイオン輸率の測定を行ったところ室温において0.350.50のリチウムイオン輸率が観測され、ホウ素原子による有意なアニオンのトラップ効果が観測された。よりルイス酸性の高いアルキルボランユニットを有するポリマーは比較的高いリチウムィオン輸率を示した。次に、これらのポリマーを有機リチウム試薬との高分子反応によってボレート型ポリマーに変換することを試みた。フェニルリチウムを用いて反応を行ったところ、選択的なボレートの形成が^<11>B-NMRスペクトルにより確認され、9.45x10^<-7>S/cmの伝導度が観測された。また、イオン輸率の測定を行ったところ、0.82と高い値が得られた。次に、リチウムボレート塩の解離性の向上を目的として、ナフチルリチウム、アントリルリチウム、ペンタフルオロフェニルリチウムについて検討したところ、得られたボレートポリマーのイオン伝導度は1.13x10^<-5>1.30x10^<-5>S/cm(50°C)まで向上した。π-共役系の広がりや電子吸引効果に伴うボレートアニオンの安定化により、リチウムイオンのサイトホッピングエネルギーが低下したためと考えられる。また、高分子反応に伴う側鎖への更なるアリール基の導入を避けることを目的として、リチウムメシチルヒドロボレートを用いた重合を試み、対応する高分子固体電解質の合成に成功した。得られたポリマーは最大で6.23x10^<-5>S/cm(50°C)のイオン伝導度を示した。ポリマーの構造は^1H-及び^<11>B-NMRスペクトルにより決定した。まず、種々の塩をこれらのポリマーに溶解させイオン伝導度の温度体存性について測定を行ったところ、いずれも一般的なポリエーテル誘導体と同様に上に凸のアレニウスプロットを示し、有機ホウ素ユニットの導入は基本的にイオン伝導を妨げないことが分かった。室温において10^<-5>10^<-6>S/cmの伝導度が観測され、ホウ酸エステルユニットを有するポリマーはアルキルポランユニットを有するポリマーよりも10倍程度高い伝導度を示した。また、DSC測定を行ったところホウ酸エステルユニットを有するポリマーはアルキルボランユニットを有するポリマーと比較して20度程度低いTgを有していることがわかった。また、イオン輸率の測定を行ったところ室温において0.350.50のリチウムイオン輸率が観測され、ホウ素原子による有意なアニオンのトラップ効果が観測された。よりルイス酸性の高いアルキルボランユニットを有するポリマーは比較的高いリチウムイオン輸率を示した。次に、これらのポリマーを有機リチウム試薬との高分子反応によってボレート型ボリマーに変換することを試みた。フェニルリチウムを用いて反応を行ったところ、選択的なポレートの形成が^<11>B-NMRスペクトルにより確認され、9.45x10^<-7>S/cmの伝導度が観測された。

また、高分子反応に伴う側鎖への更なるアリール基の導入を避けることを目的として、リチウムメシチルヒドロボレートを用いた重合を試み、対応する高分子固体電解質の合成に成功した。得られたポリマーは最大で6.23x10^<-5>S/cm(50°C)のイオン伝導度を示した。
レーザ光生成プラズマの拡散解析実験(レーザ光の影響抽出のための異方向独立照射)

レーザ光生成プラズマの拡散過程に対するレーザ光の影響を抽出するために、拡散解析用レーザ装置を導入するべく、研究実施計画に沿って既設炭素ガスレーザ装置の改造を試みた。改造レーザ装置は、単独運転では問題ないが、発振のジッタが大きく、プラズマ生成用レーザ装置との同期をとることが困難であった。解析に必要な同一条件でのショット例を十分に確保することができず、プラズマの拡散とレーザ光そのものとの間で有意な相関関係を把握するには至っていない。ジッタの軽減のためには、電源へサイラトロンを導入する等の対策が必要である。この課題の実験では、プラズマの拡散を評価するに際して、高速度カメラを用いてプラズマの発光の空間分布を記録して、データを解析するという手順を経てきた。この手法では、データ解析に時間がかかり、効率的な実験が困難であった。そこで、あくまでも定性的な変化の目安としてではあるが、レーザ光生成プラズマに弱電界を印加して、その電界印加回路に誘起される電流や電荷の変化を捕らえる方法を試みた。電流波形は複雑な変化をするために、拡散との対応が容易ではないが、その時間積分量である、電荷量を測定すれば、定性的な変化を捕らえることができることがわかった。ただし、拡散過程との対応を把握するためには、理論的な考察が不可欠であり、またショット間のばらつきが大きく、変化を確認するには10ショット程度のデータを確保する必要がある。この手法では、オシロスコープの波形からデータを直読するため、この程度のショット数の増大は問題とならない。今後、レーザ発振のジッタの軽減を図り、弱電界印加に対する応答信号と拡散過程との関係を把握したうえで、データを充実させるべく、実験を継続する予定である。
アントラサイクリン誘起心毒性に対するカルノシン酸による保護作用の基礎的研究

