hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高分解能蛍光顕微鏡法によるカルシウムスイッチングの動的観察

骨格筋・心筋の収縮は細いフィラメントへのカルシウム・イオンの結合で制御されており、その標的タンパク質はトロポニンである。これまで,トロポニンの三者複合体のNMR分光を行い、トロポニンにはモバイル・ドメインの原子構造を解くことに成功し,この構造情報から筋弛緩の際のアクチン・トロポニン結合の原子モデルを構築した。このモデルによれば,トロポニンがトロポミオシンを押すことによって,アクチンのミオシン結合部位を覆うことが,弛緩の分子メカニズムである。そこで,本研究ではカルシウムがトロポニンに結合・解離する際のトロポニンおよびトロポミオシンの動きを動的に観察することを目的とした。まずトロポミオシンを大腸菌で大量発現・精製する方法を確立した。次いで、トロポミオシン全体にわたってほぼ均等に7箇所にシステイン残基を導入することに成功した。東北大学樋口研の協力の下でQドットアビジンを結合させてその動きを観察した。ケージドEGTAの紫外線照射によりカルシウムの濃度を下げると, Qドット蛍光は移動したように見えたが、紫外線照射の際の振動などのアーテファクトである可能性もあるので慎重に実験を繰り返す必要がある。またアクチンフィラメントがしっかりとガラス基板に結合できていない可能性も検討している。導入したシステインをビオチン化し、Qドット標識アビジンを結合させようとしたところ、その結合効率は、システインを導入した部位に依存して大きく異なるという予想外の結果も得た。クライオ電子顕微鏡像を単粒子解析し,20Å分解能でアクチン上でのトロポニンの位置とそのCa感受性移動を明らかにし,筋弛緩時にはトロポニンから分子質量が約6kDaのアーム状領域が突出しアクチンに結合していることを明らかにした(Narita, et. al.,J.Mol.Biol.,2001)。トロポニンの3者複合体(TnT2,TnC,TnI)のNMR分光法を行い,トロポニンのアクチン結合領域の原子構造を明らかにした(Murakami, et. al.,2005)。この領域はTnIのC端領域(Lys131-Ser182)に対応する。この領域の原子構造をクライオ電子顕微鏡三次元密度マップにドッキングし,アクチン・フィラメントとトロポニンのアクチン結合領域の相互作用の原子モデルを初めて構築した。この結合インターフェイスのトロポニン側は家族性心筋症変異の多発部位であり,機能的・医学的な重要性が裏付けられた。さらに,トロポニンのコアドメインの結晶構造を電顕マップにドッキングし,トロポニン全体とアクチンの関係を示す原子モデルを構築した。このモデルによると筋弛緩時にトロポニンのコイルドコイル領域がトロポミオシンを押している。私達の単粒子解析によると,トロポニンはトロポミオシンのC端領域のみを押しており(Murakami, et. al.,2005),電顕からの結果(Narita, et. al.,2001)とも一致する。今回,カルシウム濃度に応じて生じるこのようなトロポミオシン分子のナノメータ・スケールの移動をリアルタイムで追跡するためにトロポミオシンにQドットを用いて蛍光標識しトロポニンとともにアクチン・フィラメントに組み込んだ。標識はトロポミオシンに導入したCys残基を利用して行った。ケージドEGTAを用いてUV照射によってカルシウム濃度を変化させた際に,Qドットの移動を観察できた。
合理的選択からの逸脱に影響を及ぼす行動経済学的要因に関する統合的研究

まず、(1)選択行動研究における最近の動向が概観され、選択行動を規定する諸要因に関する過去研究が整理された。次に、(2)聴覚的注意集中場面における人間の選択行動(注意配分行動)を分析するための手法が開発され、その手法を用いて注意集中場面における選択行動(注意配分行動)が分析された。その結果、そのような注意集中場面においては、合理的な選択からの逸脱が見られることが実験的に示された。さらに、(3)得点を獲得する課題における人間の選択行動が実験的に分析され、得点が1以下の確率で与えられるいわゆる不確実状況下での選択行動が分析された。その結果、被験者が確率や平均などの数学的な知識を利用することのできない場合のみならず、それらの知識を利用できる場面であっても、人間は合理的な選択からの逸脱を系統的に示すという新しい知見が得られた。そこで、(4)そのような合理的選択からの逸脱を規定する行動経済学的な諸要因を統合的に分析するために、時間割引に関する質問紙の日本語版を開発し、それらを日本人の大学生、中学生、および、老人に適用する研究を行った。これらの質問紙の目的は、不確実な選択肢の価値の現時点における価値(いわゆる時間割引)を、被験者ごとに推定することであった。調査の結果、a.この質問紙によって合理的選択の個人差を解明することが可能であること、b.被験者の年齢によって合理的選択が異なること、さらに、c.被験者の金銭管理に関する経験の差により合理的選択が異なる等が示された。本年度は、報酬の不確実性という課題の行動経済学的特徴が人間の選択行動に及ぼす効果を分析するための実験的研究が行われた。具体的には、報酬が1以下の確率でランダムに与えられる場面(つまり、報酬が確率的に間引かれる場面)と報酬が1の確立で毎回確実に与えられる場面において、巨視的に見た場合の選択肢のコストを系統的に操作した場合の成人の選択行動が確実的に分析された。その目的は、報酬の不確実性が合理的な選択からの逸脱に及ぼす効果を系統的に分析することにより、従来の研究において見いだされてきた合理的選択からの逸脱現象を行動経済学に分析するための基礎データを収集することであった。その結果、巨視的な視点に立ってコストパフォーマンスの計算をすることのできる成人の被験者であっても、報酬の提示が不確実である場面においては合理的な選択からの逸脱を示すこと、および、そのような合理的選択からの逸脱は報酬の提示確率が1から逸脱するにつれてより大きくなることが見いだされた。そのような合理的選択からの逸脱現象の原因としては、「場面に対する選好な微視的な変動」が考えられるかもしれない。つまり、一方の選択肢で報酬が与えられなかった場合にその選択肢が一時的に嫌悪されるために、巨視的な最大化を行うことができなくなる、という仮説により説明することができる。また、不確実場面であっても自分だけは幸運な結果をえることができるという「楽観的思考」の要因や、不確実場面であっても自分だけは場面を制御して報酬を得ることができるという「制御の錯視」の要因がそのような合理的選択からの逸脱の原因であるかもしれない。そこで、次年度は、それらの仮説を検討するための実験的研究が行われる予定である。本年度は、報酬の不確実性に対する人間の認知の仕方が人間の選択行動に及ぼす効果を分析した。具体的には、不確実性に対する認知の仕方を分析するために欧米で開発された質問紙の日本語版を2種類開発し、それらを日本人の大学生、中学生、および、老人に適用するための予備調査を行った。調査の具体的な内容は、「今すぐもらえる10万円と10年後にもらえる20万円のどちらを選びますか」というような形式で、選択肢の呈示方法によって2つの種類が開発された。これらの質問紙の目的は、各報酬量を系統的に操作することにより将来の不確実な選択肢の価値の現時点における価値(いわゆる時間割引)を推定することであった。

