hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
粘弾性衝突の動的可視化と波動伝播

寒天ゲルや粉体などのソフトマター材料のレオロジー特性を明らかにすべく,高速および低速の衝突実験を行った.寒天ゲルについては,鉄球を高速で衝突させ,その応答から粘弾性特性を推定する手法を開発した.開発した手法には様々な限界もあるが,画像解析により粘弾性特性を推定する技術を確立した.また,粉体については,鉄球の低速衝突実験を行い,その際に粒子のスリップや再配置により放出されるAE(Acoustic emission)イベントを計測した.得られたデータより,粉体のスリップや再配置イベントの統計がべき分布に従うことが分かり,その特性は地震等の天然現象と比較された.本年度は寒天ゲルや粘性流体をターゲットとした衝突実験を主に行った.具体的には,昨年度構築した固体球と粘弾性体(もしくは粘性流体)ターゲットの自由落下衝突実験系を用いて系統的にデータを取得し,衝突抵抗力の解析を進めた.得られたデータは衝突抵抗力やフィンガリング不安定性等の解析手法により特徴付けられた.学会・研究会,論文等での研究成果発表も随時行った.特に寒天ゲルターゲットへの固体球の衝突で,粘性的抵抗成分と弾性的抵抗成分を分離し,それぞれ定量的に評価した.この定量的解析により,ゲルの衝突粘弾性特性解析手法の有効性(と限界)を実験的に示すことには成功した.得られた結果は原著論文としてまとめ,国際誌(Journal of Applied Physics)で出版した.粘性流体をターゲットとした衝突実験では,衝突の様子を高速度カメラで直接撮影し,衝突時のフィンガリングパターンの形成に特に注目した.ターゲット流体の粘性や衝突慣性の影響により,フィンガリングが発生する条件が一様ではないことが明らかになった.また,既存の液滴衝突の理論的考察と本研究で得られた実験結果を比較した.結果としては,衝突を特徴付ける「衝突レイノルズ数」によるスケーリングが可能であることが分かった.ただし,データの分散が大きく,より細かなスケーリングの起源等を理解するためには,精度向上が必要である.波動伝播については,当初予定のAEによる衝突の特注付けよりも,ランダム媒質である粉体のゆっくりとした押し込み系における,波動伝播のAE(Acoustic emission)計測の実験系構築等を行った.粉体は粘弾性といより粘塑性媒質と見なされるが,それらの性質に共通部分は多いと考えられる.今年度は,やや特殊なレオロジー特性を持つ粉体における波動伝播と衝突により誘起される流動特性に特に注目して研究を行った.具体的には,AE(Acoustic Emission)技術を用いてゆっくりと変形する粉体層内部における粒子滑りや再配置イベントを定量的に測定した.AEは微弱弾性波の測定技術である.本研究では,粉体内部での波動挙動の統計性にフォーカスするために,単発の高速衝突ではなくゆっくりとした陥入による低速衝突(変形)挙動の実験を行った.特にルースなソフトマター系における波動特性を調べるために,拘束の小さい(自重と横壁だけで支えられている)系での波動特性に注目した.得られたAEデータは典型的なバースト型であり,多数のAEイベントを測定することが出来た.AEイベントの解析より,AEイベントの規模と継続時間が粉体層を構成する粒子の粒径に強く依存することが明らかになった.また,AEイベントのサイズ頻度分布はベキ分布となることも明らかになり,そのベキ指数も粉体層を構成する粒子の粒径に依存することが分かった.AEのイベント統計は工業材料等の圧縮実験等で多数計測されており,その結果によると,ベキ指数は変形の様式と強く相関していることが知られている.具体的には,変形が脆性破壊的であるとベキ指数は小さくなり,変形が塑性的であればベキ指数が大きくなる.このことと,本研究の成果を比較すると,粒子径が大きい場合はベキ指数が小さくなり,より脆性的であると言え,粒子径が小さい場合はベキ指数が大きくなり,より塑性的な変形を示すということが分かった.また,得られたベキ指数は地震における規模頻度分布であるグーテンベルグリヒター則のそれとも比較され,脆性的である大きな粒子径の場合が,実際の地震と近いことが分かった.寒天ゲルや粉体などのソフトマター材料のレオロジー特性を明らかにすべく,高速および低速の衝突実験を行った.寒天ゲルについては,鉄球を高速で衝突させ,その応答から粘弾性特性を推定する手法を開発した.開発した手法には様々な限界もあるが,画像解析により粘弾性特性を推定する技術を確立した.また,粉体については,鉄球の低速衝突実験を行い,その際に粒子のスリップや再配置により放出されるAE(Acoustic emission)イベントを計測した.得られたデータより,粉体のスリップや再配置イベントの統計がべき分布に従うことが分かり,その特性は地震等の天然現象と比較された.本年度は研究計画に則り,実験系の構築と基礎的な予備実験を主に実施した.鉄球の自由落下による衝突実験系の構築に始まり,高速度カメラによる撮影光学系の検討,応力発光材料による内部応力状態の可視化等について検討を行った.実験系の構築及び基本的な光学系の構築は大きな問題なく達成することが出来たが,応力発光材料による内部応力状態の可視化は現状では技術的に困難であることが確認された.特に応力発光材料の発光量が微弱であるため,今回のような衝突を高速度カメラで撮影するという設定の中では感度の問題から有意なデータを取得することは不可能であった.