HL-1マウス心筋細胞株を用いて、ドキソルビシン(DXR)の酸化作用について研究した。DXRはHL-1細胞に対して殺細胞効果を認めなかった(100ng/ml)ため、より酸化作用の強いアセトアミノフェン(AA)を用いて殺細胞効果を検討した。AAによる殺細胞効果はカルシノン酸(CA)によって軽減されることが明らかとなった。最大効果を示すCAをHL-1細胞に添加したのち、RNAを抽出し、ライトサイクラーを用いてPhase II酵素の発現をみたところ、発現量には変化を認めなかった。CAによる抗酸化作用は、Phase II酵素のの発現に関係なく生じていることが明らかとなった。【研究目的】カルノシン酸(CA)による抗酸化作用の基礎的研究。【研究方法】マウス心筋細胞株HL-1とコントロールとして肝がん細胞株HepG2とを用いて以下の検討らを行った。(1)カルノシン酸(CA)が酸化的ストレスを防御できるか否か。HepG2にCA(0,10,20,30μM)を添加して24,48時間培養した。アセトアミノフェン(AA)(050mM)を添加し、24時間後にMTTアッセイにて生存率を測定した。24時間のCA添加では生存率では有意な差異は認められなかったが、48時間添加でAA25mMにおいての生存率は0,10,20,30μMでそれぞれ43.8%,55,3%,65.0%,80.0%であった。同様な実験をHL-1細胞を使って施行したところ、CA10,20,30μMでは有意に生存率が低下した。5μMでは0μMとかわらず、0.5μMでは有意に生存率が増加した(0μM:77.0%vsO.5μM:87.0%)。心筋細胞ではCA低濃度では有意に生存率を増加させるものの、肝細胞では高濃度のCAが必要であった。(2)カルノシン酸がPhaseII酵素の発現を高めるか否か。HL-1細胞をCAO.5μMと24時間培養してRNAを抽出後、PhaseII酵素の発現をPCR法で検討したと.ころ、発現の増強を認めた。HepG2細胞に比べ、刺激前の発現量は低下していた。これらのことから、心筋細胞のPhase II酵素の発現が低下していることで、心筋細胞は酸化的ストレスに危弱性があるものと思われる。CAを低濃度使用することで、アントラサイクリン系抗がん剤などによる酸化的ストレスから心筋細胞を保護する可能性が期待される。マウス心筋細胞株(HL-1)を用いて、カルノシン酸(CA)の抗酸化作用の有効性を検討した。陽性コントロールとして、マウス肝細胞細胞株(Hepa1-6,NCTC1498)を用いた。細胞株にCAを添加して24時間培養後、アセトアミノフェン(AA)を加えてさらに24時間培養した。MTT法を用いて生存率を測定した。HL-1においては、CA非存在下ではAAの酸化作用により、AA 0μM 100%とすると、AA 0.78mM 86.4%、1.56mM 82.9%、3.13mM 73.1%、6.25mM 59.1%と生存率の低下をみたが、CA 1.0μM存在下ではそれぞれ96.1%、93.8%、82.4%、65.7%と生存率の低下が軽度であった。Hepa1-6においては、CA非存在下ではAAの酸化作用により、AA 1.56mM 89.6%、3.13mM 85.26%、6.25mM 85.9%、12.5mM 78.4%と生存率の低下をみたが、CA 2.5μM存在下ではそれぞれ99.3%、98.2%、94.8%、86.9%と生存率の低下が軽度であった。NCTC1498においてもCA非存在下では、AA 0.39mM、0.78mM、1.56mMでは、生存率がそれぞれ72.1%、47.5%、35.4%であったが、CA 10μM存在下ではそれぞれ94.2%、58.1%、39.8%であった。これらから、マウス心筋細胞はCA濃度が0.51.0μM存在下で抗酸化作用を示したのに対し、肝細胞では、CA濃度が2.510μMが必要であった。AAの酸化作用はphase II enzymeによって酸化中和作用をもたらすので、これらの細胞株のphase II enzymesの発現をRT-PCR法によって定量した。さらにCA存在下で培養し同様な方法でphase II enzymesの発現を定量した。

Phase II enzymesとして、NQO-1,GCL-h,GST-Ya,HO-1を用いた。内部標準としてGAPDH,Cycrophyを用いた。HL-1ならびにNCTC1469細胞はCA添加(0.5,5μM)前後ではphase II enzymesの発現に差異は認められなかった。これらの結果により、CA添加により、AAの酸化作用を軽減したのは、phase II enzymesの発現によらない可能性が示された。マウス心筋細胞株(HL-1)を用いて、カルノシン酸(CA)の抗酸化作用の機序を検討した。陽性コントロールとして、マウス肝細胞細胞株(NCTC1498)を用いた。細胞株にCAを添加して24時間培養後、アセトアミノフェン(AA)を加えてさらに24時間培養した。MTT法を用いて生存率を測定した。HL-1細胞では、CA濃度が2.5μMで最大の抗酸化作用(AA1.56mMでCAOμM:生存率82.9%に対してCAlμM:生存率93.8%)を示したので、以後この濃度を用いた。NCTC1498細胞ではCA濃度5μM(AA0.39mMでCAOμM:生存率69.4%に対してCA10μM:生存率104.4%)を用いた。これらの結果から、心筋細胞株、肝癌細胞株においては、カルノシン酸によるPhase II酵素が発現されないことが明らかとなった。カルノシン酸が抗酸化作用を呈するのはこの機序でない可能性が強く示唆された。
巨大ゼーマン効果を有する2次元電子系における準位交差と量子ホール強磁性

本研究課題では、希薄磁性半導体(Cd,Mn)Teをべ一スとした変調ドープヘテロ構造を作製し、Mnの局在スピンと2次元電子との間の交換相互作用により生じる「磁性」2次元電子系の特徴的な振舞いを明らかにすることを目的とした。まず、非磁性のCdTeをべースとして2次元電子系の移動度向上を目指し、CdTe/(Cd,Mg)Te変調ドープヘテロ構造の分子線エピタキシー(MBE)法による作製において、さまざまな結晶成長上の工夫を行った。特に、ヘテロ構造成長の基板として用いたGaAs(001)表面の酸化膜除去において水素プラズマによるクリーニングが移動度向上に有効であることを確認した。以上のような手法を(Cd,Mn)Teべースの変調ドープヘテロ構造においても適用し、移動度を向上させた磁性2次元電子系試料を作製し、強磁場下の磁気輸送特性および磁気発光特性の測定を行った。その結果、ランダウ準位占有数が整数の磁場位置で励起子再結合による発光のエネルギーにおいて不連続な跳びが見られることを確認し、磁性2次元電子系特有の振舞いを見出した。さらに変調ドープ構造の表面にフォトリソグラフィーによりゲート電極を装着したホールバー型の試料加工を行い、ゲート電圧により2次元電子濃度を外部から制御することに成功した。ゲート電極装着の試料で、2次元電子濃度を連続的に変化させながら、磁気輸送・磁気発光測定を行った。その結果、磁気抵抗率の対角成分、ホール抵抗率、および発光エネルギーの磁場依存性において通常の整数量子ホール効果では説明できない異常な振舞いを見出した。解析の結果、これは異なるスピンの向きを持つランダウ準位間の交差が原因で生じる量子ホール強磁性による現象であることを明らかにした。本研究課題では、CdTeをベースとして磁性元素Mnを含む変調ドープヘテロ構造を作製し、Mnの局在スピンと2次元電子との間の交換相互作用により生じる「磁性」2次元電子系の特徴的な振舞いを明らかにすることを目的としている。今年度は、このような物性研究のための高移動度2次元電子試料の作製を目指して、分子線エピタキシー(MBE)法を用いた結晶成長技術に関する研究を行った。MBEを用いたCdTeベース2次元電子試料の成長には通常GaAs基板を用いるが、成長前の基板洗浄の方法として水素プラズマを用いる方法が有効であることが知られている。ただ水素プラズマ洗浄を施したGaAs(100)表面にCdTeをMBE成長すると、水素プラズマの励起出力に応じて洗浄後のCdTe成長の方位が(100)かまたは(111)のいずれかに変化するという実験例が報告されていたが、そのメカニズムは不明であった。本研究では、反射高エネルギー電子線回折(RHEED)観察により、水素プラズマ洗浄時のGaAs表面の再構成パターンがプラズマ出力により変化することを見出し、上述のCdTeの成長方位の変化がGaAsの表面状態の違いに起因することを明らかにした。さらにこの水素プラズマ洗浄を利用しヨウ素(I)をn型ドーパントとしたCdTe/(Cd,Mg)Te変調ドープ構造試料を作製し、水素プラズマ洗浄による移動度向上の効果を調べた。(111)と(100)方位の双方の試料を作製して低温での移動度を測定した結果、(100)方位に成長した試料では、従来の熱処理による洗浄を施した試料に比べ移動度が大幅に向上することが明らかにされた。昨年度から引き続いて、高移動度

