hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
わが国の幕末から戦前期における「近代和風住宅」の設計手法に関する研究

一方、遠山邸は、東棟、中棟、西棟の3つのブロックからなる住宅で、それぞれ「関東地方豪族の趣」「2階建ての東京風」「京間風の数寄屋づくり」との説明があり、設計基準寸法の使い分けの可能性が高かった。実測の結果、東棟と中棟は1間6尺の真々制、西棟は1間6尺3寸の真々制、と推測された。ちなみに西棟は母親の隠居所で、「京間風の数寄屋づくり」の意味が、1間6尺3寸の真々制を指すと考えられる。いずれにせよ、同一の建物でありながら異なった設計基準寸法を併存させる方法が1例ではあるものの確認された。「近代和風住宅」の設計基準寸法を見ていくと、こうした事例は少ないものの、同一建物でありながら異なった基準寸法を併用する事例が散見され、設計システムから見た「近代和風住宅」の特徴のひとつと考えらえることを指摘しておきたい。●平成24年度の研究概要昨年同様、戦前期の「近代和風住宅」の典型例として知られる建築遺構をリストアップし、簡単な実測を兼ねた実地調査を行った。今年度は、佐賀県の如蘭塾、長崎県雲仙市の旧鍋島家住宅、群馬県の旧中島知久平邸および、東京都指定文化財の安田邸を取り挙げた。これらの建物のうち、如蘭塾は、迎賓館と塾舎及び寄宿舎からなる建物で、共に建築家遠藤新の設計により昭和18年頃に竣工している。『佐賀県の近代和風建築』(1996)によれば、同一の学校施設でありながら、迎賓館は1間6尺5寸の真々制、塾舎・寄宿舎は1間6尺の真々制を基準とした設計寸法を用いていることが報告されている。この事例は、同一建物ではないものの、同一時期に計画された学校施設でありながら、迎賓館という対外的な接客機能を持つ建物と他の建物とを区別するかのように設計寸法を変えており、貴重な事例といえる。旧鍋島家住宅は、江戸から昭和期までの増築による住宅で、明治22年竣工といわれる「御座」と呼ばれる座敷部分は、長辺が6尺3寸の畳による畳割りと推定された。他の増築部分も同じ設計寸法によるものと推定された。中島知久平邸は、昭和6年竣工の建物で、車寄せ及び玄関棟、客室棟、居間棟及び食堂棟の4つの旨が中庭を囲むように配された大邸宅である。設計寸法は、車寄せ及び玄関棟及び客室棟は1間6尺5寸の真々制、居間棟及び食堂等は1間6尺の真々制、と同一建物でありながら異なった設計寸法を使用していることが確認された。なお、安田邸は、大正8年竣工の建物であり、座敷部分が1間6尺5寸の真々制であるのに対し、他が1間6尺の真々制であると考えられるものの、現在、不明な点もあり、設計寸法の検討中である。いずれにせよ、事例としては少ないものの、同一建物ながらも異なった設計基準寸法を用いた事例の存在が確認された。今後、より詳細な検討を進めたいと考えている。各都道府県で刊行された『近代和風建築調査報告書』から得られる情報が、想定していたよりも少なく、その結果、分析用のデータ数も極めて少ないのが現状である。そのため、データ収集の方法について再考を行い、新たに戦前期の単行本などの文献資料からのデータ入手を試みることにし、現在作業を行っている段階である。このように、新たな作業が増えたことによる遅れである。25年度が最終年度であるため、記入しない。各都道府県の近代和風建築の調査報告書のなかに、簡単に入手できないものがあったこと。
低重力環境で起こりうる次世代の形態・機能変化とその分子基盤

低重力環境下(0.58g)で認められたアルツハイマー関連遺伝子近傍のエピゲノム変化は、脳でのエピゲノム変化とは一致しなかった。今回、現実的に火星程度の低重力環境下で脳のエピゲノム変化を検出したことは宇宙生物学的に意義のあることである。本研究は、生殖細胞のエピゲノムの遺伝メカニズム解析も含むため、より解析のしやすい、つまり生殖細胞のエピゲノムと体細胞のmRNA発現が相関するモデルの開発を行った。糖尿病マウスの生殖細胞および膵島のエピゲノムは、インスリン関連遺伝子群で相関し、血中を流れているエクソソームRNAとも関連性を持っている。従って、II型糖尿病マウスの雄由来胚盤胞よりES細胞の樹立を試みた。平成26年度には優先順を一部変更した。すなわち、当初得られていた精巣において認められていた低重力環境下でのエピゲノムの変化(40か所の遺伝子近傍のDNAメチル化の変化)と精巣での対応する遺伝子のmRNA変化の相関性を解析することから、脳におけるmRNAの変化を検出することを最優先とした。つまり、40か所の遺伝子のいくつかはアルツハイマー関連遺伝子であり、これらの変化がF0の脳で発現が変化しているのかを調査し、それが精巣での遺伝子発現変化と相関するかどうかを先に検討することで、低重力環境が及ぼす生物学的に最も重要な現象を脳で捕まえようとしたからである。低重力環境に置いた脳および対照群との間でマイクロアレイ解析を行った。マイクロアレイには、Affymetrix社製のものを用い、正確性と網羅性を高く設定した。マイクロアレイの結果、低重力環境下ではmRNA発現プロファイルが著しく変化した。低重力群で最も増加した遺伝子は対照群と比較して4.65倍、減少したものは対照群の方が6.23倍増加していた。本マイクロRNAの結果を先の40個の遺伝子と比較したところ、最も大きく増減した遺伝子でも低重力環境下での増加率が1.61倍のものだった。すなわち、精巣のエピゲノムと脳のmRNAの相関性は、0.58 g低重力環境下と1.00 g環境下では低く、遺伝子発現調節機構が複雑である可能性が示唆された。平成26年度には、以前に我々が明らかにした0.58g低重力環境下で認められたエピゲノムの変化(40か所の遺伝子近傍のDNAメチル化の変化)が一部アルツハイマー関連遺伝子近傍に存在したことから、当初、その源と思われる中枢神経系における遺伝子発現の変化について脳の矢状断半分を材料として、上記低重力環境下および対照群での違いをアフィメトリクス社製マイクロアレイを用いて検討した。結果、精巣のエピゲノムと脳のmRNAの相関性は、実験群と対照群の間では低く、遺伝子発現調節機構が複雑である可能性が示唆された。一方、現実的に低重力環境下で脳のエピゲノム変化を検出したことは宇宙生物学的に意義のあることである。また、本研究の目的の大きな部分は、体細胞-生殖細胞間の連絡、どのような仕組みで生殖細胞の変化が次世代にについて調査するところにもあることから、より解析のしやすい、つまり精巣のエピゲノムと脳のmRNA発現が相関するモデルの開発を行った。これまでの報告及び我々の理論によると、糖尿病マウスの生殖細胞および膵島のエピゲノムは、相関性をもってインスリン関連遺伝子群で変化しており、血中を流れているエクソソームRNAとも関連性を持っている。従って、II型糖尿病マウスの雄および正常な雌を交配させてできた胚盤胞よりES細胞の樹立を試みた。それを用いれば、F0体細胞-F0精子-F1ES細胞-F1生殖細胞の分化の過程でどのようにエピゲノムが変化し、そのしくみを明らかにする実験系が確立されることが期待された。ES細胞マーカを発現する明らかなES細胞は分離できなかったが、ES細胞様の細胞塊の形成までは確認された。平成26年度には、実験の優先順位を変えることで低重力環境下の脳でmRNAプロファイルが大きく変化することを見出した。また、精巣のDNAメチル化パターンとの相関性は低いことを明らかにした。当初の予定より興味深い結果が得られた点で進展度は高いが、当初の計画は一部遂行していない点を少し割り引いた。形態学宇宙生物学の部分を一部重点をおさえて、「獲得形質の遺伝」の分子メカニズムの方へ少しシフトさせる。すなわち、体細胞から生殖細胞への連絡の分子メカニズムを解析する実験モデルを開発する部分を一部加える予定である。このモデル作製により、低重力環境下で起こる体細胞の変化がどのように次世代へうけつがれるのかについての分子基盤が詳細にかつ正確に検討できるようになると考えている。