調査の結果、(1)この質問紙によって、報酬の不確実性に対する人間の認知の仕方を調査することが可能であること、および、(2)被験者の年齢によって報酬の不確実性に対する人間の認知の仕方が異なることが示された。そこで今後は、本年度に行われた不確実状況下での選択行動に関する実験的研究能勢以下と、前年度に行われた実験的研究との関係を系統的に分析することが予定されている。本年度は、被験者の経済状況と場面の不確実性の程度が選択行動に及ぼす効果を分析するための予備実験を行った。具体的には、行動経済学的な視点に立って選択行動を分析するために欧米で開発された質問紙の日本語版を用意し、それらを日本人の大学生および中学生に適用するための予備調査を行った。具体的には、親の職業等から経済状態を推定する試み、および、経済状態に関するそれらのデータと被験者の選択行動を比較する試みが行われた。それと同時に、報酬量の異なる2つの条件において、選択行動が異なるかどうかも分析された。たとえば、10万円と100万円で不確実状況下での選択行動が異なるかどうかが、行動経済学的な手法により分析された。その結果、(1)この方法により被験者の経済状態をある程度推定することができるかもしれないこと、および、(2)報酬の金額の大きさによって報酬の不確実性に対する選択行動ことが示された。前者の結果については、まだ研究手法として実用化の段階にいたっていないため、今後は経済状態を推定するための更なる工夫が必要とされる。一方、後者の知見は従来の行動経済学的な研究の結果と一致するものである。今後は、これらの知見を踏まえて、経済状態、単価、不確実性などを行動経済学的な視点に立って統合的に研究することが予定されている。まず、(1)選択行動研究における最近の動向が概観され、選択行動を規定する諸要因に関する過去研究が整理された。次に、(2)聴覚的注意集中場面における人間の選択行動(注意配分行動)を分析するための手法が開発され、その手法を用いて注意集中場面における選択行動(注意配分行動)が分析された。その結果、そのような注意集中場面においては、合理的な選択からの逸脱が見られることが実験的に示された。さらに、(3)得点を獲得する課題における人間の選択行動が実験的に分析され、得点が1以下の確率で与えられるいわゆる不確実状況下での選択行動が分析された。その結果、被験者が確率や平均などの数学的な知識を利用することのできない場合のみならず、それらの知識を利用できる場面であっても、人間は合理的な選択からの逸脱を系統的に示すという新しい知見が得られた。そこで、(4)そのような合理的選択からの逸脱を規定する行動経済学的な諸要因を統合的に分析するために、時間割引に関する質問紙の日本語版を開発し、それらを日本人の大学生、中学生、および、老人に適用する研究を行った。これらの質問紙の目的は、不確実な選択肢の価値の現時点における価値(いわゆる時間割引)を、被験者ごとに推定することであった。調査の結果、a.この質問紙によって合理的選択の個人差を解明することが可能であること、b.被験者の年齢によって合理的選択が異なること、さらに、c.被験者の金銭管理に関する経験の差により合理的選択が異なる等が示された。
歯頸部窩洞の有限要素解析

平成16年度は主に歯頸部窩洞の有限要素解析を行なった。当教室で作成した有限要素モデルを改良して用いた。歯はエナメル質、象牙質、セメント質、歯髄、歯周靭帯などで構成され、in(non-)homogeneousでanisotropicである。しかし、このことを考慮して解析を行なうことは煩雑になるので、今回の研究ではモデルを構成する材料は均一性かつ等方性とし、各材料間は完全接着とする条件の下に行った。歯根周囲の歯周靭帯および歯槽骨はこのモデルから除外した。エナメル質と象牙質の材料特性は文献から引用された。歯髄のヤング率はエナメル質と象牙質のヤング率よりとても小さいため、歯髄は空隙としてモデルされた。メッシュ分割は8節点四辺形にて実行された。くさび型窩洞にはコンポジットレジン、フロアブルレジンを充填したものと、フロアブルレジンを一層填塞後、コンポジットレジンを充填したものの3つを作成した。窩洞の歯肉側窩縁より2mm下をX方向とY方向に固定し、異常な咬合を想定して切縁が0.5mm変位するような荷重を負荷したときの接着界面に生じる垂直応力(引張り応力)を測定した。フロアブルレジンのみ、およびフロアブルレジンと、フロアブルレジンを一層填塞後コンポジットレジンを充填した場合、コンポジットレジンのみよりも接着界面に働く垂直応力は小さかった。従って、フロアブルレジンは咬合荷重によって歯頸部窩洞の接着界面に生じる応力を緩和させることが示唆された。平成15度は主に辺縁漏洩試験を行なった。まず、解凍した牛歯唇側に浅いくさび型窩洞を形成した。次いで、2種の接着システム(セルフエッチングプライマーシステムとワンボトルアドヒーシブシステム)を用いて窩洞内を処理した後、3種のフロアブルレジンと(エリートフロー、メタフィルフロー、プロテクトライナーF)と1種のコンポジットレジン(クリアフィルAP-X)を用いて修復した。仕上げ研磨した牛歯のうち1/3は、超硬石膏を用いて窩洞の根尖側窩縁2mm下までチューブ内に包埋、固定した。唇側にガイドプレーンを形成した後、教室内に既設の荷重試験機にセットした後、異常な咬合を想定して切縁が0.5mm変位するような荷重を負荷した。次の1/3は、サーマルサイクル試験機を用いてサーマルストレス(560°C,5,000回)を負荷した。残りの1/3はコントロールとして辺縁漏洩を評価した。フロアブルレジンの辺縁漏洩パターンは3種の間でも差がなかった。一方、フロアブルレジンとコンポジットレジンの間には、辺縁漏洩パターンに差が見られた。サーマルサイクル試験は、辺縁封鎖性を劣化させ、特にフロアブルレジンの辺縁漏洩はコンポジットレジンよりも大きかった。しかし、咬合荷重試験では、フロアブルレジンを充填したときほとんど辺縁漏洩が見られなかった。また、接着システムも変漏洩パターンに大きく影響していることがわかった。
弾性表面波・半導体集積回路の研究