一方で,偏光撮影の技術を高速度カメラに埋め込み,応力状態を可視化する技術があることも分かったが,これを実現するには高額の機器購入が必要となり,本研究の中で実施するのは現実的ではないと判断した.これらの検討の後,構築した実験系を用いて実際に粘弾性衝突の計測を行った.ターゲットのサンプルとしては単純な粘性流体であるグリセリンや作成が容易な寒天ゲルを用いた.インパクタとしては可視化の都合から白色の鉄球を用いた.得られた高速度カメラ画像から鉄球位置を算出し,それを元に鉄球の位置・速度・加速度データを取得する画像解析技術を確立し,粘弾性衝突による衝突抵抗力モデル等の議論を行った.得られたデータはまだバラツキがやや大きく,十分に定量的な解析までには至ることが出来ていないが,データから粘性成分と弾性成分を抽出する技術的手法の基本は確立した.今後は系統的データ取得と解析,粘弾性衝突抵抗力の物理モデル確立を目指す.また,AE等を用いた実験系の改良にも取り組んでいく.当初計画に従い,粘弾性衝突の系統的実験を実施した.得られたデータの解析も定性的には予想されたものが出ており,定量的解析により,いくつかの新たな知見を得ることが出来た.実験・解析結果については,学会・研究会等でも発表を行い,様々な意見を頂くことが出来た.それらの意見を踏まえつつ,結果は既に論文により発表したものもある.成果発表は最終年度(来年度)が主となることを予想していたので,今年度のうちに論文を発表出来たことは多少当初計画よりも早めに成果が上げられていることを意味する.ただし,今年度実験を行った項目が必ずしも全て当初の計画に即した形ではない.当初計画では衝突の応力発光による動的可視化を目指したが,昨年度の予備実験により精度が不十分であることがわかり,応力発光による可視化は断念せざるを得なかった.しかし,衝突体の動力学状態を直接撮影により明らかにし,フォークトモデル(弾性要素と粘性要素を並列に接続したモデル)のような粘弾性を仮定して応力とひずみもしくはひずみ速度との関係を運動学データの偏微分により導出することには成功した.また,粘性流体ターゲットへの衝突とフィンガリング解析は当初予定にはなく,より発展的に実施することが出来たテーマである.一方で,波動伝播については,衝突による高速現象の解明の前に,低速の押し込み状態での解析が必要であることが研究実施の過程で分かり,そちらに集中することになった.これらは当初目的が研究の遂行の段階で適切に修正されたものである.これらのわずかな方向転換を含めて,現研究は現状では,全体にはおおむね順調に進展,もしくは,やや当初目的の計画以上の進展をしていると言える.当初計画に従い,ゲルを作成して固体弾を衝突させその様子(とくにインパクタの運動学的追跡)を高速度カメラにより撮影する実験系を作成した.画像解析から衝突抵抗力モデルに迫る手法についても開発を行った.一方,ターゲットであるゲルの内部応力状態を可視化するための応力発光は高速撮影をするには微弱であることが分かった.そのため(想定内の事態ではあるが),内部応力の可視化を断念する結果となった.これにより逆にインパクタの運動学的計測から動力学を議論する手法に特化して画像解析技術等を集中的に開発する方向性となった.成果のカバーされるべき全体の範囲は限定されることとなったが,ある方向に特化する形となっている.予備実験を通して方向性を少し転換することになったが,全体的には想定した通りの研究進展となっている.
リグニンの主要構造をもつ機能性グリーンポリマーの合成とその性質

リグニンの主要構造をもつ機能性グリーンポリマーの合成に取り組んだ。市販のアセトフェノン誘導体をブロム化して調製したモノマーの重縮合と、それに続く還元処理により、リグニン側鎖が2炭素の非天然型の直鎖状リグニン様ポリマーを合成した。まず、グアヤシルタイプのモノマーを調製し、重合条件を詳細に検討した。その結果、クラウンエーテルやヨウ化カリウム(KI)、相間移動触媒であるテトラブチルアンモニウムヨージド(nBu_4NI)を添加することにより、いずれの場合も重合度が高くなることが判明した。中でも特にヨウ化カリウムの効果が大きいことがわかった。次いで、反応温度と反応時間の影響を検討した。その結果、反応を室温で行い、反応時間を24時間とした場合に最も高い重合度のものが得られ、重量平均重合度で47.2に達した。また、シリンギルタイプ、P-ヒドロキシフェニルタイプのモノマーについてもアセトフェノン誘導体を出発物質として調製し、モノマーの重合および還元処理により、それぞれ重量平均重合度が20.9と29.8のリグニン様ポリマーへと変換した。さらに、アセトバニロンから4段階の反応により、リグニン側鎖が3炭素のモノマーを調製した。そのモノマーの重合および還元により、グアヤシルタイプの天然型人工リグニンポリマーの合成にも成功した。重量平均重合度は19.6-30.6となった。得られた人工リグニンポリマーの熱重量測定(TG)を行い、熱的性質などの高分子特性についても検討した。市販のアセトフェノン誘導体を出発物質にして、モノマーの重縮合により、非天然型の直鎖状のリグニン様ポリマーを合成した。できるだけ高い重合度のポリマーを得るため、重合条件を詳細に検討した。まず、触媒の影響を検討した。その結果、クラウンエーテルやヨウ化カリウム(KI)、相間移動触媒であるテトラブチルアンモニウムヨージド(n-Bu_4NI)を添加することにより、いずれの場合も重合度があがることが判明し、特にヨウ化カリウムの効果が大きいことがわかった。次いで、反応温度とモノマーの濃度の影響を検討した。重合反応中に、ポリマーが析出してくるため、反応温度をあげたり、モノマー濃度を下げることにより、生成するポリマーの溶解性をあげ、重合度をあげることができると考えた。しかし、反応を室温で行い、反応時間を24時間とした場合に最も高い重合度のものが得られ、重量平均重合度で47.2に達した。これらの分子量および分子量分布はサイズ排除クロマトグラフィーによって測定した。さらに、MALDI-TOF-MS分析を行った。MALDI-TOP-MS分析から、ポリマーのナトリウムおよびカリウムのアダクトが観察され、非常に規則性の高いポリマーが生成していることがあらためてわかった。これらのリグニン様ポリマーをグリーンポリマーに変換するために、長鎖脂肪酸の導入を試みている。
エクセルギー再生産を実現する電気化学反応系の熱力学的探索と実証