実験の優先度を変更し、一部の研究を追加、また一部を行わなかったため行わなかった研究を平成27年度に行うので、そのときの研究用試薬(消耗品)の購入費にあてる。
組合せ最適化問題に対する新しいメタ戦略の枠組み・逐次制約充足法の開発

逐次制約充足法と名付けた新しいメタ戦略の枠組みを開発し,スケジューリングに関する代表的問題であるジョブショップスケジューリング問題に対する世界最高レベルの近似解法を構築し,主要ベンチマークの幾つかの問題でベストレコードを更新した.逐次制約充足法は局基本とするが,現在の解候補の評価値を改善する上でボトルネックとなっている箇所を列挙し,これまでにあまり解消したことのない箇所のボトルネックを優先的に解消することで効率的な探索を行う. GESの枠組みはさまざまな組合せ最適化問題へ適用することができ,車両配送問題や時間割作成問題の最適化においても非常に良い結果を得た.逐次制約充足法と名付けた新しいメタ戦略の枠組みを開発し,スケジューリングに関する代表的問題であるジョブショップスケジューリング問題に対する世界最高レベルの近似解法を構築し,主要ベンチマークの幾つかの問題でベストレコードを更新した.逐次制約充足法は局基本とするが,現在の解候補の評価値を改善する上でボトルネックとなっている箇所を列挙し,これまでにあまり解消したことのない箇所のボトルネックを優先的に解消することで効率的な探索を行う. GESの枠組みはさまざまな組合せ最適化問題へ適用することができ,車両配送問題や時間割作成問題の最適化においても非常に良い結果を得た.逐次制約充足法の考え方に基づいてPickup and delivery problem with time window(PDPTW)と呼ばれる車両配送問題に対して車両数を最小化するための近似解法を構築した.逐次制約充足法を構築するためには解の評価値を削減するためにボトルネックとなっている解の要素を効率的に列挙する必要があるが,そのようなアルゴリズムを考案して解法を構成した.提案した解法をPDPTWの代表的ベンチマーク問題へ適用した結果,300問題の半数以上で既知最良解を更新し,提案手法が非常に優れていることを確認した.この結果を国際会議EvoCOP2010で発表した.PDPTWの対して走行距離を最小化するための近似解法をMemetic algorithm(MA)を用いて構築した.PDPTWは実行可能解に課される制約が比較的厳しい問題であるが,このような問題に対して効果的な交叉(MAのオペレータ)を設計することは一般に困難である.本研究ではそのような問題に対して効果的な交叉法を構築する手段として,交叉の手続きに簡単な局所探索を導入し,制約を考慮しながらうまく親の部分解を組合せて子個体を生成する方法を提案した.この交叉法を用いてMAを構成して実験を行った結果,PDPTWのベンチマークのほとんどの問題で既知最良解を更新した.この結果を国際会議PPSN2010で発表した.また,同様の考え方に基づいて巡回セールスマン問題(TSP)に対して申請者が先に考案した交叉方法EAXを改良し,EAXを用いた遺伝的アルゴリズム(GA)の探索性能を改善した.この結果,数万10万都市規模のTSPで既知最良解を更新する非常に強力な近似解法を構成できた.この結果は国際論文誌に投稿中である.昨年までの研究で,ジョブショップスケジューリング問題JSP)に対して逐次制約充足法の考え方に基づいた優れた近似解法を考案した,今年度は提案した手法をより洗練化して性能を改善させた.その結果,JSPの代表的なベンチマーク問題60問題のうち,8問題で既知最良解の値を更新した.また,逐次制約充足法を構成しているいくつかのアイデアのそれぞれが,探索性能にどれくらい寄与しているかをシステマチックに分析し,逐次制約充足法の枠組みのどの部分が特に重要なのか明らかにした.現在,これらの結果を雑誌論文へ投稿するための執筆作業をしているところである.昨年までの研究で,VRPTWとPDPTWと呼ばれる2つの車両配送問題に対して逐次制約充足法の考え方に基づいた優れた近似解法(車両数最小化)を考案した.車両配送問題には様々な種類の問題があるが,上記の2つ以外のタイプの問題でも逐次制約充足法を用いた解法を構成して良い結果を得た.現在,これらの結果をまとめた内容を雑誌論文へ投稿するための準備を進めている.逐次制約充足法の考え方に基づいて,boolean satisfiability problemやグラフ彩色問題の近似解法の構築を試みたが,あまり良い結果が得られなかった.この結果とこれまでの成功事例を基に,逐次制約充足法が得意な問題クラスとそうでない問題クラスについて知見が得られてきた.この知見を基に,現在,逐次制約充足法がうまく適用できそうな実問題応用を模索している.具体的にはTime tabling問題や航空機のスケジューリング問題などへの適用を検討しており,準備を始めている昨年度までに,ジョブショップスケジューリング問題(JSP)に対して逐次制約充足法の考え方に基づいた優れた近似解法を考案し,この結果を国際ジャーナルに投稿したが,リジェクトされた.この研究成果を別の国際ジャーナルへ投稿するため,今年度は提案した手法をより洗練化して性能を改善させ,さらに逐次制約充足法を構成しているいくつかのアイデアのそれぞれが,探索性能にどれくらい寄与しているかをシステマチックに分析し,逐次制約充足法の枠組みのどの部分が特に重要なのか明らかにした.現在,この内容は国際ジャーナルへ投稿中である(現時点で採択結果は不明).逐次制約充足法の考え方をTimetabling問題へ適用するアルゴリズムを開発し,この問題に対する代表的ベンチマークで,従来手法の全てを凌駕する結果を得た.