2次元電子試料の作製を目指して、分子線エピタキシー(MBE)法を用いた結晶成長技術に関する研究を行った。CdTeベース試料のMBE成長の際に基板として用いられるGaAs単結晶の成長前の表面洗浄法として、従来の熱処理による酸化膜除去に代わって、水素プラズマによる洗浄が有効であることが示された。この水素プラズマによる洗浄効果の例として、GaAs(001)面上に(001)方位に成長したCdTe/(Cd,Mg)Te変調ドープ構造試料においては、従来の熱処理による洗浄を施した試料に比べ移動度が大幅に向上することが明らかにされた。このような水素プラズマ洗浄を用いたMBE成長技術を用いて、2次元電子層にMnを添加した(Cd,Mn)Te/(Cd,Mg)Te変調ドープ試料を作製し、強磁場下の磁気輸送特性および磁気発光特性の測定を行った。その結果、ランダウ準位占有数v=1の磁場位置で発光エネルギーの不連続な跳びが現れることを見出した。これは磁性2次元電子系に特有の現象で、2次元電子とMnとの交換相互作用によりランダウ準位が湾曲し準位間の交差が生じることによるものと解釈することができた。本研究課題では、CdTeをベースとして磁性元素Mnを含む変調ドープヘテロ構造を作製し、Mnの局在スピンと2次元電子との間の交換相互作用により生じる「磁性」2次元電子系の特徴的な振舞いを明らかにすることを目的としている。昨年度から引き続いて、高移動度2次元電子試料の作製を目指して、分子線エピタキシー(MBE)法を用いた結晶成長技術に関する研究を行った。2次元電子系の移動度向上の手法として、GaAs単結晶基板の成長前処理として水素プラズマクリーニング法を採用した。これは従来の熱処理による酸化膜除去に代わるの新しい手法であり、低温での処理であることからGaAs基板表面の荒れを抑制することができ、移動度向上に有効であることが実証された。また2次元電子濃度の電圧制御をフォトリソグラフィーによりゲート電極を装着したホールバー型の試料加工を試みた。以上のような手法を用い、井戸層に磁性元素Mnを導入した(Cd,Mn)Te/(Cd,Mg)Te2次元電子系試料を作製した。強磁場下の磁気輸送特性および磁気発光特性の測定を行い、ランダウ準位占有数が整数の磁場位置で励起子再結合による発光のエネルギーにおいて不連続な跳びが見られ、その磁場位置がゲート電圧印加による電子濃度の変調により系統的にシフトすることを確認した。
光誘起協同現象を用いた超高速光スイッチング手法の開拓

光照射によって、電子系全体の秩序が高速に遷移する現象(光誘起相転移)は、その巨大かつ高速な光応答性から、高速・高繰り返し動作が可能な新しい光スイッチング素子の動作原理として期待される。本研究では、有機電荷移動錯体と遷移金属錯体において、光励起によるキャリアドーピングに基づく超高速の光誘起絶縁体-金属転移を見出した。また、遷移金属錯体において、異なる電子相間で双方向に光誘起相転移が可能な事を利用して、ダブルパルス光励起による超高速光スイッチングを実現した。光照射によって、電子系全体の秩序が高速に遷移する現象は、光誘起相転移と呼ばれ、近年、精力的な研究が行われている。この現象の最大の特徴は、巨大かつ高速な光応答であり、高速・高繰り返し動作が可能な次世代型の光スイッチング素子の新しい動作原理として、非常に魅力的な現象である。しかしながら、このような超高速スイッチングの実現を目指した系統的な物質探索や、応用展開を視野に入れた基礎研究は、これまでほとんど為されていないのが現状である。本研究では、有機電荷移動錯体および遷移金属錯体を対象として、これらの系で発現する超高速な光誘起協同現象の探索と、これらを利用してテラビットオーダーの高速・高繰り返しの光スイッチングを実現することを目指した。以下に、本年度の主な成果を述べる。I.一次元臭素架橋Pd錯体[Pd(en)_2Br](C_5-Y)_2において、モット絶縁体相にフェムト秒パルス光照射を行うと、励起光子エネルギーが励起子吸収ピークに一致する場合には、モット絶縁体→電荷密度波転移が、より高いエネルギーでの励起の場合には、モット絶縁体→金属転移が生じることを見出した。この結果は、励起光子エネルギーの選択による相制御という新しい超高速光スイッチング手法の可能性を示す成果である。また、二次元的な電子構造を有する有機電荷移動錯体M_2P-TCNGF_4において超高速光誘起絶縁体-金属転移を見出した。II.上記の臭素架橋Pd錯体[Pd(en)_2Br](C_5-Y)_2において、二つの異なる光子エネルギーのフェムト秒励起光パルスを選択し、両者の時間差をつけて照射することで、低温(10K)のモット絶縁体相において、光誘起モット絶縁体-電荷密度波-モット絶縁体という超高速光スイッチングを実現した。後者の回復過程の効率はまだ100%に届かないものの、光子エネルギーを精密に選択することで、ダブルパルス光照射による超高速光スイッチングを起こすことが可能であることを実証した。この現象の最大の特徴は、巨大かつ高速な光応答性であり、高速・高繰り返し動作が可能な次世代型の光スイッチング素子の新しい動作原理として、非常に魅力的な現象である。しかしながら、このような超高速スイッチングの実現を目指した系統的な物質探索や、応用展開を視野に入れた基礎研究は、これまでほとんど行われていない。I.電荷移動錯体M2P-TCNQF4は、ドナー分子M2Pからアクセプター分子TCNQF4へ電子がほぼ完全に移動したモット絶縁体であり、同種分子間、異種分子間の双方に電荷移動遷移を有する二次元的な電子構造を持つ。また、低温で構造相転移を起こし、分子が二量体化する。本錯体について、高温相および低温相において、フェムト秒ポンププローブ分光測定を行い、超高速光誘起絶縁体-金属転移および構造相転移を見出した。II.臭素架橋Pd錯体[Pd(en)2Br](C5-Y)2では、二つの異なる光子エネルギーのフェムト秒励起光パルスを時間差をつけて照射することで、低温のモット絶縁体相において、光誘起モット絶縁体→電荷密度波→モット絶縁体という超高速光スイッチングを起こすが、電荷密度波→モット絶縁体の効率は30%程度で、今年度更なる効率向上の実現する為に、実験条件の検討を行った。第2励起光パルスの強度を増加させると、二光子吸収過程によって逆過程であるモット絶縁体→電荷密度波が誘起され、効率向上には至らなかったが、今後得られた知見を基に実験条件の最適化を図っていく予定である。
能動触知覚の原因現象解明とモデル化による内部構造と材質のバーチャルリアリティ