弾性表面波用圧電材料と半導体を複合集積化することで、個々の材料では実現することが困難な高性能・高機能な複合集積化素子を実現することを目指して検討を進め、以下の通りの結果を得た。1)複合集積化プロセス技術の研究;エピタキシャルフィルムボンディング技術を用いた複合集積化技術について検討を進めた。(1)汚染が少なく高速なフィルムは栗を可能とするエッチング技術の確立、(2)フィルムボンディングのメカニズムの解明、(3)表面処理技術やレーザーによる照射やマイクロ波加熱などの手段による強固なボンディングを可能とする技術の確立、(4)精密なアライメントを可能とするマーカー方式やフィルムキャリア方式など量産のための技術を提案した。また、水ガラスや紫外線硬化樹脂を用いた接着技術も提案、有効性を確認した。この成果は、弾性表面波半導体複合集積化素子だけにとどまらず、他の材料を用いた複合集積化にも有用となる汎用性の高いプロセスである。2)相互作用を利用した新素子の研究;圧電性に伴うSAWのフィールドの及ぼす半導体中のキャリアおよびポテンシャルへの影響を明らかにすると共に、これらの現象を用いた可変位相素子、撮像素子、光制御形の発振回路、電荷転送素子や非線形相互素子などの新素子の提案をすると共に、実験的に動作確認を行った。一方、現在の移動体通信や無線LANなどの通信用に適用可能な素子として、CDMA用のマッチドフィルタやコンボルバなどの素子について検討し、従来素子に比べ、大幅な性能向上が可能な素子の提案を行い、実験的に有効性を確認した。さらに、将来的な応用展開を図るための弾性表面波半導体集積回路の基礎となる基本回路として、可変特性フィルタや高速アナログ集積回路に適した弾性表面波遅延素子と半導体能動素子アレイを分布乗数的に結合した基本素子を提案した。弾性表面波半導体集積回路の実現を目指し、プロセス基本技術の改良と光・弾性波・半導体素子についての基本検討を進めた。1.プロセス技術;核となるのは、上記の材料をセミモノリシックに接合する技術である。これまで我々は圧電材料の上に半導体を貼り付けるエピタキシャルリフトオフ技術を進めてきた。この技術では接合界面処理、貼り付ける際の応力制御等が課題となっていた。検討の結果、以下の成果が得られた。a)表面処理にはアンモニア系の溶剤で表面を親水化する事とプラズマ処理によるクリーニングと活性化が有効であることを明らかにし、最適な処理条件を把握することが出来た。b)応力の緩和および処理時間の短縮化を可能とする犠牲層エッチング条件および応力付加条件につき、理論と実験による検討を進め、処理時間の大幅な短縮と最適応力付加条件を把握出来た。これらの検討により、再現性良く異種材料を接合する事が可能となった。2.素子基本検討;上記プロセスを用い光、電子、弾性波の相互作用を究明するための試験素子、および簡単な構造を持つ弾性波半導体集積回路の試作を行い素子研究を進めた。その結果、以下の成果が得られた。a)現象面;光照射で発生した半導体膜内のキャリアの相互作用について調べた。キャリア数により決まる半導体のインピーダンスと弾性波の表面から見た等価インピーダンスが整合する付近で弾性波は大きな摂動を受け、大きく減衰する。この減衰は発生した電子ホール対の電子のみが弾性波によって生じたポテンシャルウエルにより転送される事が主因となっていることを明らかにした。また摂動により生じる弾性波の速度変調効果や非線形結合について大きな情報を得ることが出来た。b)素子研究;上記現象を利用した光制御位相器や変調回路および光制御発振器などの新素子を試作し、それらの基本動作に成功した。本年度は集積化プロセスの高度化とコンボルバを中心とする素子研究に重点を置いて研究を進め、以下の成果を得ることが出来た。

1)エピタキシャルリフトオフによる集積化技術の高度化のなかで、フィルムの結合状況をX線により詳細に観測する事に成功した。これにより、表面処理・レーザやマイクロ波加熱によるボンディング力強度化処理において最適条件を見出す事を可能とした。2)ボンディング技術を量産技術とするための基礎検討として、ワックスによる処理の代わりにポリイミドによる処理の可能性を調べた。ストライプ構造の採用や熱処理条件の最適化により安定なフィルム剥離・フィルムの転送ボンディングが可能となることを実証できた。3)半導体として新たにシリコンを取り上げ、薄膜フィルムの形成法・ボンディング技術を検討した。SOI基板の利用により、Si/LiNbO_3構造の素子実現が可能なことを実証した。また、試作素子で半導体と弾性波の結合特性を確認することができた。4)素子技術として、ダイオードブリッジ形のコンボルバを考案し、実験的にその有効性を確認した。また、汎用回路シミュレレータを適用し、設計可能なことを確認すると共に、タッピング電極間隔やダイオード特性などのデバイスパラメタ依存性などを明らかした。5)SAW半導体結合の素子としてプログラマブル素子を検討した。ブリッジ構造の素子により、圧電基板の温度係数などによる特性変動に強い素子が実現できることをシミュレーションおよび基礎実験により確認した。これまで進めてきた圧電体基板上に半導体を準モノリシックに集積化するプロセスとしてエピタキシャルリフトオフ・フィルムボンディング技術の研究を進めてきた。今期はこれをより実用性の高い技術とするため、1)正確なフィルムアライメント、2)量産性に向くプロセス、の2点に注目し検討を進めた。半導体フィルムを母体の半導体からリフトオフする際にハンドリング用に、貼り付け後の自在な剥離が可能な紫外線剥離あるいは熱剥離フィルムテープを用いる方法につき検討を進めた。その結果、小さな半導体素子を部分的に圧電基板上に性格に配置できることが明らかになった。コンボルバや可変フィルタ素子など表面弾性波(SAW)半導体集積回路では半導体素子の占有する面積はSAW素子に比べ微小なことから、高価な半導体ウエハより多大な弾性表面波半導体集積回路実現の見通しが得られた。今後装置化を念頭により詳細な詰めを行う予定である。素子検討としてこれまで可変特性素子、非線形素子、コンボルバ、相関器などの検討を進めてきたが、今期はトランジスタとSAWを複合集積化した素子につき基本検討を進めた。その過程で多数のトランジスタを分布定数的に配置し、インターディジタルトランスデューサの各電極子と結合した構造を持つ新たな構造の分布乗数増幅型の素子を考案した。
両手打撃動作における作用力データベースの構築およびバイオメカニクス的解析