この結果をまとめた論文を進化計算分野における代表的国際会議であるParallel Problem Solving from Nature (PPSN) 2014へ投稿した(現時点で採択結果は不明).ジョブショップスケジューリング問題や車両配送問題のような代表的な組合せ最適化問題で世界最高レベルの近似解法を構築することに成功している.25年度が最終年度であるため、記入しない。これまでに,逐次制約充足法の考え方を用いて2種類の車両配送問題とジョブショップスケジューリング問題で非常に良い結果を得た.これらの結果は主に国際会議で発表してきたが,今年度はこれらの内容を発展させてより詳細な議論を加えた内容の論文を国際ジャーナルへ投稿する.実応用問題に対して,逐次制約充足法の考え方を用いて優れた近似解法を構築する.具体的には,Time tabling問題,航空機のスケジューリング問題などへ適用を考えている.これまで個々の問題に対して逐次制約充足法の考え方に基づいて解法を考案してきたが,これらの方法を一般化した枠組みとして整理して逐次制約充足法の考え方を一般的なメタ戦略の枠組みとして提案する.25年度が最終年度であるため、記入しない。
唾液腺癌における抗癌剤耐性分子機構の解明と新規分子標的治療薬の開発

唾液腺癌は種々の抗癌剤治療に対する感受性が低く、抗がん剤抵抗性(耐性)を示すことが多い。このため、唾液腺癌の治療現場において抗癌剤耐性の分子機構を解明することは、重要な課題の一つである。抗がん剤耐性を呈する癌細胞ではP-糖蛋白が高発現し、その耐性に深く関与することが知られている.本研究では、Pー糖蛋白の発現量に関与する因子:YB-1と核/細胞質間をシャトルする機能を持つNPMとの相互作用機構を明らかにすることで、唾液腺癌の抗癌剤耐性機構を解明し、さらにNPMを治療の標的とすることで癌細胞で強く発現されているYB-1の核移行を抑制し、唾液腺癌の薬剤抵抗性を克服するという新規治療法を開発することを目的とした。(成果)1、唾液腺癌組織及び唾液腺癌培養細胞におけるYB-1およびNPM発現の検索を進めた.2、動物実験モデルにおけるYB-1とNPMの相互作用の評価:既に当施設で樹立している腺様嚢胞癌のマウス自然転移モデルを用いて、センダウィルスベクターにNPMのshRNAを搭載し、マウス舌に発現させた腺様嚢胞癌の病巣局所に注入し、唾液腺腫瘍でのYB-1の発現量、腫瘍細胞内での局所様式、抗癌剤感受性の変化を比較検討した。抗癌剤感受性については、腫瘍の推定重量が100300mgとなった時点でマウスをベクター注入群と非注入群に分け、当科で口腔がん化学療法に用いている抗癌剤を至適の投与量で投与した。更に治療開始後の各時点でのベクター注入群及び対照群おのおのお推定腫瘍重量を求め、おのおのお治療開始日の推定腫瘍重量との比を算出した上で相対腫瘍重量比の値を算出した。また、YB-1の発現量、局在については各々のマウスの舌の唾液腺腫瘍から切除標本を作成し、免疫組織学的に評価を行っていった。本研究代表者はこれまで抗癌剤耐性に関与する因子として知られるYB-1の機能について検討してきた。本研究では、唾液腺癌の抗癌剤耐性におけるYB-1の役割解析を目的とし、唾液腺癌、特に腺様嚢胞癌が他の口腔癌と比較して抗癌剤抵抗性を示す機序を解明する為に、唾液癌細胞内でYB-1と相互作用する蛋白を同定した。1、唾液腺癌組織及び唾液腺癌培養細胞におけるPー糖蛋白及びYB-1発現の検索以前よりの研究に引き続き、唾液腺癌組織におけるPー糖蛋白およびYB-1の発現を手術組織を材料とした免疫組織学的染色、In situ hybridizationによって検索した。数例の組織ではP糖蛋白およびYBー1が核内に高発現しており、細胞質のみの局在する症例もあった。これらの発現および局在(核移行の有無)と予後、転移の有無など臨床的および病理組織学的所見との相関をデーター化しており、育休の後の研究再開時も引き続き行う予定である。2、shRNAを用いた遺伝子ノックダウン法によりYB-1相互作用蛋白でsるNPMのノックダウンをおこなう目的でshRNAを作成し、腺様嚢胞癌細胞株に導入した。この蛋白の存在下・非存在下でのYB-1の腺様嚢胞癌細胞株内での発現量、局在をウェスタンブロット法・蛍光抗体法にて検討中である。本研究者はこれまで抗癌剤耐性に関与する因子として知られるYBー1の機能について検討してきた。本研究では唾液腺癌の抗癌剤耐性におけるYBー1の役割解析を目的とし、唾液腺癌、特に腺様嚢胞癌が他の口腔癌と比較して抗癌剤抵抗性を示す貴女を解明する為に唾液腺細胞内でYBー1と相互作用するタンパクを同定し、以下の研究を行ってきた。1、唾液腺癌組織及び唾液腺癌培養細胞におけるPー糖蛋白及びYBー1の発現の検索以前よりの研究に引き続き、唾液腺癌組織におけるPー糖蛋白およびYBー1の発現を手術組織を材料として免疫組織学的染色、In situ hybriidizationによって検索した。数例の組織ではPー糖蛋白およびYBー1が核内に高発現しており、また細胞質のみに局在する症例もあった。これらの発現および局在様式(核移行の有無)と予後、転移の有無など臨床的所見および病理組織学的所見との相関をデーター化しており、育休終了後の研究再開時に更に行う予定である。2、shDNAを用いた遺伝子ノックダウン法によりYB-1相互作用蛋白であるNPMのノックダウンを行う目的でshRNAを作成し、腺様嚢胞癌細胞株に導入した。この蛋白の存在下・非存在下での腺様嚢胞癌細胞株内でのYBー1の発現量・局在をウェスタンブロット法・蛍光抗体法にて検討中である。平成26年に第二子を出産。産後3か月で職場復帰し、臨床/研究を再開したが、低体重早産児であったため、NICU長期入院を余儀なくされた。このため、本研究者も通院/育児に時間を割く必要があり、研究活動は一旦中断している。唾液腺癌は種々の抗癌剤治療に対する感受性が低く、抗癌剤抵抗性(耐性)を示すことが多い。抗癌剤耐性を呈する癌細胞ではP-糖蛋白が高発現し、その耐性に深く関与することが知られている。本研究員は現在までに抗癌剤耐性に関与する因子として転写因子YBー1の機能について検討してきた。