本研究課題では,負極が鉛(Pb),正極が二酸化鉛(PbO2)の電気化学反応系について,恒温槽内の温度制御された条件下で充放電反応を行う電気化学計測系を構築し,材料物性を考慮して電池内電極温度を計測することで,熱力学的状態量であるΔG,ΔH,ΔSを評価するための実験解析手法を確立した.その結果,実用的に用いられる鉛蓄電池電極から構築した電気化学反応系の放電反応において,|ΔG |>|ΔH |となる,すなわち,エネルギーの高質化が可能であることを明らかにした.本研究課題では,自発的に進行して,かつ,|ΔG|>|ΔH|となる電気化学反応系に着目し,実作動条件下でのエネルギーの高質化,すなわち「エクセルギー再生産」を実証する.特に,負極が鉛(Pb),正極が二酸化鉛(PbO2)の電気化学反応系について温度制御された実験系を構築し,実デバイスとしてのΔG,ΔH,ΔSを評価し,熱エネルギー収支を明らかにする.その上で,これらの熱力学的状態量の影響因子について検討を行い,「エクセルギー再生産型電気化学反応デバイス」の実現を先導することを目的としている.これまでに,コインセル,ラミネートセル,ビーカーセルを試作し,充放電挙動についての検討を行った.恒温槽内の温度制御された条件下で充放電反応を行う電気化学計測系を構築し,開回路法を用いてΔG,ΔH,ΔSを評価するための実験解析手法を確立した.その際,電池内電極温度については,電池材料の熱物性値と電池表面温度にもとづき算出する手法を構築することで,熱力学的状態量の測定精度の向上を図った.その結果,実用的に用いられる鉛蓄電池電極から構築した電気化学反応系の放電反応において,|ΔG |>|ΔH |となることを明らかにした.さらに,充電状態が異なる条件における熱力学的状態量(ΔG,ΔH,ΔS)の測定を実施し,充電直後においては,エントロピー変化が負の値を示し,その後の放電過程においては,エントロピー変化が正の値を示すことを明らかにした.初年度は,電気化学反応系において開回路法を用いてΔG,ΔH,ΔSを評価するための実験系ならびに解析手法の構築を行った.恒温槽内の温度制御された条件下で充放電反応を行う電気化学計測系を構築し,負極がPb,正極がPbO2の鉛蓄電池系へと適用した.反応進行度の異なる鉛蓄電池系に対して,開回路電圧とその温度依存性を計測することで,反応進行度に応じた熱力学的状態量ΔG,ΔH,ΔSを導出することを可能とした.その際,電池内電極温度については,電池材料の熱物性値と電池表面温度にもとづき算出する手法を構築することで,熱力学的状態量の測定精度の向上を図った.その結果,実用的に用いられる鉛蓄電池電極から構築した電気化学反応系の放電反応において,|ΔG|>|ΔH|となることを明らかにした.さらに,充電直後においては,エントロピー変化が負の値を示し,その後の放電過程においては,エントロピー変化が正の値を示すことを明らかにした.本研究課題では,自発的に進行して,かつ,|ΔG|>|ΔH|となる電気化学反応系に着目し,実作動条件下でのエネルギーの高質化,すなわち「エクセルギー再生産型電気化学反応デバイス」の実現を先導することを目的として研究を実施した.負極が鉛(Pb),正極が二酸化鉛(PbO2)の電気化学反応系について,恒温槽内の温度制御された条件下で充放電反応を行う電気化学計測系を構築し,材料物性を考慮して電池内電極温度を計測することで,ΔG,ΔH,ΔSを評価するための実験解析手法を確立した.その結果,実用的に用いられる鉛蓄電池電極から構築した電気化学反応系の放電反応において,|ΔG |>|ΔH |となることを明らかにした.さらに,充電状態が異なる条件における熱力学的状態量(ΔG,ΔH,ΔS)の測定を実施し,充電直後においてエントロピー変化が負の値を示し,その後の放電過程においては,エントロピー変化が正の値を示すことを明らかにした.エントロピー変化については,当初は電極内の原子配置と振動の自由度の変化,溶液内の鉛イオンの溶解析出といった固体電極材料に起因するものが主たる影響因子であるとして検討を行ったが,電解液中のイオン濃度などの影響が大きいことを指摘するに至った.本研究課題を実施することで,実用の鉛蓄電池反応系の放電過程において,|ΔG |>|ΔH |となり,エントロピー変化が負の値を示すことを実験的に明らかにし,実作動条件下でのエクセルギー再生産につながる成果を得た.さらに,|ΔG|>|ΔH|となる電気化学反応系においては,電極と電解液がつくる電気化学反応場のエントロピー変化に及ぼす電解液の影響に着目した研究が必要であることを示し,新たな研究課題を見出した.本研究課題では,負極が鉛(Pb),正極が二酸化鉛(PbO2)の電気化学反応系について,恒温槽内の温度制御された条件下で充放電反応を行う電気化学計測系を構築し,材料物性を考慮して電池内電極温度を計測することで,熱力学的状態量であるΔG,ΔH,ΔSを評価するための実験解析手法を確立した.

その結果,実用的に用いられる鉛蓄電池電極から構築した電気化学反応系の放電反応において,|ΔG |>|ΔH |となる,すなわち,エネルギーの高質化が可能であることを明らかにした.これまでの研究で,鉛蓄電池電極から構築した電気化学反応系の放電反応において,|ΔG|>|ΔH|となることを実証することができた.加えて,充電直後においては,エントロピー変化が負の値を示し,その後の放電過程においては,エントロピー変化が正の値を示すことを実験的に明らかにした.しかしながら,これらの電気化学反応系におけるエントロピー変化の発現機構は明らかではない.エントロピー変化は,電極内の原子配置と振動の自由度の変化に加えて,溶液内の鉛イオンの溶解析出も寄与すると考えられる.今後は,電気化学反応系のエントロピー変化の発現機構を基礎的に明らかにするために,電極の原子配置や溶液状態が系のエントロピー変化に及ぼす影響について検討を行う.原子配置については,分子シミュレーションなどの計算科学的手法の適用を検討し,溶液状態については,溶解析出を伴わないより基礎的な電気化学反応系に着目して検討を進める.熱工学熱力学的状態量測定のための鉛蓄電池実験系の構築において,コインセル,ラミネートセル,ビーカーセルを試作し,それぞれの充放電挙動についての検討を行った.その結果,市販の鉛蓄電池に使用されている電池材料を用いて,安定かつ安価な電気化学反応系が構築できることを見出した.その結果,当初予定していた実験系構築のための費用が抑制された.その一方で,研究の進展に伴い,次年度に計算科学的手法を導入して検討を進める必要があることが明らかになった.加えて,溶解析出を伴わない基礎的な電気化学反応系における検討も必要であることから,これらの研究を次年度に円滑に遂行するために,初年度の予算を繰り越して使用するのがよいと判断した.次年度は,初年度の研究成果を受けて,電気化学反応系におけるエントロピー変化の発現機構を明らかにするための研究を遂行する.その際,電極の原子配置や溶液状態が系のエントロピー変化に及ぼす影響について検討を行うために計算科学的手法を適用する.そのための計算環境の整備のための費用として使用する.加えて,溶解析出を伴わない電気化学反応系における熱力学的状態量測定の実験系構築のための費用として使用する.
細胞外電場を介した非シナプス型フィードバックを有する神経回路網の実証的理論研究