野球のバッティングについて(1).投球打撃時の動作分析を,三次元自動動作分析装置(VICON612)を用いて多くの例数行うために,全長約20mの移動式バッティングケージを設計・製作し,硬式野球部員14名(左打者)を被験者とする打撃動作実験を行った.(2).ピッチングマシンによる投球打撃,および比較のためのティー打撃を,センサーバットを用いてそれぞれ5から7試技程度行った.(3).VICONによる動作分析技術の向上により,バッティングケージを介しての測定であったにも関わらず,250Hzのサンプリング条件においても,計50点近くのマーカーの消失を低減することが可能となった.(4).測定精度を向上させたセンサーバットによって測定した左右各手のバット作用力・作用モーメント情報と,VICONによって得た身体各特徴点の三次元位置情報から,左右上肢各関節のキネマティクス・キネティクス量を算出し,静止球打撃と投球打撃による時間的拘束の有無が,これら変量に与える影響を定量的に検討した.ゴルフスウィングについて(1).250Hzのサンプリング周波数にて測定したツアー・プロ2名のゴルフスウィング分析を行い,左右各上肢におけるキネマティクス・キネティクス分析を進めた.(2).肩関節の各運動では,フォワード・スウィング開始時の肢位は左右で異なるが,インパクトまでの角変位の大きさはあまり変わらないことがわかった.肘関節では,左右の片方を固定し,他方を大きく回転させている運動となっている.そして手首では,掌背屈では主に右手首,橈尺屈では主に左手首を回転させていることがわかった.(3).50Nmを超える大きなトルクを発揮している関節軸は,両肩の内外転軸,左肘の屈曲・伸展軸であり,左肩の内外旋軸や,右肘の屈曲伸展軸では,比較的小さなトルクを発揮していることがわかった.また,肘の内外旋軸や両手首の掌背屈軸,橈尺屈軸まわりのトルクは他のトルクに比べて小さいことがわかった.本研究のねらいは,野球のバッティングおよびゴルフのスウィングのように,両手と打具が閉ループを構成する動作を対象として,力・モーメント情報のデータベースを構築し,打率・飛距離等の技術レベルの違いが,力発揮特性のどのような点の違いによるものなのかを明らかにすることである.初年度にあたるH15年度では以下の事項を行った.(1).センサーバットのセンサーキャリブレーションにおいて,遠心力等で作用するバット長軸力を考構に入れたキャリブレーション方法を考案し,これによりスウィング中の左右各手の作用力・作用モーメントの測定精度を向上させた.(2).デジタルビデオカメラの画像出力信号を利用して5台の民生用カメラをハードウェア的に同期する装置を製作した.これにより民生品である各カメラの非同期誤差を大幅に低減し,民生用カメラへの三次元DLT法の適用を可能とした.そしてこのシステムを用いて,屋外グラウンドにおけるピッチングマシンを用いた投球打撃実験を実現した.(3).ティーバッティングを対象として,20名,計約200試技分のキネティクスおよびキネマティクスデータを取得した.(4).ゴルフクラブのシャフトグリップ部を改造し,複数枚のひずみゲージを貼付したセンサゴルフクラブを作製し,4名の学生ゴルフ部員でのスウィング実験を行い,クラブ作用力・作用モーメントならびに動作画像データを得た.そしてこれらのデータの分析から,被験者によって各手の作用力・モーメントの発揮様相が異なることを明らかにした.野球のバッティングについては,硬式野球部員20名を被験者として,ティーバッティングにおけるバット作用力・作用モーメントをセンサーバットを用いて測定した.選手の動作データおよびバット軌道計測には,三次元自動動作分析装置(VICON612)をサンプリング周波数120Hzにて用いた.そして左右各手のキネティクス解析から以下の結果を得た.(1)バット長軸力では,全ての被験者がグリップエンド側の手によって遠心力に対抗するための力を作用させており,ヘッド側の手では大きくてもその1/4程度の力しか発揮していないことがわかった.(2)バット運動と作用力・作用モーメントとの関係を見るために,バットの瞬間中心を求め,作用力パターンと比較した結果,瞬間中心の時間応答には,ヘッド側の手を多く使うタイプと,両手を均等に使うタイプの打者で,特徴があることがわかった.ゴルフスウィングについては,3種類のクラブ(ドライバー,5番アイアン,サンドウェッジ)をセンサーグリップに付け替えることにより,各クラブにおけるスウィング時の作用力・作用モーメントデータを計測した.また,ゴルファーの動作データおよびセンサークラブの軌道計測には,VICON612をサンプリング周波数250Hzにて用いた.ツアープロ2名を被験者とした左右各手のキネティクス解析から以下の結果を得た.(1)クラブ長軸方向の作用力応答は,各被験者で同様であり,グリップエンド側の手においてフォワードスウィング中の変動が比較的少ないこと,そしてヘッド側の手では,スウィングスピードの増大に伴って生じる遠心力に抗する力を主に作用しながらスウィングしていることがわかった.また両手間には互いに相殺する作用力成分が存在することがわかった.(2)スウィング平面内のクラブの角運動を加速させるための両手の偶力および作用モーメントについては,クラブ種類によって様相が異なることがわかった.

野球のバッティングについて(1).投球打撃時の動作分析を,三次元自動動作分析装置(VICON612)を用いて多くの例数行うために,全長約20mの移動式バッティングケージを設計・製作し,硬式野球部員14名(左打者)を被験者とする打撃動作実験を行った.(2).ピッチングマシンによる投球打撃,および比較のためのティー打撃を,センサーバットを用いてそれぞれ5から7試技程度行った.(3).VICONによる動作分析技術の向上により,バッティングケージを介しての測定であったにも関わらず,250Hzのサンプリング条件においても,計50点近くのマーカーの消失を低減することが可能となった.(4).測定精度を向上させたセンサーバットによって測定した左右各手のバット作用力・作用モーメント情報と,VICONによって得た身体各特徴点の三次元位置情報から,左右上肢各関節のキネマティクス・キネティクス量を算出し,静止球打撃と投球打撃による時間的拘束の有無が,これら変量に与える影響を定量的に検討した.ゴルフスウィングについて(1).250Hzのサンプリング周波数にて測定したツアー・プロ2名のゴルフスウィング分析を行い,左右各上肢におけるキネマティクス・キネティクス分析を進めた.(2).肩関節の各運動では,フォワード・スウィング開始時の肢位は左右で異なるが,インパクトまでの角変位の大きさはあまり変わらないことがわかった.肘関節では,左右の片方を固定し,他方を大きく回転させている運動となっている.そして手首では,掌背屈では主に右手首,橈尺屈では主に左手首を回転させていることがわかった.(3).50Nmを超える大きなトルクを発揮している関節軸は,両肩の内外転軸,左肘の屈曲・伸展軸であり,左肩の内外旋軸や,右肘の屈曲伸展軸では,比較的小さなトルクを発揮していることがわかった.また,肘の内外旋軸や両手首の掌背屈軸,橈尺屈軸まわりのトルクは他のトルクに比べて小さいことがわかった.
江戸期米先物市場の実証分析