本研究では唾液腺癌の抗癌剤耐性におけるYBー1の役割解析を目的とし、唾液腺癌細胞内でYBー1と相互作用する蛋白を同定して以下の研究を行ってきた。1、唾液腺癌組織及び唾液腺癌培養細胞におけるP-糖蛋白及びYBー1発現の検索唾液腺癌組織に置けるPー糖蛋白及びYBー1の発現を、手術組織を材料として免疫組織学的染色、In situ hybridizationによって検索した。数例の組織ではPー糖蛋白およびYBー1が核内に高発現しており、また数例では細胞質のみに局在していた。これらの発現および局在様式(核移行の有無)と予後、転移の有無など臨床的所見および病理組織学的所見との相関をデーター化しており、研究再開後には更に追加で分析を行っていく予定である。2、shDNAを用いた遺伝子ノックダウン法shDNAを用いた遺伝子ノックダウン法によりYBー1相互作用蛋白であるNPMのノックダウンを行う目的でshDNAを作成し、腺様嚢胞癌細胞株に導入した。この蛋白の存在下/非存在下での腺様嚢胞癌細胞株内でのYBー1の発現量、局在をウェスタンブロット法/蛍光抗体法にて検討中である平成26年に第二子を出産。低体重早産児であったため、NICU長期入院となり退院後も定期的な通院を必要としていたため研究活動は一次中断していた。平成29度より研究活動を再開予定である。唾液腺癌は種々の抗癌剤治療に対する感受性が低く、抗がん剤抵抗性(耐性)を示すことが多い。このため、唾液腺癌の治療現場において抗癌剤耐性の分子機構を解明することは、重要な課題の一つである。抗がん剤耐性を呈する癌細胞ではP-糖蛋白が高発現し、その耐性に深く関与することが知られている.本研究では、Pー糖蛋白の発現量に関与する因子:YB-1と核/細胞質間をシャトルする機能を持つNPMとの相互作用機構を明らかにすることで、唾液腺癌の抗癌剤耐性機構を解明し、さらにNPMを治療の標的とすることで癌細胞で強く発現されているYB-1の核移行を抑制し、唾液腺癌の薬剤抵抗性を克服するという新規治療法を開発することを目的とした。(成果)1、唾液腺癌組織及び唾液腺癌培養細胞におけるYB-1およびNPM発現の検索を進めた.2、動物実験モデルにおけるYB-1とNPMの相互作用の評価:既に当施設で樹立している腺様嚢胞癌のマウス自然転移モデルを用いて、センダウィルスベクターにNPMのshRNAを搭載し、マウス舌に発現させた腺様嚢胞癌の病巣局所に注入し、唾液腺腫瘍でのYB-1の発現量、腫瘍細胞内での局所様式、抗癌剤感受性の変化を比較検討した。抗癌剤感受性については、腫瘍の推定重量が100300mgとなった時点でマウスをベクター注入群と非注入群に分け、当科で口腔がん化学療法に用いている抗癌剤を至適の投与量で投与した。更に治療開始後の各時点でのベクター注入群及び対照群おのおのお推定腫瘍重量を求め、おのおのお治療開始日の推定腫瘍重量との比を算出した上で相対腫瘍重量比の値を算出した。また、YB-1の発現量、局在については各々のマウスの舌の唾液腺腫瘍から切除標本を作成し、免疫組織学的に評価を行っていった。2014年第二子を出産。産後3か月で職場復帰し、臨床および研究活動を続けて来た。しかし、第二子は未熟児で出産したことから、長期NICUに入院していた。このため、必然期に育児・通院に時間を割く事も多くなり、研究が予定ほど進んでいないのが現状である。平成28年度いっぱいまで育休を取得し、研究活動も中断予定である。平成28年度で育児もある程度目処がたつと考えられるため、平成29年度より再開予定である。
消化管上皮幹細胞の系譜解析とニッチ形成機構解明のための培養系の開発

変態期アフリカツメガエルの小腸上皮では、Ror2を発現する予定幹細胞が、甲状腺ホルモン(TH)により幹細胞へと誘導される。本研究では、幹細胞ニッチ形成機構を解明するため、トランスジェニックカエルを使って予定幹細胞を組織細胞化学的に同定し、その培養系の開発を進めた。また、TH応答遺伝子をin vitroで解析し、幹細胞出現時には標準Wnt経路とNotch経路が活性化され、幹細胞の増殖を促進することを明らかにした。さらに、THを引き金として合成されるヒアルロン酸が、CD44を介しWnt経路を活性化することも見出した。両生類の小腸では、変態期に上昇する甲状腺ホルモン(TH)により幼生上皮の一部(予定幹細胞)が成体幹細胞へと脱分化する。本研究は、アフリカツメガエルの予定幹細胞特異的に発現するRor2を指標にし、成体幹細胞の発生やそのニッチ形成機構を解明することを目指している。本年度は、予定幹細胞の系譜を追跡していくため、Ror2のプロモーター領域にレポーター遺伝子をドライブさせたDNAコンストラクトを導入したトランスジェニック(Tg)カエルを作製した。現在、このTgカエルの幼生を使い、小腸でのレポーター遺伝子の発現解析を進めている。この他に、TH応答遺伝子の発現解析により、幹細胞への脱分化時にはWnt5a/Ror2経路が活性化されるだけでなく、canonical Wnt経路も活性化され、幹細胞ではその出現と同時にbeta-cateninが核へと移行することを見出した。さらに、ツメガエル小腸の培養実験により、Wntリガンドに結合することが知られているsecreted frizzle-related protein 2が、Wnt5a/Ror2経路とcanonical Wnt経路の両方を促進し、幹細胞の発生に必須なタンパク質の1つであることを示す知見を得た。また、幹細胞ニッチの形成機構を解析していくため、THにより予定幹細胞を幹細胞へと誘導する培養系の開発にも着手した。Ror2タンパク質は膜に局在するため、Ror2を発現する予定幹細胞のみを、抗Ror2抗体をまぶしたビーズに吸着させることが可能である。そこで、変態前の小腸上皮を結合組織から切り離し、この方法で予定幹細胞とそれ以外の上皮細胞(幼生固有細胞)を完全に分離できるか、現在解析を進めている。当初、実験に使ったTgカエルでは、Ror2のプロモーター領域にドライブさせたレポーター遺伝子の発現が弱かったため、Tgカエルを作製し直すことになった。長いRor2のプロモーター領域を短くする等、導入するDNAコンストラクトを工夫し、新たにTgカエルを作製した。このTgカエルを使ってレポーター遺伝子の発現解析を進めているが、現時点では当初の計画に比べやや遅れ気味である。両生類の小腸では、甲状腺ホルモン(TH)を引き金として、幼生上皮の一部(予定幹細胞)が成体幹細胞へと脱分化し、哺乳類類似の上皮を形成する。本研究は、予定幹細胞特異的に発現するRor2(Wnt5a受容体)を指標にして予定幹細胞を同定し、幹細胞の発生やニッチ形成の分子機構を解明することを目指している。本年度は、予定幹細胞の系譜解析のため、昨年度に引き続きレポーターとなるloxP導入トランスジェニック(Tg)カエルのライン化を進めた。Ror2遺伝子の転写調節領域にGFPをドライブさせた種々のコンストラクトを導入したTgカエルも作製し、Ror2転写調節領域の特異性を確認した。系譜解析に最も適したコンストラクトを得るため、現在、各TgカエルにおけるGFPの発現強度を比較検討中である。脱分化時期の小腸の組織細胞化学的解析を行い、Wnt標的遺伝子の1つであるCD44が、幹細胞出現と同時に、幹細胞自身とその直近の線維芽細胞で一過性に発現上昇することを見出した.そこで、CD44のリガンドであるヒアルロン酸(HA)の合成阻害実験を培養下で行い、THにより新たに合成されるHAが、幹細胞の発生に必須であることを示す結果を得た。同様に、Notch経路も幹細胞出現と同時に幹細胞で活性化することを見出し、Notch経路が吸収上皮細胞と分泌細胞の分化決定に関わるだけでなく、幹細胞の発生に必須であることを培養実験により明らかにした.これらの結果は、HAや幹細胞近くの線維芽細胞が、WntやNotch経路を活性化することにより、ニッチ形成に関与することを強く示唆している。予定幹細胞の培養系を開発するために、膜タンパク質であるRor2の細胞外領域を特異的に認識する抗体を新たに作製した。この抗体を用いて、変態前の小腸上皮から予定幹細胞のみを分離することを現在試みている。Cre/loxPシルテムを使った細胞系譜の解析に向けて、レポーターのTgカエルのライン化、ドライバーコンストラクトの作製は順調に進んでいる。また、Ror2遺伝子の転写調節領域にGFPをドライブさせたコンストラクトを導入したTgカエルが得られたため、予定幹細胞やその周辺組織の同定や組織細胞化学的解析が容易になり、研究は進展している。予定幹細胞の培養系の開発には、細胞分離の操作でどれだけ予定幹細胞のみを完全に、正常な状態で分離できるかが成功の鍵となる。市販のRor2に対する抗体を結合させたビーズを用いての細胞分離は不充分であったため、より有効であることが期待される抗体を新たに作製した。また、Ror2発現細胞がGFPで標識されるTgカエルを使い、フローサイトメトリーによる細胞分離も可能になった。