本研究では,神経生理学の知見に基づいたニューロンモデルと細胞外電場との相互作用を有する神経システムの数理モデルを構築し,神経システムと細胞外電場からなる動的システムにおける情報処理メカニズムに関する実証的理論を行う.本研究課題の3年度目にあたる平成30年度には,神経生理学の知見に基づいて,計測データから,興奮性結合と抑制性結合を有する神経ネットワークの数理モデルを抽出するための統計的アルゴリズムを構築し,その有効性をシミュレーションデータに基づいて検証した.さらに,本研究課題で構築してきた非線形ダイナミクスの多数の候補からデータに本質的に内在する非線形ダイナミクスを抽出するためのアルゴリズムを改良した.加えて,低解像度の動画像データから高解像度の動画像を推定するための深層学習アルゴリズムの構築を行った.生物学者,数学者と共同で,アリの嗅覚システムにおけるギャップジャンクションを介した複数ケーブルの数理モデルを構築し,敵・味方の識別を担う機能を実現する機能に対して,ギャップジャンクションの空間分布が重要であることを示す結果を得た.さらに,多次元時系列データからその背後に存在するダイナミクスを抽出するために,ガウス過程を用いた統計的アルゴリズムを構築し,その有効性を示した.これらの研究成果は,関連する国際会議や国内会議にて口頭発表を実施するとともに,査読付きの英語論文として公表した.また,これらの成果は関連研究者の注目を受け,依頼講演を受けた.当初の予定通り,興奮性結合と抑制性結合を有する神経ネットワークのダイナミクスの取り扱いを進めることができたため.当初の予定通り,神経ネットワークのダイナミクスの取り扱いの深化を行う.本研究では,神経生理学の知見に基づいたニューロンモデルと細胞外電場との相互作用を有する神経システムの数理モデルを構築し,神経システムと細胞外電場からなる動的システムにおける情報処理メカニズムに関する実証的理論を行う.本研究課題の初年度にあたる平成28年度には,神経生理学の知見に基づいて,細胞外電場からの作用を受けるニューロンモデルを構築し,実験データに基づいて,神経細胞モデルの時空間ダイナミクスを推定するための統計的アルゴリズムの構築を行った.さらに,限られた観測データから,神経ネットワークにおける時空間ダイナミクスを精緻に推定する統計的アルゴリズムを構築し,その有効性をシミュレーションデータにより示すことに成功した.観測点の個数やノイズ強度に対する提案手法の推定精度を評価することにより,提案手法の頑強性を定量的に評価することにも成功した.さらに,従来の推定手法では,神経システムにおける時空間ダイナミクスを支配する様々なパラメータの推定については,点推定に限定されているという問題点があったが,提案手法では,マルコフ連鎖モンテカルロ法を導入することにより,分布推定を実現することに成功した.これらの研究成果は,関連する国内学会や国際会議にて口頭発表を実施するとともに,査読付きの英語論文として公表した.また,これらの成果は関連する研究者の注目を受け,外部の研究機関からの依頼講演を受けた.当初は,初年度には,線形システムのみの取り扱いを予定していたが,非線形システムのニューロンモデルの場合に関するアルゴリズム構築にも着手できたため.本研究では,神経生理学の知見に基づいたニューロンモデルと細胞外電場との相互作用を有する神経システムの数理モデルを構築し,神経システムと細胞外電場からなる動的システムにおける情報処理メカニズムに関する実証的理論を行う.本研究課題の2年度にあたる平成29年度には,神経生理学の知見に基づいて,計測データから,神経ネットワークモデルの非線形ダイナミクスを推定するための統計的アルゴリズムを構築し,その有効性をシミュレーションデータにより示すことに成功した.個々の神経細胞のダイナミクスに関しては,複数の候補から本質的に内在する非線形ダイナミクスのみを抽出するアルゴリズムを構成した.加えて,神経イメージングデータからの情報抽出を実現するための方法として,動画像データからより高フレームレートの動画像を推定するためのアルゴリズムを提案し,その有効性を実データを用いた検証により示すとともに,静止画像の超解像のアルゴリズムの高速化手法の構築も進めた.また,生物系の研究者と共同で,嗅覚システムにおける神経ネットワークの数理モデル化に関する実証的理論研究を行い,ギャップジャンクションが持ちうる神経情報処理上の機能的意義を示す結果を得た.さらに,多次元時系列データから潜在ダイナミクスを推定するための方法として,状態空間モデルに基づく方法を構成し,その有効性を検証した.これらの研究成果は,関連する国内学会や国際会議にて口頭発表を実施するとともに,査読付きの英語論文として公表した.また,これらの成果は関連する研究者の注目を受け,依頼講演を受けた.当初の予定通り,神経ネットワークのダイナミクスの取り扱いを進めることができているため.本研究では,神経生理学の知見に基づいたニューロンモデルと細胞外電場との相互作用を有する神経システムの数理モデルを構築し,神経システムと細胞外電場からなる動的システムにおける情報処理メカニズムに関する実証的理論を行う.本研究課題の3年度目にあたる平成30年度には,神経生理学の知見に基づいて,計測データから,興奮性結合と抑制性結合を有する神経ネットワークの数理モデルを抽出するための統計的アルゴリズムを構築し,その有効性をシミュレーションデータに基づいて検証した.さらに,本研究課題で構築してきた非線形ダイナミクスの多数の候補からデータに本質的に内在する非線形ダイナミクスを抽出するためのアルゴリズムを改良した.加えて,低解像度の動画像データから高解像度の動画像を推定するための深層学習アルゴリズムの構築を行った.生物学者,数学者と共同で,アリの嗅覚システムにおけるギャップジャンクションを介した複数ケーブルの数理モデルを構築し,敵・味方の識別を担う機能を実現する機能に対して,ギャップジャンクションの空間分布が重要であることを示す結果を得た.

さらに,多次元時系列データからその背後に存在するダイナミクスを抽出するために,ガウス過程を用いた統計的アルゴリズムを構築し,その有効性を示した.これらの研究成果は,関連する国際会議や国内会議にて口頭発表を実施するとともに,査読付きの英語論文として公表した.また,これらの成果は関連研究者の注目を受け,依頼講演を受けた.当初の予定通り,興奮性結合と抑制性結合を有する神経ネットワークのダイナミクスの取り扱いを進めることができたため.電場応答からの動的システム推定精度の向上に向けた統計的アルゴリズムの開発を進める.興奮性結合と抑制性結合が混在した神経ネットワークの取り扱いを進める.当初の予定通り,神経ネットワークのダイナミクスの取り扱いの深化を行う.予定していた学会が当該年度に開催されなかったため,旅費の支出が予定より少なくなった.次年度に,当初予定していた学会に参加するための旅費として使用する.次年度に,当初予定していた学会に参加するための旅費として使用する.次年度に,当初予定していた学会に参加するための旅費として使用する.
川崎病の原因究明に関する分子生物学的アプローチ