対象に手を触れ動かして触知覚を得る能動触は対象についての様々な手がかりを与える。本研究では、能動触により内部構造や材質を知覚可能なバーチャルリアリティを実現するため、変形と振動を物理シミュレーションで計算・提示することを目指し、(1)有限要素法に変わる計算時間の少ない変形のシミュレーション手法と(2)能動触により生じる振動の再現手法を研究した。その結果、(1)について、対象を局所グループに分割し局所剛性行列を用いることで計算時間を削減する手法を提案した。また、(2)について、摩擦時の固着滑りにより正確な摩擦係数のモデルを用いることで現実に近い固着滑りが再現でき、現実感が向上することを示した。Oriented Particleというグラフィクス分野で利用されている計算量の少ない変形計算アルゴリズムが存在する。Oriented Particleによる変形シミュレーションに、表面メッシュとの接触判定とProxy法による力覚レンダリングを統合し、Oriented Paticleを用いた力覚インタラクションを実現した。有限要素法では大変形を扱うためには剛性行列の更新が必要になるため、GPUを用いたり、事前計算により変形の自由度を減らしてシミュレーションを行うことなどが必要だったが、CPUのみ、事前計算なしで複雑な形状の柔軟物のシミュレーションと力覚インタラクションを実現できることを確認した。剛性や粘性などの物性パラメータによって力覚レンダリングが不安定になることが分かったので、今後、物性パラメータによらず安定な力覚レンダリング手法の開発を進めたい。Oriented Patricleと有限要素法との関係について検討を続けているが、Oriented Particleの更新手続きには、極分解により回転成分を分離するなどといった、微分方程式の差分化とは異なる手続きが含まれるため、数式の対応を見出すことができていない。今後は有限要素法と単純に対応させることは難しいと考え、まずOriented Particleを何らかの物理モデルの時間発展を求めるアルゴリズムだと考えて物理モデルを見つけ出し、その物理モデルと連続体力学を比較することを計画している。計測については、高速度カメラを1台購入し、振動計測ができる環境を構築した。今後、柔軟物の振動計測を進める。柔軟変形シミュレーション手法として着目していた、Oriented Particleという映像表現で用いられる手法の物理的な意味を解明することができた。この手法はShape Matchingと呼ばれる幾何的な手続きにより変形を計算する。各手続きに対応する物体運動とそれを引き起こすための物理的な構造を検討したところ、極分解を静力学的な釣り合いと考えることで、Oriented Particleを特殊な構造の物理シミュレーションだと解釈できることが分かった。さらに、一般の場合を考えることで、連続体の変形シミュレーションに対応する手続きを解明し、ポアソン比や非等法なヤング率の材質をシミュレーションできるようShape Matchingを拡張できることが分かった。この拡張を洗練することで、弾性体の変形シミュレーションを従来より高速に行うことができると考えられるため、検討を続けている。剛性行列を作成せずに、有限要素法の四面体の剛性を拘束条件として連立させて解く手法が2014年に提案されており、Shape Matchingと変わらない高速性を持つとされているが、この手法以上の高速化が達成できる可能性もあると考えている。柔軟変形シミュレーションと力覚インタフェースを接続するための力覚レンダリングについて、従来はバーチャルカップリングを用いてきたが、シミュレーション対象が柔らかい場合などに不安定化する問題があった。Oriented Particleにバーチャルカップリングを組み込むことで、力覚レンダリングを安定化できる可能性があることが分かった。現在、安定性の評価など発表の準備を進めている。今期は変形モデルに集中したため、振動の発生と伝播の計測とモデル化については遅れているが、変形シミュレーションモデルに想定以上の進展があり、大きな成果も期待できるので、変形シミュレーションモデルに集中して研究を進めている。変形モデルの計算の高速化により、当初は別のモデルを用いる予定であった振動の発生と伝播のモデルについても、変形モデルをそのまま利用できる可能性もある。以上を勘案すると、計画通りではないが、おおむね順調に進展していると考えた。昨年度までで、弾性体の変形計算をShape Matchingを拡張して行えることがわかった。この手法と有限要素法を比較した結果、有限要素法の全体剛性行列に非線形性が生じないよう、シミュレーション対象をある程度の大きさのグループに分割し、グループごとに、グループに固定された座標系で、グループの全体剛性行列を定義すると、剛性行列を更新せずとも高精度なシミュレーションができることを確かめた。剛性行列を作成せずに、有限要素法の四面体の剛性を拘束条件として連立させて解く手法が2014年に提案されており、Shape Matchingと変わらない高速性を持つとされているが、適切な大きさのグループを用いることで提案手法の方が高速に計算できる見込みがあることが分かった。柔軟変形シミュレーションと力覚インタフェースを接続するための力覚レンダリングについて、Shape Matchingにバーチャルカップリングを組み込む手法を実装し、安定性の評価を行った。また、従来の外力としてバーチャルカップリングが発生する力をShape Matchingに組み込む場合と同じ大きさの力を加えるために必要なパラメータの計算手法を確立した。

また、(2)について、摩擦時の固着滑りにより正確な摩擦係数のモデルを用いることで現実に近い固着滑りが再現でき、現実感が向上することを示した。Oriented Particleによるシミュレーションは順調に進んでいるが、有限要素法との数式での単純な比較が困難であることがわかったことと、Oriented Particleに対応する物理モデルが考案できたことから、物理モデルとの比較という新たな手法により、Oriented Particleのパラメータを物性パラメータから求めるという計画にないが有効性の高い手法の研究を進めている。また、柔軟物のシミュレーションと力覚レンダリングの統合方法工夫することで安定性の高い力覚インタラクションが実現できる可能性があり、この研究も進めている。一方で振動計測との比較については、計測機器の調達に時間を要したことがあり、若干遅れている。これらを総合し、計画どおりではないが、おおむね順調に進展していると評価した。今後は、変形モデルの提案を急ぐ。現在、我々の提案手法と2014年に提案された手法との実装を急いでおり、速度と精度、安定性の比較を進め、弾性体シミュレーションの新規手法として提案したいと考えている。また、これを力触覚に応用する研究を進めたいと考えている。28年度が最終年度であるため、記入しない。バーチャルリアリティ接触と変形のシミュレーションでは、まず微分方程式を立て、そのシミュレーションを行うと考えると計算量の増大が避けられないことがあるが、物理法則から導かれる拘束条件を要素間に考え、これらを満たす運動を拘束ソルバーにより解くと考えると、余分な計算を無くすことができる。Oriented Particleにはもともと物理モデルはなくアルゴリズムだけが提案されているが、物理シミュレーションとして考えるならば、拘束条件化とモデルの簡略化の両方が行われていると考えられる。これを解明して、物性に基づくシミュレーションを可能にすることが是非必要だと考えている。また、力覚レンダリングの安定化についても、より詳しく評価して、提案していきたい。柔軟物内での振動の発生と伝播のシミュレーションについては、計測を行い、できるだけ単純なシミュレーションモデルにより再現することで、研究を推進する。高速度カメラの購入などに予想以上に時間がかかったため、振動計測実験の開始が遅れ、関連する実験材料などの購入ができなかった。高速度カメラを用いた振動計測実験のための実験材料費などに使用する。
EUの中国系新移民の子どもにみるトランスナショナリズムに関する教育人類学的研究