各方法での分離の精度や細胞生存率を比較することによって、最も効率よく分離できる方法を確立できると考えている。両生類幼生の小腸では、変態期に甲状腺ホルモン(TH)を引き金として、上皮の一部(予定幹細胞)が成体幹細胞へと脱分化し、その周囲にはニッチが形成される。本研究は、予定幹細胞で特異的に発現するRor2を指標にして変態前の予定幹細胞を同定し、幹細胞への脱分化やニッチ形成の分子機構を解明することを目指している。本年度は、昨年度までに作製したトランスジェニックカエル(Ror2遺伝子の転写調節領域にGFPをドライブさせたコンストラクトを導入したもの)小腸の組織切片を顕微鏡観察し、GFPを検出することによりRor2発現細胞を予定幹細胞として同定できることを確認した。このことは、予定幹細胞とそれ以外の上皮細胞(変態期にアポトーシスを起こして消失する細胞)をフローサイトメトリーにより分離できることを示している。この方法と独自に作製したRor2細胞外領域特異的に結合する抗体を併用し、現在、培養に最も適した予定幹細胞を得るための技術開発を進めている。この他、同定された予定幹細胞の組織化学的解析も行い、これまでにTH受容体の1つ、TRaが変態前から発現していることを見出した。さらに、TRaノックアウトカエルの小腸を解析し、野生型小腸に比べ幹細胞の出現が遅れることを明らかにした。このことは、変態前の予定幹細胞で発現するTRaが、幹細胞発生のタイミングを制御していることを示唆している。また、幹細胞出現時に急増するヒアルロン酸(HA)に注目し、HA合成酵素の発現解析を行った。HAS2及びHAS3の発現が幹細胞出現時にその周辺の細胞で一過性に上昇すること、生体内でHA合成を阻害するとWntシグナル経路が抑制され幹細胞が減少すること等を見出した。このことは、変態期に新たに合成されるHAが、幹細胞ニッチの形成に重要な役割を果たすことを示唆している。変態期アフリカツメガエルの小腸上皮では、Ror2を発現する予定幹細胞が、甲状腺ホルモン(TH)により幹細胞へと誘導される。本研究では、幹細胞ニッチ形成機構を解明するため、トランスジェニックカエルを使って予定幹細胞を組織細胞化学的に同定し、その培養系の開発を進めた。また、TH応答遺伝子をin vitroで解析し、幹細胞出現時には標準Wnt経路とNotch経路が活性化され、幹細胞の増殖を促進することを明らかにした。さらに、THを引き金として合成されるヒアルロン酸が、CD44を介しWnt経路を活性化することも見出した。現在、Ror2のプロモーター領域を含むコンストラクト作製の問題はほぼ解決し、Cre/loxP導入Tgカエルのライン化も順調に進んでいるので、今後は予定通り研究を遂行できると考えている。Cre/loxP導入Tgカエルに、Ror2のプロモーター領域にCreをドライブさせたコンストラクトを導入してダブルTgカエルを作製する。このダブルTgカエルを使って予定幹細胞の系譜解析を進め、どの発生段階でRor2発現細胞の運命が幹細胞へと決定されるのかを明らかにする予定である。さらに、運命決定後のRor2発現細胞(予定幹細胞)を組織細胞化学的に解析し、その分子細胞学的特徴を明らかにする。
電力品質保証機能付き電気自動車用チャージャの簡易な制御法とSiC化による効率改善