川崎病患者12名の急性期および回復期と、発熱性の対照として呼吸器感染症患者5名から血液を採取し、RDA法によって患者血液中に特異的に発現しているgeneを検索した結果、ヒトに存在しうるgeneが12種類検出された。それらの中に、IL-4 STAT、aminopeptidase N (APN)という2つのIL-4関連因子が存在したため、各患者血液中の急性期および回復期におけるIL-4 STAT, APN, IL-4,IL-4receptor (IL-4R)のm-RNA量を定量的RT-PCRによって測定し、その変動の意義を考察した。APNとIL-4STATのm-RNA量は急性期に有意に増加し、回復期には対照との間に有意差はなかった。IL-4 m-RNAは急性期には対照と有意差はなかったが、回復期に増加傾向があった。IL-4R m-RNAは急性期と回復期では有意差はなかったが、対照と比較すると急性期のみ有意に増加を認めた。冠動脈障害のある患者は1例あったが、上記4物質のm-RNAの変動は全体の傾向と同様であった。川崎病の経過中、通常の発熱性疾患に比べ、IL-4関連因子の急性期における有意な上昇が認められる一方、IL-4自身は回復期に上昇しており、これらの変動が川崎病における血管炎の発生と改善に関係していることが示唆された。1)川崎病患者の末梢血採取とリンパ球中m-RNAの抽出・保存●急性期(発熱中かつガンマグロブリン投与前)●回復期(ガンマグロブリン投与後3か月以降1年末満)2)対照者からの末梢血採取とリンパ球中m-RNAの抽出・保存●発熱性疾患●無熱者(主に心臓カテーテル法の患者)また、今後何らかの参考になる可能性を考え、遠隔期川崎病患者の血液と、川崎病患者の尿を採取し、凍結保存した。川崎病の急性期、亜急性期では、血小板数およびその活性が増加する。Glycoprotein(GP)IIbレセプターは、血小板の凝集機能において重要な役割を果たす。我々は川崎病のRDA法で検出されたヒト保有のgeneと一致するGPIIbレセプターの遺伝子発現を調べた。急性期、亜急性期および回復期に良好な条件で末梢血を採取された6人の川崎病患者を対象とした。コントロールとして、6人の有熱性疾患(FC)と6人の先天性心疾患児が無熱性のコントロール(CHD)としで選ばれた。各サンプルからRNAを抽出後、Deletion productを用いて定量的RT-PCRを行なった。各群についてGP IIbレセプターの遺伝子発現のcDNA/RNA(/ng)を求めた。川崎病急性期、亜急性期および回復期の結果はそれぞれ13258.4(/ng)、11365.3(/ng)および6095.7(/ng)であった。コントロール群はFC873.0(/ng)、CHD4362.3(/ng)であった。急性期および亜急性期の川崎病患者における,GP IIbレセプターの遺伝子発現は、FC群、CHD群の発現より有意(p<0.01)に上昇していた。川崎病では、血小板の過剰な活性が血管炎を増悪させ、冠動脈血栓症を引き起こすことが予測される。一部の患者ではアスピリン治療にもかかわらず、冠動脈血栓症が進行する。これまでのアスピリン、ガンマグロブリンによる一般的治療に加えて、GP IIb拮抗剤による治療は、一部の川崎病患児に対して、血栓症予防を目的として有効かもしれない。川崎病のRDA法によって検出されたIL-4関連因子であるAminopeptidase NとIL-4 STATのm-RNAの発現は急性期に強く、いっぽうIL-4自身のm-RNAは回復期に強く発現していた。さらにはIL-4R(receptor)のm-RNA発現は有熱コントロールよりもやや高いが、病日を通じて有意な差はなかった。

そのため、インフォームドコンセントを得た新規患者30名以上、および有熱コントロールから採血を行い、急性期と回復期のIL-4の血清中濃度を測定することにした。現段階では、15人の結果で、急性期(4.76±4.37pg/ml)、回復期(5.22±4.68pg/ml)で、ともにコントロール(4.28±2.50pg/ml)に比べてやや高い傾向が得られているが、いまのところ有意差はえられていない。急性期に比べて回復期の方が上昇する傾向があることはさらに2025人の川崎病患者と1015人のコントロールについて、IL4およびIL-4R、さらにはIL-4が産生を抑制するIgG3、IgG2bなども測定する予定で、血清を保存中である。また、Aminopeptidase Nのリガンドであるcorona virusについては、現段階までに施行した12例のPCRによって検出された例はなく、川崎病におけるIL-4関連因子の変動が、ウイルス感染によって惹起されている可能性を支持する所見は得られていないが、症例数を20以上に増やして確認することが望ましいと考える。
尿中免疫複合体の網羅的な解析結果に基づく尿路癌の新たな尿路再発予測モデルの構築

平成29年度までに尿路癌患者の尿を用いたイムノコンプレキソーム解析法の手技を確立し、コントロールを含めた尿検体の採取・保存を進めてきた。そして、最終的に、膀胱癌患者101名、尿路感染症患者と健常人の各42名の尿を解析した。その結果、セルロプラスミンの免疫複合体を膀胱癌患者42名(41.6%)で検出したのに対して、尿路感染症患者では9名(17.3%)、健常人では2名(4.8%)と最も検出率の差が大きかった。そこで、この結果を受けて、膀胱癌患者の尿中セルロプラスミン濃度を膀胱癌患者90名と健常人38名で測定したところ、膀胱癌患者で605.0(214.6 - 1480.8)ng/mlに対して、健常人では154.4(71.9 - 294.1)と膀胱癌患者で優位に(P < 0.001)高値でった。また、膀胱癌患者の組織176検体において、セルロプラスミンの発現を免疫組織学的に検討したところ、59名(33.5%)が高発現と判定され、正常膀胱粘膜組織(1/20=5.0%)より有意に発現率が高かった(P < 0.001)。さらに、grade、Tステージ、転移の有無と有意に関連していた(それぞれ、P = 0.021、< 0.001、0.002).このように、セルロプラスミンが膀胱癌の病態や進展と関連する可能性が示唆されたため、現在、膀胱癌細胞株および化学発癌マウスモデルの組織を用いて、さらに詳細な検討を行っている。現在のところ、セルロプラスミンが血管新生関連分子に影響を与える可能性が示唆される結果が得られている。現在、これら細胞株、動物モデル、そして、臨床検体の結果を網羅的に解析しており、今後、多変量解析によるさらに詳細な解析を行う予定である。尿路癌患者の尿中に存在する免疫複合体を同定するために、尿路癌、尿路感染症、尿路結石の患者、そして、泌尿器疾患を有さない健常人の尿の採取と保存を進めている。一方、血液を用いた解析に至適化されているイムノコンプレキソーム解析法が、尿中の免疫複合体を正確に捕捉できるかを確かめるために、進行性尿路癌患者の尿を用いて解析した。その結果、数十種類の因子が、非癌疾患患者の尿に比し著明に増加していることがわかった。そこで、さらに、解析する検体数を増やし、健常人の尿も含めて解析したところ、(現状でその詳細は公表できないが)数種類の因子が特異的に増加していることがわかった。ここで、免疫複合体の検出は定量的ではなく定性的であることから、その数種類の蛋白について、膀胱癌患者の組織と非癌疾患の患者の膀胱組織で発現を確認したところ、有意に膀胱癌の組織で発現が増加していることがわかった。このように、まだその解析した検体数は少ないものの、尿を用いた免疫複合体の検出方法については、十分に信頼できる精度で施行可能なことが確認された。また、これらの検討過程において、human antigen-Rの膀胱癌細胞における発現が、ある種の抗癌剤の効果予測因子になりうる可能性や、アニマルモデルを用いた予備実験において、緑茶ポリフェノールを膀胱癌化学発癌モデルに投与した際の分子生物学的な変化を見いだした。これらは、本研究とは直接関係しないものの、免疫複合体の検出法の精度の確認と向上を行なう過程で見いだされたものであり、本研究の目的や意義、重要性を再確認できた。研究実績の概要でも述べたように、本研究で有益な結果を得るための最初のハードルであった血液用に調整されたイムノコンプレキソーム解析法でも、軽微な方法の改善により尿中からも正確に免疫複合体を検出できるようになった。さらに、実際に検出された因子が膀胱癌組織おいて高発現していることがわかったことで、何らかの臨床病理学的役割を果たしている因子を検出できていることが確認でした。以上より、患者の尿を用いた解析は予定通りか、それ以上に進んでいると考えている。一方、動物モデルにおいては、手続きなどの問題もあり、具体的な解析まで行えておらず、総合的におおむね順調に進展していると判断した。初年度にイムノコンプレキソーム解析法の予備実験を終え、その後、さらに検討する尿サンプル数を増やして、最終的に客観的にも信頼にたり得る測定系を確立するに至った。そこで、2年目にあたる昨年度には、さらに症例を蓄積して検討を始めた。そして、現在までに、尿路癌患者101名におけるイムノコンプレキソーム解析法が終了している。具体的には、尿路癌患者の尿において、20,000を超えるペプチドを網羅的に解析し、そのなかから749の免疫複合体を検出できた。また、同時に、尿路感染症や健常者の尿においてもイムノコンプレキソーム解析法を行い、同程度の免疫複合体を検出した。そこで、前述の尿路癌患者から検出された免疫複合体との比較を行い。現在のところ、10数個のペプチドが他の良性疾患や正常尿に比し、検出率に著明な差があることがわかった。その後、さらに検体数を増やして解析を進めると共に、その病理学的な役割を過去の文献や我々が蓄積したデーターから検討している。また、上記の結果を踏まえ、尿路癌患者の組織における検討を始めるべく、その検体の収集と保存を継続している。