江戸時代の市場経済は、同時代の欧米に勝るとも劣らない先進性を持っていた。米本位制度という枠組みの中ではあるが、貨幣経済の発展には目覚しいものがあり、世界初の先物市場といわれる堂島の米市場が開設された。また、いわゆる「天下の台所」大阪では、金融・為替を業務とする両替商が成長を遂げ、確固たる信用制度を築き上げた。当時の商人達は、創意工夫をこらし、市場経済の原型ともいえるものを生み出してきた。現代日本経済の原型は、ある意味では、江戸時代にあると言えるかもしれない。この米の価格変動リスクのヘッジを目的として、享保期(171636)のはじめに、先物取引が考案された。そして、1730年、8代将軍徳川吉宗により、帳合米取引と呼ばれる「米の先物取引」が許可され、大坂の堂島に、世界で最初の先物取引所である堂島米会所が誕生した。これは、当時の経済環境の中で必要に迫られ自然発生したものである。堂島米会所では、米切手を売買する「正米商い」と米の先物取引である「帳合米商い」が行われていた。仲買人は証拠金として一定量の銀をおさめれば、取引当日、証拠金の100倍の取引ができた。先物取引は、投機やヘッジを行おうとする商人にとっては格好の市場であったため、その後、大きく発展した。このように、堂島米会所は、世界で最も早く成立した先物取引制度を備えた商品取引所であり、大坂商人の才覚を端的に示すものということができる。本プロジェクトでは、特に先物市場に焦点をあて、当時の先物市場の持つ頼致について現代的視点から実証的に分析を行った。その結果、当時の米先物市場が現代の金融市場と幾つかの点で共通する特徴を示すことができた。江戸時代の市場経済は同時代の欧米に勝るとも劣らない先進性を持っており、当時の商人たちは市場経済の原型とも言えるものを生み出してきた。ある意味では、現代日本経済の原型は、江戸時代にあると言うこともできるかもしれない。そこで、本研究プロジェクトでは、特に米先物市場に焦点をあて、当時の先物市場の持つ特徴について現代的視点から検証を行う。平成12年度には、次の3つの作業が行なわれた。(1)過去の文献の収集と整理(2)文献に基づくデータの収集(3)それを用いたデータの特徴の把握今年度は、江戸時代の先物市場に関するデータを収集し、それを整理することが重要な課題であった。当時のデータは限られており、必ずしも便利な形では利用できないので、このような資料の整理を行うことは計量分析の準備として重要である。また、同時に、計量分析の準備を進めた。平成13年度は、平成12年度に構築されたデータ・ベースに基づき、計量的分析を行った。ここでは、主として、市場の効率性を中心とする現代の証券先物市場で見出される特徴が当時の米先物市場でも見出されるかどうかを、経済時系列分析の手法に基づき実証的に検証した。分析の対象とした標本期間は、(1)米先物市場の生成期である1763年から1780年、及び(2)幕末期である1851年から1864年である。その結果、当時の米先物市場は現代的な先物市場の要件を基本的に満たしており、また、市場そのものも効率的に機能していたことが明らかとなった。しかし、江戸時代の後期になると、政治的な不安定性に伴い、市場そのものの機能も失われていったことも同時に明らかとなった。その結果は、世界的に高い評価を受けている(レフェリー制)

ファイナンス関連学術誌であるJournal of Futures Marketsに掲載された。江戸時代というと、幕藩体制の中で自給自足の農民が武士に収奪されていたと言うイメージが一般的である。しかし、江戸時代は、市場経済システムが高度に発達した時代だった。本研究成果は、それを部分的に裏付けるものといえよう。平成14年度は、平成12年度から3年間にかけて行なってきた研究の最終年度であり、本研究課題の取りまとめに向けて精力的に研究活動を行なった。まず、平成12年度に作成されたデータ・ベースをもとに、さらに拡張を行い、より長期間にわたるデータ・ベースの整備を行なった。そのデータ・ベースを利用して、最新の計量経済分析の手法を用いて、実証的な分析を行なった。分析の対象となる標本期間は、1757年から1827年である。実証分析の主なねらいは次の2点である。第1は、当時の先物市場と直物市場のボラティティの動きが近年のファイナンス理論の標準的なモデルの1つであるEGARCHモデルであらわすことができるかどうかを検証することである。第2は、Cheung and Ng(1996)のCCF法を用いて、直物相場と先物相場の相互依存関係について、平均と分散の双方について因果関係の分析を行うことである。その結果、幾つかの興味深い点が明らかとなった。まず、江戸時代の米先価格のデータをEGARCHモデルで推定したところ、結果は、良好であった。つまり、江戸時代の市場メカニズムを現代のファイナンス理論によって分析することが可能であることが明らかとなったわけである。次に、CCF法による分析の結果、直物先物の間には、双方向の因果関係が見出されることが明らかとなった。つまり、当時の直物相場と先物相場とは密接な連携関係があった事がわかる。江戸時代の市場経済は、同時代の欧米に勝るとも劣らない先進性を持っていた。米本位制度という枠組みの中ではあるが、貨幣経済の発展には目覚しいものがあり、世界初の先物市場といわれる堂島の米市場が開設された。当時の商人達は、創意工夫をこらし、市場経済の原型ともいえるものを生み出してきた。この時代の分析を通して、現代の困難な経済状況に対して何らかのメッセージを得ることが可能となれば幸いである。
ドナーアクセプター型共役高分子の「クリック」合成と機能開拓

電子豊富アルキンと強力アクセプター分子であるテトラシアノエチレンの高収率付加反応を利用してドナーアクセプター型共役高分子の効率的な一段階合成法を開発した。室温で100%反応進行し、特別な精製操作が必要ないため、目的高分子を低コストで大量生産することができる。得られた高分子はドナーアクセプター構造に由来した可視光吸収のため強く着色しており、光学材料としての応用が期待される。電子豊富なアルキンと強力アクセプター分子であるテトラシアノエチレン(TCNE)の[2+2]付加環化反応を利用して、ドナーアクセプター型共役高分子のアトムエコノミカル合成手法を開拓する。電子豊富アルキンとして芳香族アミンが置換したアルキンを採用した。まず、電子豊富アルキンを含む芳香族アミンをモノマーとし、Pd/P触媒を用いて重縮合して前駆体高分子を得た。続くTCNEとの反応を室温で実施し、目的とするドナーアクセプター型共役高分子へと導いた。構造はNMR、IR、元素分析などより確認した。前駆体高分子で確認されたアルキン伸縮振動は、TCNE付加後には完全に消失し、代わりにシアノ基由来の伸縮振動が現れた。MALDI-TOF MSでは、目的とする絶対分子量が明確に観測され、ピーク間隔の拡大よりTCNEの定量的付加を確認した。より詳細に反応を追跡するために紫外可視吸収スペクトルを測定したところ、TCNE付加と共に可視領域に新たな電荷移動吸収が現れた。等吸収点を通るスペクトル変化は、副反応無く反応進行していることを示している。TCNE付加体高分子をジクロロメタン中で電気化学測定してところ、前駆体高分子で観測されなかった還元波が観測され、LUMO準位の大幅な低下が実証された。また、酸化波も高電位側にシフトしていたことより、HOMO準位の低下も示唆された。熱分析したところ、TCNE付加体高分子ではガラス転移点および分解温度が上昇していることが分かった。これは、極性シアノ基間の双極子相互作用が協同的に働いているためだと考えられる。強力電子ドナー部位として芳香族アミンまたはフェロセンを選択し、薗頭反応による重縮合法を用いてポリアリーレンエチニレン誘導体を高収率で得た。低分子モデル化合物として合成したエチニルフェロセン誘導体とTCNEの反応は室温で定量的に進行した。一方、高分子量体のフェロセン含有ポリアリーレンエチニレンは室温では全く反応しなかった。加熱すると徐々に溶液色が橙色から緑色に変化し、反応の進行を示唆した。高温になるにつれて色変化は迅速となったが、同時に高分子の熱分解も生起した。高分子の熱分解温度以下になるよう反応条件を最適化し(100°C、3時間)、目的とするドナーアクセプター交互型共役高分子を得た。未反応のTCNEは昇華により容易に除去できたため、煩雑な精製操作は必要なかった。反応前後の重量増加から収率を見積もったところ、75%の繰返し単位にTCNEが付加していることが明らかになった。得られたドナーアクセプター型共役高分子の紫外可視吸収スペクトルは、長波長域に分子内電荷移動相互作用に基づく吸収を示し、吸収端は近赤外領域にまで達していた。また、電気化学測定においてもTCNE付加後はアクセプター部位由来の還元波が新たに観測された。すなわち、一段階でドナーアクセプター型共役高分子を合成する本手法は、高分子のバンドギャップを狭める技術としても有用である。
魚肉の原料化学的特性の魚種内変動に関する研究