IEEE Standard 519-2014では配電電圧の範囲が1 kVから69 kVではTHDが5 %以下で,かつ,各次数の高調波電圧の実効値は基本波の実効値の3 %以下と定められている。平成29年度で検討した無効電流調整をEV用チャージャを構成する3レグ構成PWM整流回路に適用した場合の変換器容量低減では,この電源電圧歪を考慮していなかったが,本申請課題のEV用双方向チャージャは,柱上変圧器を介して6.6 kV配電系統に接続されるため,IEEE Standard 519-2014に定められた電圧歪を考慮する必要がある。そこで,平成30年度では電源電圧歪を考慮し,研究グループが先に提案している有効・無効電流演算ブロックを省略し直流キャパシタ電圧一定制御だけを用いた基本波無効電流制御法無効電流調整機能の有効性を検討した。EV用双方向チャージャを構成する3レグ構成PWM整流回路のパワーフローを詳細に検討し,電源電圧と電源電流の両者が歪んでいる場合でも,直流キャパシタ電圧一定制御だけを用いた制御法により,電源側の基本波無効電流を調整しながら電源側で平衡状態の正弦波電流を実現できることを理論的に明らかにし,計算機シミュレーションと実験により確認した。計算機シミュレーション結果と実験結果から,電源電圧歪を考慮した場合でも,変換器容量を30%程度低減できることを明らかにした。電気供給約款では,単相配電方式では101 Vを基準として95 Vから107 Vの範囲となるように定められている。EV内のバッテリの放電モードでは受電端電圧が上昇するが基本波無効電流調整により,電圧上昇を抑制できることを確認した。これにより,放電抑制を回避できる。しかしながら,売電制限抑制効果の経済的検討については完了することができず引き続き検討する予定である。平成28年度では,本研究で提案している電気自動車用スマートチャージャを構成する単相3レグPWM整流回路の直流電圧一定制御ブロックのみを用いた制御法に関して,単相三線式配電線に接続されている家庭内負荷に現代の家電機器に内蔵されているダイオード整流回路を考慮し家庭内の電流がひずみ波となっている状態で,電気自動車用スマートチャージャに流出入する電力フローを詳細に検討し,電力系統側で不平衡電流成分ならびに無効電流成分と高調波電流成分を補償し,正弦波状態でバランスした力率が1.0の電流を実現できることを理論的に明らかにした。本研究で提案している制御法の有効性を確認するため計算機シミュレーションを行った。シミュレーションでは,6,600 Vrms配電線から柱上変圧器を用いて単相三線式配電で家庭内に電力を供給するモデルを用いた。シミュレーション結果から,家庭内の電流がアンバランスで高調波を含んでいるが提案しているスマートチャージャの制御法により正弦波平衡状態で力率が1.0の電源電流を実現できることを明らかにした。さらに,Digital Signal Processor (DSP)を中核とした実験装置を構成し,実験による検討を行った。実験では,線間電圧200 Vrmsの三相電源から単相変圧器を介して100 Vrmsの単相三線式配電線の縮小モデルを構築し実験を行った。シミュレーション結果と同様に実験結果から,提案しているスマートチャージャの制御法により正弦波平衡状態で力率が1.0の電源電流を実現できることを明らかにした。以上から,当初計画していた研究課題を完了することができた。次に,研究計画にしたがって,スマートチャージャを構成するPWM整流回路と双方向DC-DCコンバータのSiC MOSFETs化に着手し,現在,SiC MOSFETsスマートチャージャを構築している途上である。平成28年度では,本研究で提案している電気自動車用スマートチャージャを構成する単相3レグPWM整流回路の直流電圧一定制御ブロックのみを用いた制御法に関して,単相三線式配電線に接続されている家庭内負荷に現代の家電機器に内蔵されているダイオード整流回路を考慮し家庭内の電流がひずみ波となっている状態で,電気自動車用スマートチャージャに流出入する電力フローを詳細に検討し,電力系統側で不平衡電流成分ならびに無効電流成分と高調波電流成分を補償し,正弦波状態でバランスした力率が1.0の電流を実現できることを理論的に明らかにすること,提案した制御法の有効性をシミュレーションと実験により確認すること,PWM整流回路と双方向DC-DCコンバータのSiC MOSFETs化への着手を申請書の研究計画としている。初めに,電気自動車用スマートチャージャに流出入する電力フローを詳細に検討し,電力系統側で不平衡電流成分ならびに無効電流成分と高調波電流成分を補償し,正弦波状態でバランスした力率が1.0の電流を実現できることを理論的に明らかにすることは完了している。さらに,計算機シミュレーションと実験より提案した制御法の有効性を確認することについても完了している。シミュレーション結果と実験結果から,家庭内の電流がアンバランスで高調波を含んでいるが提案しているスマートチャージャの制御法により正弦波平衡状態で力率が1.0の電源電流を実現できることを明らかにした。これらについて完了したため,研究計画に沿ってスマートチャージャを構成するPWM整流回路と双方向DC-DCコンバータのSiC MOSFETs化に着手し,現在,SiC MOSFETsスマートチャージャを構築している途上である。以上より,研究計画に沿って研究成果を順調にあげている。平成29年度では,平成28年度に着手したEV用チャージャの主回路のSiC-MOSFETs化に関して実験により定量的な検討を行った。

IGBTsを用いた3レグ構成PWMインバータとSiC-MOSFETsを用いた3レグ構成PWMインバータについて,直流電圧を270 Vdcとし各レグの出力電流を14.4 Armsとした場合の効率を評価した。IGBTsを用いた3レグ構成PWMインバータの変換効率は96.8 %であったのに対し,SiC-MOSFETsを用いた3レグ構成PWMインバータでは98.5 %の変換効率となった。したがって,EV用チャージャの主回路をSiC-MOSFETs化することで,1.7 %の効率向上が達成できることを確認した。EV用チャージャによる電力品質保証による柱上変圧器の効率改善効果とEV用チャージャを構成する3レグ構成PWM整流回路の損失を総合的に考慮した効率については,引き続き検討する予定である。さらに,本研究グループが先に提案している有効・無効電流演算ブロックを省略し直流キャパシタ電圧一定制御だけを用いた基本波無効電流制御法をEV用チャージャを構成する3レグ構成PWM整流回路に適用した場合では変換器容量を30%程度低減できることを計算機シミュレーションとIGBTsを用いた実験装置を構成し確認した。この成果については,IEEJ Journal of Industry Applicationsに投稿中である。申請書では,平成29年度において平成28年度に着手したEV用チャージャの主回路のSiC MOSFET化に関して実験により定量的な検討を行うこととしていた。IGBTsを用いた3レグ構成PWMインバータとSiC-MOSFETsを用いた3レグ構成PWMインバータについて,変換効率を評価し研究実績概要に記載のとおりの結果となっている。さらに,本研究グループが先に提案している有効・無効電流演算ブロックを省略し直流キャパシタ電圧一定制御だけを用いた基本波無効電流制御法をEV用チャージャを構成する3レグ構成PWM整流回路に適用し変換器容量を30%程度低減できることを計算機シミュレーションとIGBTsを用いた実験装置を構成し確認した。申請書では,シミュレーションと実験による検討は平成30年度前半に完了することとしており,当初より順調に研究を推進していると判断した。IEEE Standard 519-2014では配電電圧の範囲が1 kVから69 kVではTHDが5 %以下で,かつ,各次数の高調波電圧の実効値は基本波の実効値の3 %以下と定められている。平成29年度で検討した無効電流調整をEV用チャージャを構成する3レグ構成PWM整流回路に適用した場合の変換器容量低減では,この電源電圧歪を考慮していなかったが,本申請課題のEV用双方向チャージャは,柱上変圧器を介して6.6 kV配電系統に接続されるため,IEEE Standard 519-2014に定められた電圧歪を考慮する必要がある。そこで,平成30年度では電源電圧歪を考慮し,研究グループが先に提案している有効・無効電流演算ブロックを省略し直流キャパシタ電圧一定制御だけを用いた基本波無効電流制御法無効電流調整機能の有効性を検討した。EV用双方向チャージャを構成する
熱分解メチル化法による短周期気候変動の解析