そのなかで、上記の解析から尿路癌での特異性が特に高いと推測されるペプチドについては、すでに、尿路癌のcell linesや患者組織における発現の検討を開始している。まだ、詳細なデーターを開示するには至っていないものの、測定系の確立はすでに終了しており、その数を増やして検討中である。一方、本研究の精度向上と技術確立のために、他癌種におけるイムノコンプレキソーム解析法についても共同で研究を進め、肺がんおよび肝移植の分野でその有用性に関する報告を行った。研究実績の概要にも述べた通り、尿サンプルにおけるイムノコンプレキソーム解析法の確立や、その結果を基にした尿路癌のcell linesや組織における検討の準備は、計画通り順調に進んでいる。一方、BCG膀胱内注入療法を施行した患者の数は、当初の計画より若干下回っており、今後の推移やサンプル数の変更も考慮される。以上より、総合的には、おおむね順調に進展していると判断した。平成29年度までに尿路癌患者の尿を用いたイムノコンプレキソーム解析法の手技を確立し、コントロールを含めた尿検体の採取・保存を進めてきた。そして、最終的に、膀胱癌患者101名、尿路感染症患者と健常人の各42名の尿を解析した。その結果、セルロプラスミンの免疫複合体を膀胱癌患者42名(41.6%)で検出したのに対して、尿路感染症患者では9名(17.3%)、健常人では2名(4.8%)と最も検出率の差が大きかった。そこで、この結果を受けて、膀胱癌患者の尿中セルロプラスミン濃度を膀胱癌患者90名と健常人38名で測定したところ、膀胱癌患者で605.0(214.6 - 1480.8)ng/mlに対して、健常人では154.4(71.9 - 294.1)と膀胱癌患者で優位に(P < 0.001)高値でった。また、膀胱癌患者の組織176検体において、セルロプラスミンの発現を免疫組織学的に検討したところ、59名(33.5%)が高発現と判定され、正常膀胱粘膜組織(1/20=5.0%)より有意に発現率が高かった(P < 0.001)。さらに、grade、Tステージ、転移の有無と有意に関連していた(それぞれ、P = 0.021、< 0.001、0.002).このように、セルロプラスミンが膀胱癌の病態や進展と関連する可能性が示唆されたため、現在、膀胱癌細胞株および化学発癌マウスモデルの組織を用いて、さらに詳細な検討を行っている。現在のところ、セルロプラスミンが血管新生関連分子に影響を与える可能性が示唆される結果が得られている。現在、これら細胞株、動物モデル、そして、臨床検体の結果を網羅的に解析しており、今後、多変量解析によるさらに詳細な解析を行う予定である。患者の尿や組織を用いた解析は、現状のペースで十分な研究成果が得られると考えている。一方、手続きなどで遅れ気味の動物モデルを用いた解析についても、その方法論はすでに確立できているため、倫理面に配慮しながら、可能な限りで解析する頭数を増やすことで予定通りに遂行できると考えている。さらに尿路癌患者数を増やして解析を進めると共に、BCG膀胱内注入療法を施行した患者における解析や、その効果などとの統計解析を進める予定である。また、尿路癌に特異性の高いペプチドの発現解析や、その病理学的意義の解明を進めていく。これらの、方法論はすでに確立されており、今後、目標の解析対象数に達し次第に開始し、研究期間内には、最終的な統計解析まで終了できると考えられる。
Hidden Markov Modelを用いた神経回路網のダイナミクス抽出

第一次視覚野には、どちらの眼球から入力してきた情報かに応じて眼優位性マップがあり、それと重畳して視覚像の輪郭線の傾きをコードする方位選択性マップが存在することが知られており、静的な情報をコードするものと考えられる。一方、動的な情報は運動方向選択性マップによって表現されていることが期待される。そこで、本年度は感覚情報処理のダイナミクスを研究する基礎固めとして、視覚像の運動方向に関するマップにみられる不連続線と方位マップにみられる特異点の関係をトポロジー論の立場からの解析を試みた。マップのトポロジーを解析するためには、まず特徴量が張る空間(特徴空間)のトポロジーを調べる必要がある。そこで、方位選択的でかつ運動方向選択的な単純型細胞の受容野プロファイルとして、時間に依存するガボール関数を採用した。さらに、方位と位相と運動方向が皮質上にほとんどいたるところ連続的にマップされていると仮定し、それらの特徴空間に対しホモトピー論を適用すれば、運動方向の不連続性は皮質上で曲線として現れ、必ず方位中心から始まって方位中心に終わり、ひとつの方位中心には奇数本の不連続線が終始することが導かれる。しかしながら、ガボール関数によって表現された運動方向には、方位に対して平行な成分に関する不定性が残るため、不連続線はトポロジカルには安定な欠陥ではあり得なくなり、方位に対して平行な無限小の運動方向の成分を加えることによって不連続線を消去することが可能となる。すなわち、不連続線は方位中心以外の点で止まることが許される。最近報告されているネコ18野の方位・運動方向のマップでは、運動方向の不連続線は方位中心から1本ないし3本生じており、基本的には方位中心どうしを結んでいるが、不連続線が方位中心以外の点で消え去る例も示されており、上記の理論的考察と符号する。
コンクリート系共同住宅の財産保護に資する二次壁の制振デバイス化に関する研究