本年度は、昨年度に引き続き、中国系新移民の流入が特に顕著なイタリアとスペイン、フランス、ドイツ、さらに本年度からポルトガルにおいて各メンバーが調査を実施した。5ヶ国とも、中国系新移民の流入によるコミュニティの変化や中国系の子どもへの中国語教育や主流社会への学校適応のあり方、中国やEU諸国への留学の実態が明らかになってきている。調査が2年目であるので、中国系の若者へのライフヒストリーの聞き取り調査も進んでいることによって、進路選択の多様性とそこにみられるトランスナショナリズムが明らかになりつつある。親の社会経済的背景が子どもの進路選択にみるトランスナショナリズムと関連していることは5ヶ国において共通していた。また、ヨーロッパ生まれでも10代前半まで中国の祖父母の元で育てられてヨーロッパに戻ってくる者はスペインとイタリアに多く、移住先の言語習得に問題を抱え、学校不適応に陥る者も多かった。ドイツにはそのような中国系の子どもはほとんどおらず、特に浙江省出身者に、故郷に子どもを送る慣行がみられた。スペインでは、現在20代後半から30代の若者は親の飲食業や雑貨店を継いだり起業するものが多かったが、10代後半から20代前半の若者には大学進学者が増えていることも明らかとなった。スペインでの調査結果は中国系新移民の出身地である中国浙江省の温州大学で発表した。イタリアで実施した週末の中国語補習校数校でのアンケート調査の結果分析は国際学会で発表した。ドイツとフランスでの調査結果は国内の学会で発表した。初年度に調査をスタートさせたイタリア、スペイン、フランスとドイツに加えて、今年度からポルトガルでの調査をスタートさせ、各国での調査が順調に進んでいる。来年度も各メンバーが今年度の調査を継続し、本格的調査を実施する。そして、研究会を開催して各メンバーが調査結果を共有し、トランスナショナルな分析を試みる本年度は、中国系新移民の流入が特に顕著なイタリアとスペイン、そして、フランスとドイツで各メンバーが調査を実施した。イタリアではベネチア等の週末の中国語補習校数校でのアンケート調査を実施することができた。その結果分析から中国系新移民の子どもはイタリア語の能力が低く、正規の学校に適応できず大学への進学率も低いことが明らかとなった。スペインでは、2000年代以降に浙江省からの移住者が急増し、バルセロナとマドリードで集住地区が形成されている。調査では、中国語補習校や中国系教会の関係者への聞き取りから、中国系コミュニティが急激に拡大した経緯を把握した。さらに中国系の若者数人に教育経験を中心とするライフヒストリーの聞き取り調査を実施した。スペインで生まれても10代前半まで中国の祖父母の元で育てられてスペインに戻ってくる者が多いことがわかり、これはイタリアやフランスの中国系の子どもにも共通する点であった。そして、この慣行が移住先での学校不適応に繋がっていることがわかってきた。フランスの調査ではパリ市内とオーベルヴィリエ市内で、ドイツではケルンとフランクフルトで、中国語補習校や中国系アソシエーションの関係者への聞き取りと中国系の若者数名へのライフヒストリーの聞き取りを実施した。フランスの中国系移民の中にはイタリアやスペインの中国系移民との間に親族関係や友人関係がある者もいて、3国間でトランスナショナルな動きがあった。ドイツの中国系新移民は、他国に比べてその存在が顕在化していなかった。初年度としてイタリア、スペイン、フランスとドイツでの調査をスタートさせたが、各国での調査が順調に進んでいる。来年度は各メンバーが今年度の調査を継続する。そして、研究会を開催して各メンバーが調査結果を共有し、トランスナショナルな分析を試みる
アントニオ・グラムシ『獄中ノート』の社会思想史的位置づけのための基礎研究

アントニオ・グラムシ『獄中ノート』の哲学論にかんする一連の研究のなかで、昨年度と一昨年度は「哲学メモ。唯物論と観念論。第3シリーズ」に収録された覚え書、全74アイテムについて論じた。本年度は、このノートも含む「哲学メモ」の3つのシリーズの研究を再検討し、全体の流れをもういちど整理した。つづいて前年度および前々年度に収集したイタリア語文献を活用しながら、10ノートの文献学的研究をおこなうとともに、グラムシ思想のイタリア思想史における位置、とくに19世紀イタリアの思想家であるアントニオ・ラブリオーラとの関係についても解明を試みた。また、研究交流によって新たな知見をえるため、京都グラムシ研究会方法論部会(大阪:桃山学院大学)への定期的な参加や、キューバで開催される国際会議「マルクスの業績と21世紀」への参加をおこなった。『獄中ノート』執筆プラン問題については、第8ノート前半部分は第8プランに収まる内容で展開されていたが、後半部分におけるクローチェに特化した研究の必要性の自覚が、グラムシを「トゥーリ特別ノート」の執筆に向かわせたことを明らかにし、これが第8プランからの分岐と言えることを確認した。アントニオ・グラムシ『獄中ノート』の哲学論にかんする一連の研究のなかで、本年度は第8ノート「哲学メモ。唯物論と観念論。第3シリーズ」の執筆過程を再構成しながら、グラムシ独自の「実践の哲学」(広義にはマルクス主義・狭義にはマルクス主義哲学をさす)の特質の解明を試みた。執筆過程については、以下のようになっていることを明らかにした。§222A「哲学研究入門」まではブハーリンの『民衆教程』(邦訳では『史的唯物論』)批判や「科学」概念の検討を中心としている。はじめに、理論と実践の統一など、第7ノートから連続する機械論的唯物論克服の課題に関連した草稿があらわれたのち、§179B「倫理国家と文化国家」から§193B「都市と農村の関係」にいたるまで政治的観点からの考察がつづく。のち、§194A「形式論理学」で再びブハーリン批判を中心とする哲学的諸問題にかんする議論が行われ、204A「哲学研究入門」でこれまでの哲学論を第11ノートにまとめるさいの執筆構想が提示される。「史的唯物論」という語の「実践の哲学」へ置き換えが進行していくが、§223A「クローチェとロリア」で、執筆はあらたな局面をむかえ、クローチェ論の執筆が集中的に開始される。そして後続する§225A「B.クローチェ論のための論点」以降の諸草稿で、クローチェ研究の具体的な論点があげられ、クローチェ論の独立論題化の方向性が提示される。こうした執筆過程の再構成により、第8ノートを通じた「史的唯物論」の語から「実践の哲学」への置き換えが、人間との関係をつねに想定した普遍的主観としての独自の客観概念把握によって促進されたことを明らかにした。アントニオ・グラムシ『獄中ノート』の哲学論にかんする一連の研究のなかで、昨年度は第8ノート「哲学メモ。唯物論と観念論。第3シリーズ」に収録された覚え書、全74アイテムのうち、前半の37アイテムについて論じたが、本年度はつづいて後半37アイテムの執筆過程をたどりながら、「トウーリ特別ノート」Q10とQ11の執筆にむかっての哲学論の練成を明らかにした。内容的には、Q8「哲学メモ」後半部分の構成にそくして、「史的唯物論」の「実践の哲学」への置き換え、「哲学研究入門」とクローチェ論の執筆の進行過程を再構成した。本研究により「実践の哲学」の語への置き換えが、マルクスの「フォイエルバッハテーゼ」の吸収による実践概念の深化と歴史主義の徹底によって進行したことを明らかにした。また、従来の研究では「トウーリ特別ノート」のブハーリン批判とクローチェ批判が、同じ比重を持つものとして理解されていたが、第一次草稿を検討することによってクローチェ批判が現代の『反デューリンク論』としての意義を持ったメインテーマであって、ブハーリン批判はそのためのたたき台という位置づけであることを確認した。『獄中ノート』執筆プラン問題については、第8ノート前半部分は第8プランに収まる内容で展開されていたが、後半部分におけるクローチェに特化した研究の必要性の自覚が、グラムシを「トゥーリ特別ノート」の執筆に向かわせたことを明らかにし、これが第8プランからの分岐と言えるかどうかを今後究明すべき課題として設定した。唯物論と観念論。