本研究では、熱分解メチル化法によりカリフォルニア沖堆積物を用いて気候変動による有機物組成に対する影響を調べた。現在解析中であるが、主に着目した有機物は、リグニン、脂肪酸、フィトールなどと本研究によって新たに見出されたω-Cyclohexane-C180Hなどの一連のシクロアルキルアルコール類と6,16-/8,16-/9,16-/10,16-diOH C16:2 acidなどの多様な海洋性クチン酸類である。リグニンの変動については昨年度報告した通りであるが、植物ブランクトンに由来するC14-C18脂肪酸とフィトールは堆積物当たりの濃度として、後者が時代と共に減少が大きいものの概ね同様の変動を示し、氷期に少なく、後氷期で多かった。この変動傾向は、リグニンが氷期で多く、後氷期で少ないという傾向と対照的であった。ω-Cyclohexane-C180Hなどの一連のシクロアルキルアルコ-ル類は、起源はバクテリアに由来するものと考えられるが、これらの変動の全体的な傾向は、植物プランクトン由来の脂肪酸と同様であったが、後氷期では短周期で大きく変動することがわかった。6,16-/8,16-/9,16-/10,16-diOH C16:2 acidなどの多様な海洋性クチン酸類は、全部で9グループのものが見出された。これらのほとんどは陸上植物に由来するクチン酸類と異なる構造をしていることから海洋性のものと考えられた。興味深いことに、これら海洋性クチン酸類は、過去数万年間に短周期で変動することがわかった。特に過去1万年以前で大きな短周期での変動がみられ、ダンスガード・オシュガーサイクルなど、短周期気候変動との関わりが期待される。本報告では、カリフォルニア沖堆積物を用いた結果のうち、特にリグニンを指標とした場合の古環境の解析結果を述べる。リグニンの総量(V+S+C)は、氷期では高濃度(平均960ug/g-C)ではあるが大きく変動した(500-1800μg/g-C)のに対して、後氷期では安定していた(平均400μg/g-C)。バニリル類(V)とシリンギル類(S)の変動は、リグニン総量と同様に、いずれも氷期で多く、後氷期で少なかった。またS/V比は、約1万5000年前頃から次第にその比は増加しており、明らかに被子植物の寄与が後氷期になって相対的に増加していることがわかった。この結果は、Heusser(1998)の結果と一致しており、約2万3000年前頃から裸子植物のマツ類やイトスギ類の植物花粉が相対的に減少し、その反対に被子植物のカシ類やチャパラル(低木林)類の花粉が1万5000年前頃から相対的に増加したことを示している。ケイ比酸類(C)のp-クマル酸とフェルラ酸は、いずれもバニリル類やシリンギル類と同様に氷期で多く、後氷期で少なかった。Pc/Vc比は、全体的に1.0以上であった。草本類のPc/Vc比は0.94であるので、全体的に草本類の比よりも高い。この結果から、Pc/VC比をさらに高くするものの寄与があることを示唆された。そこで、報告者らは、マツ科2種を含む6種の花粉についてTMAH法で分析を行った。その結果、特にマツ科の花粉にはp-クマル酸が特異的に多く含まれ、Pc/Vc比は18以上であった。このことから、特にPc/Vc比の高い1万年以上前の氷期では、マツ科などの花粉の影響があることを示唆された。

本研究では、熱分解メチル化法によりカリフォルニア沖堆積物を用いて気候変動による有機物組成に対する影響を調べた。現在解析中であるが、主に着目した有機物は、リグニン、脂肪酸、フィトールなどと本研究によって新たに見出されたω-Cyclohexane-C180Hなどの一連のシクロアルキルアルコール類と6,16-/8,16-/9,16-/10,16-diOH C16:2 acidなどの多様な海洋性クチン酸類である。リグニンの変動については昨年度報告した通りであるが、植物プランクトンに由来するC14-C18脂肪酸とフィトールは堆積物当たりの濃度として、後者が時代と共に減少が大きいものの概ね同様の変動を示し、氷期に少なく、後氷期で多かった。この変動傾向は、リグニンが氷期で多く、後氷期で少ないという傾向と対照的であった。ω-Cyclohexane-C180Hなどの一連のシクロアルキルアルコール類は、起源はバクテリアに由来するものと考えられるが、これらの変動の全体的な傾向は、植物プランクトン由来の脂肪酸と同様であったが、後氷期では短周期で大きく変動することがわかった。6,16-/8,16-/9,16-/10,16-diOH C16:2 acidなどの多様な海洋性クチン酸類は、全部で9グループのものが見出された。これらのほとんどは陸上植物に由来するクチン酸類と異なる構造をしていることから海洋性のものと考えられた。興味深いことに、これら海洋性クチン酸類は、過去数万年間に短周期で変動することがわかった。特に過去1万年以前で大きな短周期での変動がみられ、ダンスガード・オシュガーサイクルなど、短周期気候変動との関わりが期待される。
トポロジカル絶縁体薄膜・接合界面の合成とスピン偏極量子輸送現象