魚の肉質,特にゲル形成特性の魚種内変動に関係する生物学的及び環境的要因を明らかにする目的で,魚の成熟と産卵,飢餓と飽食,餌料の種類,及び水温とその変動が筋肉の一般組成,タンパク組成,潜在ゲル形成能,及び火戻り性に及ぼす影響を調べた.瀬戸内海のトカゲエソ(Saurida elongata)の場合, 6-7月の産卵期に筋原繊維タンパク質が減少し,潜在ゲル形成能も低下することを見出した.産卵後は筋原繊維タンパク質の急速な回復にもかかわらず,潜在ゲル形成能は10月になっても回復しなかったが,これは産卵期に増大する50゚Cでの火戻り性が産卵後も衰えないことによると考えられた.ティラピア(Sarotherodon nioticus)を長期間飢餓状態におくと,筋原繊維タンパク質が減耗し,それに伴って潜在ゲル形成能が低下し,火戻り性も増大するが,再給餌によって回復することが判明した.ティラピアの場合,フィッシュミール配合餌料飼育魚とオキアミミール配合餌料飼育魚の間には肉質に有意な差違が認められなかったが,植物性プランクトン(Scenedesmus sp,Microcystis sp.)飼育魚とフィッシュミール配合餌料飼育魚では,前者の方が後者よりも低い火戻り性を示した.また,ティラピアの場合, 18゚C飼育魚と28゚C飼育魚の間にも, 20゚Cから30゚Cへ水温を上昇させながら飼育した魚と30゚Cから20゚Cへ降下させながら飼育した魚の間にも,ゲル形成特性の差違は認められなかった.以上の結果から,魚の肉質,特にゲル形成特性の魚種内変動に対して,筋原繊維タンパク質を消耗させる産卵と飢餓は重要な要因であり,餌料の種類も副次的要因になり得るが,水温が関与している可能性は小さいことが明らかになった.魚の肉質,特にゲル形成特性の魚種内変動に関係する生物学的及び環境的要因を明らかにする目的で,魚の成熟と産卵,飢餓と飽食,餌料の種類,及び水温とその変動が筋肉の一般組成,タンパク組成,潜在ゲル形成能,及び火戻り性に及ぼす影響を調べた.瀬戸内海のトカゲエソ(Saurida elongata)の場合, 6-7月の産卵期に筋原繊維タンパク質が減少し,潜在ゲル形成能も低下することを見出した.産卵後は筋原繊維タンパク質の急速な回復にもかかわらず,潜在ゲル形成能は10月になっても回復しなかったが,これは産卵期に増大する50゚Cでの火戻り性が産卵後も衰えないことによると考えられた.ティラピア(Sarotherodon nioticus)を長期間飢餓状態におくと,筋原繊維タンパク質が減耗し,それに伴って潜在ゲル形成能が低下し,火戻り性も増大するが,再給餌によって回復することが判明した.ティラピアの場合,フィッシュミール配合餌料飼育魚とオキアミミール配合餌料飼育魚の間には肉質に有意な差違が認められなかったが,植物性プランクトン(Scenedesmus sp,Microcystis sp.)飼育魚とフィッシュミール配合餌料飼育魚では,前者の方が後者よりも低い火戻り性を示した.また,ティラピアの場合, 18゚C飼育魚と28゚C飼育魚の間にも, 20゚Cから30゚Cへ水温を上昇させながら飼育した魚と30゚Cから20゚Cへ降下させながら飼育した魚の間にも,ゲル形成特性の差違は認められなかった.以上の結果から,魚の肉質,特にゲル形成特性の魚種内変動に対して,筋原繊維タンパク質を消耗させる産卵と飢餓は重要な要因であり,餌料の種類も副次的要因になり得るが,水温が関与している可能性は小さいことが明らかになった.魚の肉質の種内変動に関係する原因を明らかにする目的で、ティラピア(Tilapia nilotica)を絶食、あるいは配合飼料を飽食させながら26°Cで2045日間飼育して、筋肉の一般組成,タンパク組成,筋肉pH,自己消化活性,潜在ゲル形成能,及び火戻り性の変化を調べた。1.絶食を続けると、その期間に応じて脂質とタンパク質が減少し、灰分及び水分が増加した。2.その場合、筋肉タンパク質は水溶区(筋形質タンパク質)とアルカリ可溶区(筋原繊維タンパク質)ともに減少した。3.絶食魚は飽食魚に較べて死後の筋肉pHの低下が緩慢かつ輕微であった。飽食時0.4であった死後4時間のpH低下幅が821日間絶食させると0.2に半減した。4.20日間絶食を続けると筋肉のゲル形成能(50°C20分加熱ゲルで判定)は著しく低下したが(約25%)、火戻り性(50°C20分ゲルと65°C1時間ゲルを比較して判定)はほとんど変化しなかった。20日間の絶食期間をおいて飽食させると潜在ゲル形成能は急速に回復したが、その際、火戻り性は増大した。5.ティラピア筋肉の火戻り現象はミオシン重鎖の分解に伴って起こること,その分解に関与する火戻り誘発因子は筋肉ホモジネートのI=0.05抽出画分に存在すること、及びその画分の誘発活性は肉の火戻り性と対応して変動することを認めた。6.筋肉の自己消化活性は40°C(120分)でも60°C(30分)でも絶食魚で低く、飽食魚で高かった。以上の結果から、ティラピアのゲル形成能の種内変動に攝餌量の変動が関与していることが明らかになった。
天然におけるナノ黄鉄鉱の生成過程と生命誕生駆動力の解明