『獄中ノート』執筆プラン問題については、第8ノート前半部分は第8プランに収まる内容で展開されていたが、後半部分におけるクローチェに特化した研究の必要性の自覚が、グラムシを「トゥーリ特別ノート」の執筆に向かわせたことを明らかにし、これが第8プランからの分岐と言えることを確認した。
ギリシア人の「過去の在り方」とポリス社会の構成

本年次の研究計画は以下の通りである。一、過去二年度に考察した弁論の真贋や弁論の技法を踏まえ、史実把握プロセス全体の再構成に取り組む。紀元前四世紀初頭のアンドキデースから、同三三〇年代のアテーナイ民主政終焉期のデーモステネースに至る弁論、同時期に亘るイソクラテースの著述と、歴史叙述との関係を考察する。二、史実描写の歪みが持つ意味を検討しつつ、同世紀中に「過去の在り方」がどのように変容したかを議論する。三、碑文史料の検討により、単なる文化史、精神史の枠組みを越えて、社会構成の契機に繋がる政治文化史、言説研究となるよう配慮する。上記一、二を遂行中、年次計画の修正に迫られた。「レオークラテース告発弁論」(三百三十年代前半)で著者リュクールゴスの引証する故事は、従来の類例とは異なり上代のものが多い。上代の故事の中でも、他の弁論や史書には馴染みの薄いものを引くのである(この一事もまた発見である)。本年度の過半は、その理由と意義を歴史叙述の生成、発展と、読者層の登場に見る研究に費やした。この成果によって、一、二本来の研究の意義を高めることが出来ると考える。三については、学説史を把握し、問題群の抽出を行うことが出来た。リュクールゴス研究を深める上で大いに役立った。桜井万里子・橋場弦編『古代オリンピック』(岩波新書)のうち、「第一章第三節競技とギリシア文化オリンピックの起源をさぐる」を担当、執筆した。本研究の成果の一部を啓蒙書という形で世に問うた(但し、編輯時の制約上、謝辞を入れることは出来なかった)。イ、西紀前五世紀の修辞家イソクラテースの『パネーギュリコス』『パナテーナイコス』の分析を通じ、その史実理解を検討し、資料としての性質を究明するロ、西紀前四世紀の弁論家アンドキデースの『和約論』を通じ、その真贋論争を考察し、同人及び同時代人の史実理解を検討する資料の蒐集に困難を極め、イソクラテース研究には大幅の遅滞が生じた。一応の英文草稿は出来たものの、具体的な公刊作業には、いま少しの時日を要する。アンドキデース研究は、『和約論』を贋作と看做すE.M.Harris氏の新説を巨細にわたって批判することにより、同弁論の真正を証した。具体的には、一、同弁論中に見える「全権使節」なる語法が、西紀前五、四世紀の用例に合致しない二、弁論の描く情勢が、同定年代の時局と齟齬を来す(当時は「全権使節」などを必要とする局面になかった)三、後代のアイスキネース「使命違反」と同じ史実を描きながら、歪曲が著しい(故に偽作である)という氏の主張を検証した。一及び二について、該当の用例を全て検討の上、これを斥けた。文献学に基づく精密な考証に心懸け、建設的な批判に努めた。三に就いては、口承の変容過程と歴史叙述の展開、その相関関係にも留意した。後代の歴史叙述が、実証的な志向を見せつつ、却って史実描写の歪曲を来した可能性に説き及び、弁論の真贋を請う根拠とは看做し難い点を強調した。同弁論は研究課題にとり極めて重要な意味を持つ。その真贋に留まらず、論証の過程で課題の議論の一部を展開することができた。本年次の目標は、おおよそ達成したと言えよう。上記の研究は、史料批判という基礎的な作業にも関わるものであり、広く閲覧に供すべき成果である。英文完成稿を基に、目下ケンブリッジ大学古典学部の研究者と意見の交換を進めている。来年度早々の公刊に心懸けたい。イ、昨年度に真正を証したアンドキデース第三番弁論に見る史実描写の歪みが持つ意味を考える。その際、同時代の歴史叙述(特にクセノポーン)、政論(特にイソクラテース)との類似点、相違点に配慮する。読書人士から陪審廷に集う市民まで、西紀前四世紀前半のアテーナイの言説空間に参与した人々の思考を瞥見するのが狙いである。ロ、右の考察で得た知見を踏まえ、世紀後半のデーモステネース、アイスキネース等の弁論の検討に進みたい。同世紀中に「過去の在り方」がどのように変容したかを議論する。イソクラテースの弁論作品のうち『財産交換訴訟について』『パナテーナイコス』に顕著な対話構造を分析し、全編を貫く叙述の在り方を考察した。ここに盛られた高度な叙述技法は、聴衆並びに読者の受容を推測する上で有効である。『パナテーナイコス』は歴史叙述をも含む。同様の叙述が見られる他の作品を解釈する上でも、本年度の研究の持つ意義は大きい。しかしながら、イソクラテースをめぐる研究書は蒐集、閲覧が容易ではなく、予想外に手間取ったことから、右の成果を踏まえて、アンドキデース弁論の解析に分け入ることが出来なかった。歴史叙述全般の問題も、作業は緒についたばかりである。本年度の研究計画は僅々その半ばを達成したに過ぎない。以て反省の材としたい。