[1]磁性/非磁性トポロジカル絶縁体の積層構造トポロジカル絶縁体薄膜の表面二次元ディラック状態は、時間反転対称性を破ることで量子ホール状態を発現することが知られている。しかしながら、トポロジカル絶縁体における量子ホール効果、量子異常ホール効果の発現温度は数十mKと極低温に限られており、高温化が課題である。申請者は、(Bi,Sb)2Te3、Cr(Bi,Sb)2Te3の非磁性・磁性二層構造にし、正常ホール抵抗・異常ホール抵抗の和を最大化するように最適化を行うことで、量子ホール状態が単膜の量子ホール効果・量子異常ホール効果よりも10倍程度高温で観測されることを見出した。さらに本年度は積層構造の研究を進め、(Bi,Sb)2Te3、Cr(Bi,Sb)2Te3を五層膜とすることで、この高温量子ホール効果をゼロ磁場でも発現させることに成功した。[2]異常量子ホール状態における磁壁伝導の観測量子異常ホール効果は強磁性秩序によって時間反転対称性の破れたトポロジカル絶縁体において発現する。二次元系の端(エッジ)には一次元的伝導状態(カイラルエッジ状態)が生まれる。このカイラルエッジ状態の向きは強磁性状態のスピン配向に依存するため、強磁性トポロジカル絶縁体においては磁区と磁区の境界である磁壁にはかならずカイラルエッジ状態が存在する。これまで、量子異常ホール効果は確認されてきたが、磁壁におけるカイラルエッジ状態の存在の明瞭な報告例ない。申請者は磁性トポロジカル絶縁体Cr(Bi,Sb)2Te3において、素子の一部をエッチングし保磁力を変調する手法を開発した。その結果、予めパターンした場所において任意に磁壁を生成できるようになった。更に抵抗測定をおこなったところ、磁壁を挟む二箇所の抵抗が場所によって異なることを見出し、エッジ伝導の存在を示唆する結果を得た。27年度が最終年度であるため、記入しない。[1]薄膜試料の品質向上バルク絶縁性が高く表面伝導が支配的なトポロジカル絶縁体の薄膜試料において、成膜後におけるアニール処理を行うことで、表面平坦性を更に上昇させることに成功した。この結果、表面伝導が支配的となる低温において、試料の移動度が1,500cm2/Vs程度まで上昇した。次に、電界効果によるフェルミ準位制御を行うためのFET素子作製を試みた。ここではデバイスプロセス中に試料が熱処理や化学薬品との反応により劣化しないようにするため、表面にALD(原子層堆積法)を用いて予め数層のAl_2O_3でキャップ層を堆積させた。以上の結果は基礎的な実験技術であるが、これまでバルク単結晶が中心だったトポロジカル絶縁体の輸送測定研究をリソグラフィにより精確にデザインされたものへ拡張する重要なものである。[2]トポロジカル絶縁体接合界面での共鳴トンネルスペクトロスコピー非トポロジカル絶縁体である半導体InPとトポロジカル絶縁体(Bi_<1-x>Sb_x)_2Te_3との接合素子を作製し、その接合界面において共鳴トンネルスペクトロスコピーを行った。その結果、トンネル伝導度の磁場依存性にディラック分散に特徴的な磁場の平方根に比例するランダウ量子化を観測し、界面状態に二次元のディラック分散が存在していることを明確にした。本研究によって、真空に面した表面ではなく、固体結晶にディラック電子状態が存在することが明らかになり、トランジスタを始めとする種々のデバイスにおけるトポロジカル絶縁体の研究が、ディラック状態を対象にする有意なものであると初めて確約できるようになった。[3]異常化量子ホール効果の観測Crをドープしたトポロジカル絶縁体(Bi, Sb) 2Te3において、異常ホール効果を巨大化させまた先述のFET素子作製技術を組み合わせることで、低温において量子化異常ホール効果を再現よく観測することに成功した。トポロジカル絶縁体の薄膜試料合成を行い、表面・界面におけるディラック電子状態の量子輸送現象観測を目的としている。特に、二次元表面状態に由来する量子ホール効果、及び磁性不純物を添加して量子化異常ホール効果について研究を行った。[1]薄膜試料の品質向上・量子ホール効果の観測・異常量子ホール効果の観測ディラック状態の物性を探求する上で、バルク伝導が抑制され、試料のフェルミ準位がディラック点近傍に制御されることは必須である。申請者は分子線エピタキシー法を用いた薄膜試料合成によって、(Bi1-xSbx)2Te3におけるキャリヤー制御の技術を行った。また電界効果トランジスタデバイスによるフェルミ準位制御を行い、磁場下において量子ホール効果をトップゲート薄膜素子として初めて観測した。異常量子ホール効果については、Crをドープしたトポロジカル絶縁体Crx(Bi,Sb)2-xTe3おいて、先述の電界効果デバイス技術を組み合わせることで異常量子ホール効果を観測した。特にCr濃度依存性について詳細に調べることで、不純物散乱が少なくゼロ磁場でも量子ホール状態を実現する試料作製技術の開発に成功した。[2]磁性/非磁性トポロジカル絶縁体の積層構造(Bi,Sb)2Te3上に、磁性元素Crを添加したCr(Bi,Sb)2Te3を積層させた二層膜を作製し、その物性を測定した。電界効果素子を作成し、磁場下での輸送測定を測定したところ、二層膜において磁場下で正常ホール効果・異常ホール効果の足し合わせで量子ホール効果を観測した。

しかも、二層膜における量子ホール効果の発現温度が非磁性単層膜における量子ホール効果、磁性単層膜における異常量子ホール効果のいずれよりも10倍近く高いことを見出した。今後積層構造を用いることでさらなる観測温度の上昇が期待される。[1]磁性/非磁性トポロジカル絶縁体の積層構造トポロジカル絶縁体薄膜の表面二次元ディラック状態は、時間反転対称性を破ることで量子ホール状態を発現することが知られている。しかしながら、トポロジカル絶縁体における量子ホール効果、量子異常ホール効果の発現温度は数十mKと極低温に限られており、高温化が課題である。申請者は、(Bi,Sb)2Te3、Cr(Bi,Sb)2Te3の非磁性・磁性二層構造にし、正常ホール抵抗・異常ホール抵抗の和を最大化するように最適化を行うことで、量子ホール状態が単膜の量子ホール効果・量子異常ホール効果よりも10倍程度高温で観測されることを見出した。さらに本年度は積層構造の研究を進め、(Bi,Sb)2Te3、Cr(Bi,Sb)2Te3を五層膜とすることで、この高温量子ホール効果をゼロ磁場でも発現させることに成功した。[2]異常量子ホール状態における磁壁伝導の観測量子異常ホール効果は強磁性秩序によって時間反転対称性の破れたトポロジカル絶縁体において発現する。二次元系の端(エッジ)には一次元的伝導状態(カイラルエッジ状態)が生まれる。このカイラルエッジ状態の向きは強磁性状態のスピン配向に依存するため、強磁性トポロジカル絶縁体においては磁区と磁区の境界である磁壁にはかならずカイラルエッジ状態が存在する。これまで、量子異常ホール効果は確認されてきたが、磁壁におけるカイラルエッジ状態の存在の明瞭な報告例ない。申請者は磁性トポロジカル絶縁体Cr(Bi,Sb)2Te3において、素子の一部をエッチングし保磁力を変調する手法を開発した。その結果、予めパターンした場所において任意に磁壁を生成できるようになった。更に抵抗測定をおこなったところ、磁壁を挟む二箇所の抵抗が場所によって異なることを見出し、エッジ伝導の存在を示唆する結果を得た。薄膜試料・デバイス作製技術が一定の水準に到達し、今後の研究を進める上での技術基盤が整ったこと、更に今後の研究方針を形作る重要な実験データが、予備的ではあるが出たためである。前者についてはトポロジカル絶縁体における量子ホール効果、異常量子ホール効果を再現性良く発言させることができ、また電界効果素子によるフェルミ準位制御も行うことが出来るようになった。一方、後者については、磁性・非磁性トポロジカル絶縁体の二層膜において以前よりもはるかに高温で量子現象が発現することを発見したことである。上記2つの研究発展によって、今後の研究計画を方針立てることができるようになった27年度が最終年度であるため、記入しない。積層薄膜を用い、トポロジカル絶縁体の表面状態に磁性体を近接させる。表面ディラック状態で時間反転対称性を破りつつ、バルクの不純物準位を抑制することで、異常量子ホール効果の観測温度を上昇させる。今まで異常量子ホール効果が観測されていたのは、磁性トポロジカル絶縁体の単層膜であったが、単層膜では、バルク内部の磁性元素由来の不純物準位、もしくは格子欠陥が三次元的な伝導を生じやすく、これが二次元量子化を困難にしている可能性がある。