有力な生命の起源仮説である表面代謝説の検証及び黄鉄鉱の形成に関わる生命の起源と物質の特定を本研究の目的とした。初めに、深海底熱水噴出域でナノ黄鉄鉱を形成する巻貝の鱗タンパク質中で、ナノ黄鉄鉱形成に関与するタンパク質を特定し、類似の市販のタンパク質からナノ黄鉄鉱の合成することに成功した。さらに、固体硫化物には巻貝の鱗中で見つかったナノ黄鉄鉱は存在しなかったが、陸域の花崗岩中でウランのナノ鉱物を発見した。熱水噴出域と陸域地下に生息する原核生物のDNA配列解析によって共通祖先に最も近縁な原核生物を陸上の地下水中から検出し、陸上地下の鉱物-水反応により生命が誕生した可能性を示した。本研究課題の目的は、現在も有力な生命の起源仮説である「表面代謝説」の検証と、優れた光起電力から、安価な太陽光発電の光吸収素子として注目される黄鉄鉱を用いた化学進化の実験による解明にある。平成26年度の研究実施計画として、下記の三つを策案した。1生命誕生場に想定される無酸素・高温条件下で、水溶液中のナノ黄鉄鉱に紫外・可視光を波長領域と強度を制御して照射する実験系の確立を行う。2確立した実験系を用いて、生命誕生時に想定される大気条件(高二酸化炭素分圧)と海洋(酸性)および熱水(アルカリ性)を再現した条件で合成実験を行い、生成有機物の評価を行う。3深海底熱水噴出域でナノ黄鉄鉱を形成する巻貝の鱗タンパク質中で、ナノ黄鉄鉱形成に関与するタンパク質を特定する。1の研究実績に関しては、石英セルを密閉して気相の雰囲気を制御して、90°Cまで昇温可能な実験系を確立した。また光源として可視光を波長領域の電磁波を石英セルに強度を制御して照射できる光学系の立ち上げに成功した。2に関しては、新たに導入したガスクロマトグラフ装置で合成された有機物を測定予定であったが、分析の再現性が取れずに、装置の導入のみに留まった。3に関しては、うろこの硫化鉄を塩酸で溶かし、うろこ中の有機物を網羅的に抽出し、塩酸抽出液に対しHPLCポストカラム法を用いて鉄結合物質の分離・検出を行った。ルミノールの化学発光を用いて鉄結合物質の検出を試みた結果、鉄に結合する低分子の有機物の検出に成功した。有機物評価のためのガスクロマトグラフ装置の不測の故障が生じたため、有機物合成実験が進展していなかったが、故障の修理も終わり照射実験系も立ち上がったので、実験を再開した。また、鉄の鱗の有機物解析も順調に進展している。有力な生命の起源仮説である「表面代謝説」の検証と黄鉄鉱による光触媒反応による化学進化の実験による解明および黄鉄鉱の形成に関わる生命の種類と物質の特定を研究目的とした。平成27年度の研究実施計画として、1平成26年度に確立した気相の雰囲気と温度および光照射量を制御可能な実験系を用いた有機物合成、2深海底熱水噴出域でナノ黄鉄鉱を形成する巻貝の鱗タンパク質中で、ナノ黄鉄鉱形成に関与するタンパク質を特定、3海底と陸上の熱水噴出域で、熱水と熱水活動に伴われて形成した固体硫化物を採取し、ナノ鉱物学的特性を明らかにする予定であった。しかし、生命誕生に関与する可能性の高い共通祖先が、これまでは超好熱性の原核生物であり高温実験を計画していたが、近年急速に進展したゲノム解析により共通祖先は中温を好む原核生物で陸域地下に生息することが明らかになってきた。そこで本年度は2と3を実施しつつ、次年度実施予定であった4熱水噴出に生息する原核生物のDNA配列の解析と陸域地下に生息する原核生物のDNA配列の解析を行い、どちらに共通祖先に近い微生物が生息するかを明らかにすることを目指した。2の研究実績としては、塩酸抽出で溶解しない黄鉄鉱をクロム還元法により完全に溶かし、鉄結合能を持つ有機物の存在を明らかにした。3の研究実績としては、深海底熱水噴出域から採取した固体硫化物と大陸地殻を構成する花崗岩のナノ鉱物学的な解析を行った。固体硫化物には巻貝の鱗中で見つかったナノ黄鉄鉱は存在しないが、花崗岩中にウランのナノ鉱物を発見した。4に関しては、ゲノム解析で明らかになった共通祖先に最も近縁な原核生物を陸上の地下水中から検出し、陸上地下の鉱物ー水反応により生命が誕生した可能性を示した。一方で深海底熱水噴出域から採取した固体硫化物には共通祖先に近い微生物は優占しなかった。ゲノム解析の進展により生命起源研究に大変革が起きており、当初予定していた有機物合成実験を次年度に実施する事とし、その変化に対応するために陸域地下の研究を当初の予定に加えて行った。鉄のうろこの鉄結合物質の研究と固体硫化物のナノ鉱物の解析は順調に進捗する事ができた。有力な生命の起源仮説である「表面代謝説」の検証と黄鉄鉱による光触媒反応による化学進化の実験による解明及び黄鉄鉱の形成に関わる生命の種類と物質の特定を研究目的とした。

平成28年度の実施計画として、1ナノ黄鉄鉱に関与するタンパク質を特定する、2海底と陸上の熱水噴出域で、熱水と熱水活動に伴われて形成した個体硫化物を採取し、ナノ鉱物学的特性を明らかにする、3ナノ鉱物とDNA配列を組み合わせてナノ黄鉄鉱形成能を有する原核生物の種を同定し、培養菌株を用いてin vitroで合成実験を行う予定であった。しかし、ゲノム解析の進展によって生命起源研究に大改革が起き、生命誕生に関与する可能性の高い共通祖先は中温を好む原核生物で、陸域地下に生息することが明らかになったため、3の熱水噴出域と陸域地下に生息する原核生物のDNA配列解析は平成27年度に実施した。代わりに平成27年度に予定していた、4深海底熱水噴出域を模擬した高温・海水条件と陸域地下を模擬した低温・淡水条件での有機物合成を平成28年度に実施することになった。1の研究実績としては、深海底熱水噴出域でナノ黄鉄鉱を形成する巻貝の鱗タンパク質中で、ナノ黄鉄鉱形成に関与するタンパク質を特定しすることに成功した。4の研究実績としては、平成26年度に確立した気相の雰囲気と温度及び光照射量を制御可能な実験系を用いて、類似の市販のタンパク質からナノ黄鉄鉱の合成することに成功した。黄鉄鉱形成に関与するタンパク質を特定に加え、有機物合成実験を追加で実施したが順調に進歩することができた。タンパク質により合成されたナノ黄鉄鉱の有機物合成特性を評価する必要が生じたため、次年度の実験が必要になった。有力な生命の起源仮説である表面代謝説の検証と黄鉄鉱の光触媒反応による化学進化の実験による解明及び黄鉄鉱の形成に関わる生命の起源と物質の特定を研究の目的とした。しかし、ゲノム解析が進展したことで、生命誕生に関与する可能性が高い共通祖先は陸域地下に生息する中温を好む原核生物である可能性が高くなったので計画の一部を変更し「黄鉄鉱の形成に関わるタンパク質の特定と有機物合成実験」を平成28年度に実施した。これらの結果を受けて「タンパク質によって合成されたナノ黄鉄鉱の有機物合成特性の評価」の実施が必要になった。これまでに申請者らは、岐阜県にある地下研究施設の花崗岩中では、有機物が極微量にしかなく、マグマ由来のメタンをエネルギー源とする古細菌が優占することを明らかにしている(Suzuki et al 2014; Ino, Suzuki et al 2017)。そこで平成29年度は「岐阜県にある地下研究施設の花崗岩中に生息する原核生物の代謝の解明」を行うことにした。深部花崗岩中を対象としたのは、地下水中の有機物濃度が極めて低いため、35億年前の地球環境と類似していると考えられたためである。研究に用いた深部花崗岩には、亀裂の密度によって地下水の硫酸濃度が高い部分と低い部分に分かれている。それぞれの部分に生息する原核生物の特性を調べた結果、共通祖先に近縁な細菌と古細菌は硫酸濃度が高い部分のみに生息し、硫酸を含む硫黄化合物を用いた代謝をしていることが明らかになった。有力な生命の起源仮説である表面代謝説の検証及び黄鉄鉱の形成に関わる生命の起源と物質の特定を本研究の目的とした。初めに、深海底熱水噴出域でナノ黄鉄鉱を形成する巻貝の鱗タンパク質中で、ナノ黄鉄鉱形成に関与するタンパク質を特定し、類似の市販のタンパク質からナノ黄鉄鉱の合成することに成功した。さらに、固体硫化物には巻貝の鱗中で見つかったナノ黄鉄鉱は存在しなかったが、陸域の花崗岩中でウランのナノ鉱物を発見した。熱水噴出域と陸域地下に生息する原核生物のDNA配列解析によって共通祖先に最も近縁な原核生物を陸上の地下水中から検出し、陸上地下の鉱物-水反応により生命が誕生した可能性を示した。平成27年度は、確立した照射実験系で有機物合成を行うと共に、鱗中の鉄結合物質についても特定を行う。また深海底熱水噴出域から採取した試料の微生物群集構造解析とナノ鉱物学的解析も行う。
非平衡系におけるスピン波スピン流に対する数値的研究