摩擦ダンパーを用いたRC制振方立て壁の開発を目指し,実大方立て壁試験体を用いた水平加力実験を実施した。実験結果から,摩擦ダンパーが作動し壁せん断力を制御することで,方立て壁を概ね無損傷に維持しつつ剛塑性型復元力特性を発揮できることを確認した。さらに,アスペクト比2.0,1.25,1.0と変更した方立て壁について,摩擦ダンパーのボルト締め付け力を変更するこにより設定した壁せん断力の大小に応じた損傷状況,荷重変形復元力特性を把握し,最終破壊状況を確認した。本研究では,従来構造計算上無視してきたコンクリート系共同住宅の方立て壁等を対象に,簡易な摩擦ダンパーを用い,地震時に壁に入力されるせん断力をコントロールし,損傷を抑制しながらエネルギー吸収可能な制振デバイスの開発を目指している。今年度(2013年度)は,コンクリート系共同住宅の方立て壁を想定した実大試験体(壁厚150mm,壁高さ1976mm,壁長1000mm)を1体計画し,実大壁のための加力装置を設計・製作した。その上で,当該試験体を用い,摩擦ダンパー部の動作,壁板の損傷状況等の確認を目的とした水平加力実験を実施した。方立て壁試験体は,上下に分割した上で鋼板(PL9)で連結し,その下部は下部壁に定着した18-19φ(PC鋼棒)で摩擦接合(ボルト張力180kN/本を導入)し,鋼板上部は摩擦ダンパーとして動作するように長孔(30φ×610mm)を設け,上部壁に定着した4-M20(普通ボルト)で締め付けた。締め付けボルト張力は,摩擦力100kNの発揮させるため32kN/本(すべり係数0.8を想定)を導入した。加力は,大地震時挙動を摸擬するため,部材角R=1/400,1/200,1/100,1/50,1/100,1/200,1/400rad.となる水平変位を順次与えた(R=1/50のみ5回繰り返し)。実験結果として以下の事項を確認した。(1)壁せん断力が±110kNで概ね頭打ちとなるbilinear型の荷重変形履歴曲線を描き,R=50サイクル時に摩擦ダンパー部のすべり変位が層間変位に占める割合は88%程度となり,摩擦ダンパーが想定通り動作し壁せん断力を制御可能なことを確認した。(2)縦筋は引張降伏せず,曲げせん断ひび割れが生じたものの残留ひび割れ幅は0.2mm以下となり,壁の損傷を概ね抑制可能なことを確認した。今年度(2014年度)も,前年度に引き続き,簡易な摩擦ダンパーを用いたRC制振方立て壁の開発を目指し,次の水平加力実験を実施した。試験体は,コンクリート系共同住宅に用いられるRC方立て壁(壁厚150mm,壁高さ1976mm,壁長さ1000mm)を想定し,それを上下に分割した上で鋼板(PL9)で連結し,その下部は下部方立て壁に機械式定着した8-φ19(PC鋼棒)で摩擦接合(ボルト張力125kN/本を導入)し,鋼板上部は摩擦ダンパーとして動作するように長孔(φ30×610mm)を設け,上部方立て壁に機械式定着した4-φ19(PC鋼棒)で締め付けた実大試験体とした。実験条件として,(1)方立て壁の損傷・破壊状況を確認するため,前年度に比較し大きなコンクリート強度(Fc=36N/mm2)を有し,摩擦ダンパー部の締め付けボルト張力を10,20,40,60kN/本と変更した試験体(3体,40kN/本は10kN/本を導入した試験体を再利用),及び(2)連結鋼板を耐食性に優れたステンレス鋼板(SUS304)に変更し,SS400材を連結鋼板に使用した前年度の実験結果と比較するため摩擦ダンパー部の締め付けボルト張力を32kN/本とした試験体(1体)の水平加力実験をそれぞれ実施した。加力方法,及び計測方法は昨年度と同様とした。実験結果として次の事項を確認した。(1-1)ボルト張力10kN/本では概ね損傷を抑制し,ボルト張力20kN/本では修復が容易な損傷は生じるものの,エネルギー吸収能力に富む荷重変形復元力特性(せん断力約40kN,90kN)をそれぞれ発揮した。(1-2)ボルト張力40kN/本以上では,面外へ折れ曲がる現象により耐力低下が生じた。さらに,(2)ステンレス鋼板を用いるとSS400材に比較し,繰り返し加力時にボルト張力の低下に起因するせん断力の低下が生じた。今年度(2015年度)は,簡易な摩擦ダンパーを適用したRC制振方立て壁を対象に,現行のRC共同住宅で見られるアスペクト比1,1.25の形状寸法を持ち,無損傷でより大きな減衰力を発揮可能なRC制振方立て壁の水平加力実験を実施した。試験体は,RC共同住宅の低層部バルコニー側方立て壁を想定した実大モデル(壁厚150mm,壁内法高1976mm,Fc=36N/mm2)とし,壁長を1600,2000mmに変更したL1600,L2000試験体を計画した。