本年度計画及び本研究全体から派生した成果として、フェーリクス・ヤコービ編『古代ギリシア史家断片集成』(Felix Jacoby ed.,Die Fragmente der griechischenHistoriker.Berlin/Leiden,1923-)新版の執筆者に選ばれた。この事業が本研究全体と密接な関係を有することは言うまでもない。執筆担当を決定するに際し、本年度のうち約一月を調査、研究に費やしたので、ここに附言しておく。本年次の研究計画は以下の通りである。一、過去二年度に考察した弁論の真贋や弁論の技法を踏まえ、史実把握プロセス全体の再構成に取り組む。紀元前四世紀初頭のアンドキデースから、同三三〇年代のアテーナイ民主政終焉期のデーモステネースに至る弁論、同時期に亘るイソクラテースの著述と、歴史叙述との関係を考察する。二、史実描写の歪みが持つ意味を検討しつつ、同世紀中に「過去の在り方」がどのように変容したかを議論する。三、碑文史料の検討により、単なる文化史、精神史の枠組みを越えて、社会構成の契機に繋がる政治文化史、言説研究となるよう配慮する。上記一、二を遂行中、年次計画の修正に迫られた。「レオークラテース告発弁論」(三百三十年代前半)で著者リュクールゴスの引証する故事は、従来の類例とは異なり上代のものが多い。上代の故事の中でも、他の弁論や史書には馴染みの薄いものを引くのである(この一事もまた発見である)。本年度の過半は、その理由と意義を歴史叙述の生成、発展と、読者層の登場に見る研究に費やした。この成果によって、一、二本来の研究の意義を高めることが出来ると考える。三については、学説史を把握し、問題群の抽出を行うことが出来た。リュクールゴス研究を深める上で大いに役立った。桜井万里子・橋場弦編『古代オリンピック』(岩波新書)のうち、「第一章第三節競技とギリシア文化オリンピックの起源をさぐる」を担当、執筆した。本研究の成果の一部を啓蒙書という形で世に問うた(但し、編輯時の制約上、謝辞を入れることは出来なかった)。
消化管粘膜イオン輸送制御機構における伝達物質の放出動態に関する研究

申請者は以前より、消化管諸機能の制御機構に関する研究を行い、消化管の粘膜上皮からのクロライドイオン分泌が壁内神経叢により制御されていることを明かにした。更に、クロライドイオン分泌反応の制御機構には、アセチルコリン以外にSubstance PやVIPなど代表される神経ペプチドも深く関与していることも明かにした。しかしながら、伝達物質の放出動態に関する研究は、その測定の技術的困難さのために詳細な検討がなされていない。本年度は、消化管粘膜でのイオン輸送における制御機構を明かにするため、神経刺激による神経ペプチド、特に血管作動性ペプチド(VIP)の放出動態の検討を行った。研究実績の概要VIP,PHI,helodermin及びPACAPの漿膜側への適用により、用量依存性に短絡電流は増大した。VIP(10-28)の前処置により、VIPによる短絡電流の増大は有意に抑制された。VIPによる短絡電流の増大はテトロドトキシンあるいはアトロピンの前処置により減少した。高カリウム或いはカルバコール刺激により内因性のVIPが放出された。また、VIP(10-28)は上皮膜に存在するVIP受容体へのVIPの結合を抑制した。以上の結果はVIPがモルモット下部大腸でのイオン輸送制御機構における神経伝達物質として機能していることを示唆している。
都市の基盤つくりとしての施設配置の数理的研究

障害物を考慮するとともに、距離として、非対称A距離を用い、配置候補地の望ましさ、さらに既存の施設の存在を仮定したモデルを設定して、効率的な解法を作り出すことができた。これは実際の都市計画に近いモデルであり、計画担当者の助けとなる。さらに現在だけではなく、将来にわたる状況を考慮したモデルや、地理情報システムを応用したGISモデルも考えており、この点も計画に寄与するものである。この点について、国際共同研究の台湾での責任者の成功大学都市計画系葉光毅教授にも意見を聞いたところ、まだ問題が少し残っているが、十分に実際の都市計画に資するものとコメントを頂いている。SCI Journalにも成果を発表しており、数理的方法としてはかなりの成果が得られている障害物を考慮するとともに、距離として、非対称A距離を用い、配置候補地の望ましさ、さらに既存の施設の存在を仮定したモデルを設定して、効率的な解法を作り出すことができた。SCI Journalにも成果を発表しており、数理的方法としてはかなりの成果が得られている平成19年度は台湾成功大学都市計画系葉光毅教授とも連携して、研究課題に取り組んだ。この研究課題のメンバーが交互に成功大学を訪れ、議論を繰り返すとともに研究を行った。この中から石井は7月に行われたEURO2007、10月の日韓ワークショップ(韓国航空大学、韓国)11月の第13回APMC(モナーシュ大学オーストラリア)12月の前半に台湾で行われたAPIEMS2007、同じく後半に行われたTJS2007で発表を行った。主に緊急施設配置の研究である。施設を配置する側の論理として、配置候補地の望ましさを取り入れた新しいモデルの考察を行っている。また、施設のタイプが、近くにあってほしい歓迎されるもの、必要であるがなるべく遠くにあってほしい忌避施設の2分類ではなく、あまり近すぎもせず、遠すぎもせずというタイプもあることを指摘し、住民によって異なる場合の最適配置を考察した。奥原はEURO2007、チェコで9月に行われたチェコ日本、上記APMCで研究発表を行った。交通量や実際の需要量から施設の魅力度のようなものを数理的に分析する研究を中心に発表を行った。斎藤は都市での実際の距離を計算するために一般的な障害物での最短距離の求め方を考察した。このことは都市計画策定に非常に有効である。塩出は駅や橋などの交通関連の施設に関する配置とその影響を考察した。やはり日韓ワークショップで成果を発表した。また、豊中市吹田市の消防署を視察し、現状について知見を得た。GISなどが大きな役割を持っていることがわかり、奥原がそのソフトを調べ都市計画へ応用する準備を始めた。施設は簡単には変更できない.そこで将来の需要を見越した最適配置を行うためのシナリオ解析を新たに行った。この成果をs20年10月に行われたThe international conference on Multi-national joint venture for construction worksで発表した。また、2目的に1つとして施設の建設費用を加味し、それが確率的に変動する場合、曖昧性を持つ場合について、最適配置を緊急施設に関して考察した。これらを9月にハワイで行われたICBI2008、11月に台湾高雄で行われたISDA2008で発表した。さらに、既存施設が存在する下での、新しい施設の最適配置についてもインドネシアバリ島での12月のAPIEMS2008で発表した。このモデルは現実の都市ではそこは通れない障害物があることを考慮して、2点間の距離の求め方についても考察している。我々は台湾国立成功大学都市計画系の葉教授、同長栄大学の李泳龍准教授とも連携しながら研究を進めてきている。特に李准教授とはシェルターの配置という台湾の都市独特の問題についてISDA2008で発表した。連携研究者の奥原氏とはGISを用いた最適施設配置の研究を行い、上記ISDA2008、APIEMS2008で発表した。特にAccessibilityという新しい概念を施設配置に導入して、配置場所の望ましさをTourismという観点から計量化している。連携研究者の塩出氏は都市を構成する商業施設について最適配置を考察した。特に需要が施設の位置に依存して決まるという実際的仮定の下で考察している。この成果はAPMRの最新号に掲載された。連携研究者の齋藤氏は障害物の形の一般形について考察し、都市での実際に2点間の距離の求め方を提示している。都市での曖昧性を含むデータの取り扱いについても知見を得ている。以上のように都市計画に対する数理的方法全般について研究し、計画立案に有用な成果を得ている
トポロジカル超伝導体ＣｕｘＢｉ２Ｓｅ３および新規物質の超伝導ギャップ対称性の解明