本研究では、熱勾配や局所外場によって駆動される強磁性絶縁体中のスピン波について理論解析を行った。まず、熱勾配下で発生するスピンゼーベック効果の起源を明らかにした。磁化の運動を表すLandau-Lifshitz-Gilbert (LLG)方程式を、温度勾配を有する系において数値的に解き、そこからプラチナ電極で観測される電圧を定量的に求めた。また、強磁性薄膜中の表面スピン波が熱流を運ぶことを明らかにし、強磁性絶縁体を用いたエネルギー輸送デバイスの提案を行った。さらに、異なる磁性体の超格子構造を考え、そこではトポロジカルに保護されたカイラルエッジスピン波モードが存在することを明らかにした。表面スピン波によって運ばれる熱流について解析を行った。その結果、指向性を持つスピン波を利用することで、強磁性体中の熱拡散をコントロールできることが明らかになった。具体的には磁化の運動を表すLandau-Lifshitz-Gilbert (LLG)方程式を、双極子相互作用を正確に取り入れて数値計算を行い、マクロな系での表面スピン波を再現することに成功した。この結果は、Nature Materials誌に掲載が決定しており、次年度に出版される。本研究では、熱勾配や局所磁場によって駆動される非平衡系のスピン波について解析を行った。特に、熱勾配によってスピン波が発生する「スピンゼーベック効果」について理論的な解析を行った。強磁性体中の磁化の運動を表すLandau-Lifshitz-Gilbert (LLG)方程式を、温度勾配を有する系において数値的に解いた。これにより強磁性交換相互作用由来のスピン波が温度勾配によって誘起されていることを示した。また、強磁性体からプラチナ電極に入射されるスピン流を表す表式を導き、逆スピンホール効果を用いて得られる観測可能な電圧を定量的に求め、実験結果との良い一致が得られた。この研究結果をPhys. Rev. Bに投稿し掲載された。また、この研究結果について、仙台で行われた応用物理学会磁気学会共催のスピントロニクス研究会において招待講演を行った。次に、表面スピン波によって運ばれる熱流について解析を行った。具体的には磁化の運動を表すLLG方程式を、双極子相互作用を正確に取り入れて数値計算を行い、マクロな系での表面スピン波を再現し、緩和項を導入することで熱発生のメカニズムを明らかにした。この結果は、Nature Materials誌に掲載された。次に、異なる飽和磁化を持つ2種類の磁性体の超格子構造を考え、そこに発生する表面スピン波の研究を行った。このスピン波は、スピンブロッホ関数の幾何学的な性質を反映した指向性を持ったものである。3角格子を始めとした様々な超格子構造でのスピン波を解析し、実験系の提案を行った。研究結果はPhys. Rev. B誌に掲載された。本研究では、熱勾配によって駆動される強磁性絶縁体中のスピン波について解析を行った。これはスピンゼーベック効果と呼ばれ注目が集まっている。このスピンゼーベック効果を解析するために、強磁性体中の磁化の運動に注目した。具体的には磁化の運動を表すLandau-Lifshitz-Gilbert (LLG)方程式を、温度勾配を有する系において数値的に解き、そこからプラチナ電極に入射されるスピン流を議論した。プラチナ電極を考えるのは、逆スピンホール効果を用いて、スピン流を観測可能な電圧に変換するためである。まず、スピン拡散方程式とLLG方程式を組み合わせることにより、電極と強磁性体の界面を流れるスピン流を解析的に解き、次に数値解析で得られた磁化の運動を用いることで実際に観測される電圧を求めた。その結果、ミリメートルスケールの範囲で電気信号が現れることを初めて理論的に示した。また、研究結果について、仙台で行われた応用物理学会磁気学会共催のスピントロニクス研究会において招待講演を行った。研究計画当初は、熱勾配によるスピン波駆動について研究を行なってきたが、今年度は、その逆効果ともいえる、スピン波による熱流制御を発見した。このことは申請時には考えられなかったことであり、予想以上の成果である。強磁性絶縁体中のスピン波スピン流の解析を行なっているが、現在までにイットリウム鉄ガーネットというモット絶縁体中のスピン波の解析が可能になった。熱交配によって駆動されるスピン波の計算を大規模な系で行うことが可能になった。ミリメートルスケールで実験と理論が一致することは稀であり、本研究が非常によく物理現象を捉えていることを示している。また、スピンゼーベック効果の信号の緩和機構が、2種類あることも明らかになった。

このことにより理想的なスピントロニクスデバイスの材料設計が可能になる。このことは申請時には考えられなかったことであり、予想以上の成果である。この申請課題について、開始1年目にもかかわらず、すでに招待講演を行なっている。今年度発見した表面スピン波による熱流制御と、スピンゼーベック効果を利用することで、強磁性体を用いたデバイス内での熱制御が可能になった。今後は具体的な素子の設計、磁性体を用いた新しい冷却法の研究を推進する。スピンゼーベック効果の高効率化を目標にし、物質定数をパラメータとして物質探索を行う。そのためには今のプログラムを更に大規模なものにするため、計算機クラスタを用いた並列化計算を行う。得られた研究成果を国際学会、国内学会で発表する。またデータ量が膨大になるので、20万円程度の大型ハードディスクを増設予定である。今年度計算機を購入した際、予算計上時より購入機種の価格が下がっていたため10万円弱の繰越金が発生した。繰越金は上述のハードディスクの増設に使用予定である。50万円程度の計算機クラスタの増設を行う。研究成果を国際学会(中国、イタリア)で発表するため旅費を使用する。国内学会や、実験グループと議論を行うために旅費を使用する。