本実験では,方立て壁面上にひび割れ損傷を生じさせない壁負担せん断力の上限を確認するため,無損傷を維持する範囲の壁負担せん断力となるように,摩擦ダンパー部の締め付けボルト張力の総和を80kNに設定したT80 testrunを初めに行った。さらに,壁面上にひび割れ損傷が生じる場合の壁負担せん断力,端部補強筋の引張降伏時の壁負担せん断力,及びそれら損傷発生状況に応じた荷重変形復元力特性の把握を目的とし,ボルト張力の総和を160,320kNに増加したT160,T320 testrunを続けて実施した。実験結果として次の事項を確認した。(1)L1600,L2000-T80testrunでは,方立て壁は概ね無損傷を維持しつつ摩擦ダンパーが摺動し安定した減衰力(90kN,110kN)を発揮可能であった。(2)L1600- T160,L2000-T160,T320test runでは,方立て壁の美観は損なうが,壁の機能・耐久性を損なう恐れは少ないひび割れ損傷が生じたものの,摩擦ダンパーが摺動しそれぞれ180kN,190kN,280kN程度の減衰力は維持した。(3)せん断ひび割れ強度の実験値は計算値を大きく下回っており,摩擦ダンパーが片側かつ中央一部に取り付いているため,壁断面は全断面有効に抵抗していないと推測される。摩擦ダンパーを用いたRC制振方立て壁の開発を目指し,実大方立て壁試験体を用いた水平加力実験を実施した。実験結果から,摩擦ダンパーが作動し壁せん断力を制御することで,方立て壁を概ね無損傷に維持しつつ剛塑性型復元力特性を発揮できることを確認した。さらに,アスペクト比2.0,1.25,1.0と変更した方立て壁について,摩擦ダンパーのボルト締め付け力を変更するこにより設定した壁せん断力の大小に応じた損傷状況,荷重変形復元力特性を把握し,最終破壊状況を確認した。本年度(2014年度)は,前年度の成果をもとに一部改良した簡易な摩擦ダンパーを適用した実大RC方立て壁試験体4体を計画し,その水平加力実験を行った。その成果として,摩擦ダンパーの負担する摩擦力と方立て壁の荷重変形復元力特性と損傷状況の関係を把握し,当該RC制振方立て壁の最終破壊形態を確認でき,当初想定した本年度(2014年度)の研究計画を概ね達成できた。さらに,摩擦ダンパー部の連結鋼板への耐久性に優れるステンレス鋼板の適用可能性も確認した。建築構造助成研究の最終年度は,これまでの成果をもとに,RC方立て壁のアスペクト比を小さく(2.0未満)することで,RC方立て壁の損傷を抑制しつつより大きな摩擦力を負担できることを確認する目的の水平加力実験を実施することとしている。得られた実験結果は随時学会発表等を行うとともに,実験結果を基に当該RC制振方立て壁の荷重変形復元力特性の評価方法をとりまとめ発表する予定である。本年度(2013年度)は,簡易な摩擦ダンパーを適用した実大RC方立て壁試験体1体を計画し,その水平加力実験を行った。その成果として,摩擦ダンパーが想定通りに作動し,制振デバイスとしてエネルギー吸収が可能であることを確認でき,当初設定した本年度(2013年度)の研究計画を概ね達成できた。さらに,摩擦ダンパーが約110kNの伝達力を発揮した場合のRC方立て壁に生じるひび割れ損傷等に関する実験資料を収集でき,次年度以降に計画する試験体の実験条件を設定する場合の参考資料が得られた。試験体の製作,加力装置の組み替え等の実験準備補助のため計上した学生アルバイト謝金が不要となったため。不要となった理由は,当該助成研究を主たる研究テーマとして担当した修士学生,学部学生のみで準備作業が行えたことによる。加えて,損傷が極めて小さい一部試験体を再利用したため試験体製作費を一部減額することが可能であった。次年度以降は,本年度(2013年度)と同様の実大RC方立て壁試験体を用い,摩擦ダンパーの摩擦力を変更した場合の水平加力実験を行い,摩擦力の大きさと方立て壁のひび割れ損傷等の関係を確認し,荷重変形復元力特性の立ち上がり剛性・除荷剛性を把握するための実験資料を収集する。
リチウム化反応による新超伝導物質探索

新物質探索によって、2種類の新超伝導物質群を発見した。1つはノンストイキオメトリーの新規Li系超伝導物質LixRhBy (Tc=3K)を発見し、この物質が新たな空間反転対称性の破れた超伝導物質であることを示し報告してきた。また、リチウム化合物から探索幅を広げ、Ca/Sr/Ba化合物の探索によりAnM3n-1X2n [A:アルカリ土類,M:金属,X:半金属]で表されるホモロガス化合物超伝導体(Tc=4K, 6K, 9K)を発見した。平成17年度平成19年度に科研費基盤研究(C)「リチウム系化合物超伝導体の探索と物性評価」において空間反転対称性の破れた二つの超伝導体Li_2Pd_3B及びLi_2Pt_3Bを発見したことを報告した。その際、2:3:1の組成比を中心に他の超伝導物質がないか探索を行ったが他に発見できなかった。今回、Li:M:B(あるいはC)=1:1:1(M=Rh,Ir,Co,Ni,Ru)の組成比を中心に探索を行ったところ、T_c3Kの新超伝導物質Li_xRhB_yを発見した。この物質は0.6<x<2,1<y<2の範囲で安定な立方晶構造をとり、最も高いTcは、x=0.9、y=1.5で、格子状数はa=1.209nmである。現段階の粉末X線回折と電子線回折のデータから、空間群はP2_13 or P4_232のどちらかである。いずれにせよ、Li_2Pd_3B及びLi_2Pt_3Bと同様にinversion symmetryを持たない。この系の代表的な超伝導体Li_<1.2>RhB_<1.5>について磁化カーブと電気抵抗の温度依存性を測定した。それによるとH_<c1>(0)=65.6Oe、H_<c2>(0)=14.2kOeを得た。H_<c2>(0)の値は、T_cもほぼ同じ(約2.5K)のLi_2Pt_3Bの値19.3kOeより若干小さい値である。比熱の飛びと反磁性の大きさをSnと比較するとバルクの超伝導物質であると言える。また、低温比熱の温度依存性は、Li_2Pt_3Bと同様にexponentialに依存せずべき状に比例するようである。これは、超伝導ギャップの対称性にラインノードが存在することを示唆する。一昨年からの物質探索によって、ノンストイキオメトリーの新規Li系超伝導物質Lix-Rh-By(Tc=3K)を発見し、この物質が新たな空間反転対称性の破れた超伝導物質であることを示し報告してきた。本年は、リチウム化合物から探索幅を広げ、比較のためにCa/Sr/Baなどのアルカリ土類金属化合物やKドープ化合物についてについての物質開発を行った。その結果、AnM3n-1×2n[A:アルカリ土類金属,M:金属元素,X:半金属元素]で表されるアルカリ土類金属系ホモロガス化合物超伝導体(Tc=4K,6K,9K)を発見した。空間反転対称性は破れていないが無限層(n=1)である母化合物が超伝導を示さないのに対し、n=3,7など特定の積層構造の場合のみ超伝導特性を示すことが分かってきた。それらのうち、構造解析や物性測定が進んだAM2B2 and A3Rh8B6(A=Ca,Sr;M=Rh,Ir)の物質についてPhys.Rev.において報告した。1.8<T(温度)<300K、0<H(磁場)<50kOeの範囲で磁気抵抗を測定したところ、ゼロ磁場における抵抗は金属的でBloch-Gr"uneisen則に従うふるまいを示した。低温で磁気抵抗効果を示し、磁場Hに対して比例して正の磁気抵抗を示し、磁気抵抗率ΔρT(H)/ρT(0)は,最大1200%にもなった。それらをAbrikosov Modelによって解析して報告した。また、Kドープ化合物としてC60ウィスカーの研究も行った。2年間の研究によって、まず新規空間反転対称性の破れた超伝導体LixRhByを発見し、構造解析と物性データを論文投稿したところJ.Phys.Soc.Jpn.のletterに掲載された。2年目は、主にアルカリ土類金属に展開した結果、新規のホモロガス化合物超伝導体を発見することができた。まずは、2種類4化合物について解析を行いPhys.Rev.Bに投稿し掲載された。以上のようにリチウム及びそれらの周辺において新規の物質を発見することができ、概ね順調と言える。24年度が最終年度であるため、記入しない。「リチウムを含む空間反転対称性が破れた新規超伝導物質の探索」というテーマで研究を始めた。

幸運にも最初の1年で新超伝導物質を発見し、論文として報告することができた。2年目で少し探索領域を広げたところ、さらに新物質探索を発見した。今後は、超伝導体に限らずリチウムを含む強磁性半導体などの研究等さらにおおきなテーマに取り組む計画である。24年度が最終年度であるため、記入しない。