トポロジカル超伝導研究のプラットフォームとして新規候補物質を探索し、超伝導トポロジカル絶縁体CuxBi2Se3と同じ時間反転対称性を持つ二つの新しいトポロジカル超伝導体候補物質を発見した。一つはInドープ超伝導トポロジカル結晶絶縁体Sn1-xInxTeであり、もう一つはトポロジカル絶縁体Bi2Se3と通常のバンド絶縁体PbSeとのヘテロ構造物質にCuをインターカレートすることで超伝導を発現するCux(PbSe)5(Bi2Se3)6である。またポイントコンタクト分光と比熱測定結果を合わせ、これらの超伝導ギャップ対称性解明への重要な足がかりを作り、関連研究の進展に大きく貢献した。超伝導トポロジカル絶縁体CuxBi2Se3(以下CBS)は、予期せぬ本来的なCuの不均一性によって超伝導体積分率は最高でも80%程までしか到達せず、従来型超伝導とのジョセフソン接合形成の成功確率が低かった。また、100°Cまでの昇温でCBSの超伝導性が劣化もしくは消失することもわかり、接合形成のためのリソグラフィーが極めて困難で、信頼できるジョセフソン接合による実験結果は得られなかった。この問題を解決し、CBSや新奇超伝導物質のギャップ対称性の研究を進めるため、CBSと同じ時間反転対称超伝導体の探索を行い、ほぼ100%の超伝導体積分率を持つ二つの新しいトポロジカル超伝導候補物質を発見した。一つはInドープ超伝導トポロジカル結晶絶縁体Sn1-xInxTe(以下SIT)であり、もう一つはBi2Se3の2ユニットが通常の絶縁体であるPbSeのブロックで挟まれたヘテロ構造を持つ物質にCuインターカレートした超伝導トポロジカル超格子絶縁体Cux(PbSe)5(Bi2Se3)6(以下CPSBS)である。SITがトポロジカル超伝導体候補物質であることをポイントコンタクト分光実験によって世界でいち早く示した。また、系が低温で菱面体晶に構造相転移するIn濃度領域において、系の乱れが増えるほど超伝導転移温度が上昇する異常な振舞いを見出した。これは、菱面体晶相では特殊なBCS超伝導状態が実現し、低温まで立方晶の構造を保つIn濃度領域でのみ非従来型の超伝導状態が実現していることを示唆する。更に、比熱測定からどのIn濃度においてもほぼフルギャップである可能性が高いことがわかった。SITはCBSと同じ超伝導対称性を持つことが理論的にわかっているので、この結果からCBSのギャップ対称性の知見を得ることが出来た。また、CPSBSの比熱の振舞いが強い非従来性を示すことを見出した。初年度は、CuxBi2Se3の超伝導ペアリング対称性を決定する第一歩として、バルク結晶の劈開面にフォトリソグラフィーによってPbやNb、Snなど既知のs波超伝導体によるジョセフソン接合を形成し、ジョセフソン電流の臨界電流に異方性が生じるかどうかの検討を行った。しかし、CuxBi2Se3の不均一性が問題となってジョセフソン接合が超伝導CuxBi2Se3上に正しく形成される確率が低く、リソグラフィー形成工程の難易度に対して成功率が上がらなかった。まずは試料作製上の幾つかのパラメターの最適化によるCuxBi2Se3の超伝導体積分率を上げることが第一であるという結論に至った。CuxBi2Se3は本来的に不均一超伝導体である可能性から、CuxBi2Se3の超伝導性の改善と同時進行で新しいトポロジカル超伝導体候補物質の探索を強力に進めた。幸運なことに昨年新しく発見されたトポロジカル絶縁体の仲間であるトポロジカル結晶絶縁体SnTeにInをドープすることで超伝導を発現するSn1-xInxTeがトポロジカル超伝導体候補物質であることをポイントコンタクト分光法によって世界でいち早く示すことに成功した。平成25年3月に開催されたアメリカ物理学会では、この物質が複数の研究グループによって早くも取り上げられ、世界的に重要な研究テーマになっている。Sn1-xInxTeは、結晶の対称性から理論的にCuxBi2Se3と同じ超伝導ペアリング対称性を持つとされている。また100%の超伝導体積分率を示し、トポロジカル超伝導体の超伝導特性の研究に適した物質である。初年度の新規なトポロジカル超伝導体候補物質Sn1-xInxTeの発見は、次年度以降にトポロジカル超伝導体の超伝導ペアリング対称性を決定する実験を加速させることが出来る重要な成果である。本研究課題の究極的目的はトポロジカル超伝導体の超伝導ギャップ対称性を決定することである。CuxBi2Se3は不均一超伝導体であり、超伝導体積分率が上がらないことからCuxBi2Se3による超伝導ギャップ対称性を決定する研究は遅れている。

しかし、幸運なことにSn1-xInxTeが新規なトポロジカル超伝導体候補物質であることがわかり、また理論的にはこの超伝導体の超伝導ギャップ関数がCuxBi2Se3のものと同じであることが予言されているため、Sn1-xInxTeの超伝導ギャップ対称性を決定することで、本研究課題の目的が達成されるからである。Sn1-xInxTeは超伝導特性がシンプルであり、かつ原子レベルで平坦なファセット面を有する結晶が既に得られている。また、準備実験としてSn1-xInxTe上にフォトリソグラフィーによるAl2O3によるトンネル接合を形成し、トンネル分光にも成功している。したがって、本課題研究は研究目的に向かって概ね順調に進展していると評価出来るからである。Sn1-xInxTeのファセット面にフォトリソグラフィーによって形成するトンネル接合形成技術を応用し、ファセット面へのジョセフソン接合形成を進める。その結果から得られる知見をもとに、計画通りに並列ジョセフソン接合によるSQUIDを作製し、超伝導位相に敏感な実験を行う。また、新規なトポロジカル超伝導体候補物質の探索も引き続き行う予定である。作製したジョセフソン接合やSQUIDを測定するため、低温測定装置関連を充実させる計画である。