hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
金物不使用型の環境に配慮した木造軸組接合部の開発

住宅の長寿命化を可能とする改修がしやすい開放的な住宅の開発を目指し、構造骨組み自体が耐震性を有するラーメン構造の実現にあたり、新たな軸組の接合方法として木製のダボを挿入し接着して一体化する接合する方法を提案した。ダボとして堅木および竹を用い、先端を楔により膨張させることにより接着と摩擦により引き抜き抵抗を与えた。開発された接合部は高い耐力と剛性を有したものの、靱性の向上が今後の課題として残された。木造住宅の耐震性め確保、長寿命化を実現のために、剛性・耐力に優れた木ダボ接合による半剛接軸組架構の住宅構法開発に取り組んできた。しかし木ダボ接合は破壊性状が脆性的であり、現段階では引きボルトと併用することによって危険な耐力低下を防いでいる。本研究では、これまでに開発された木ダボ接合について、接着剤による木ダボの引き抜き抵抗のメカニズムを再検討し、i)緩やかな接着耐力低下挙動の実現、あるいはii)接着界面破壊後の木ダボと母材との摩擦抵抗による緩やかな耐力低下の実現を検討する事を目的としている。本年度は初年度として以下3つ事項を中心に研究を進めた。1.木ダボの引き抜き抵抗メカニズムの再検討木ダボの引抜抵抗を再検討するにあたり、まず木ダボ単体の引抜試験を実施し、すべり剛性、耐力を測定した。さらに現在、接着耐力のみに依存している木ダボの引き抜き抵抗について、形状等の改良により摩擦抵抗を付加することを検討し、ダボの端部を楔により膨張させた地獄ホゾ型のダボについて引抜試験を行った。しかしながら引抜耐力の向上によりダボの破断が増大したため、ハードメープルの代わりに竹の利用を検討した。2.木ダボの引き抜き抵抗メカニズムの解析木ダボの引抜試験および木ダボ接合部のモーメント抵抗試験の結果から木ダボの引き抜き抵抗メカニズムを理論式から再検討した。これに基づき、木ダボ接合部の耐力メカニズムをモデル化し、接合部の設計方法を検討した。3.木ダボの配置・埋め込み長さによる破壊挙動のシミュレーション・スタディ検討した接合部の設計方法に基づき、仕口接合部における各ダボに生じる引抜力をダボの位置、埋め込み長さにより算定した。また実験で得られたダボの耐力に基づき、木ダボの破壊が段階的に生じるように、ダボの配置、埋め込み長さについてシミュレーション・スタディを行った。本年度は昨年度の成果を踏まえつつ、最終年度として以下の項目について研究を進めた。1.地獄ホゾ型木ダボの引き抜き抵抗メカニズムの再検討19年度の実験において、引抜抵抗を向上させる方法として地獄ホゾ型のダボを検討したが、引抜剛性は向上するものの、応力集中によりダボの破断が生じ耐力は低下してしまった。これを踏まえ、地獄ホゾによる抵抗のメカニズムを再検討すると共に、ダボの材質を破断しにくく力学的性能が高い“竹"を用いて検討した。これについて木ダボ要素の引抜実験を実施したところ、低い耐力で破断するものは減ったものの最大耐力については必ずしも高くはなかった。また、接着層がせん断破壊後に地獄ホゾによりある程度の耐力が保持されたが、最大耐力からの低下が大きく塑性率の向上には必ずしも十分に寄与しなかった。2.改良型木ダボ接合部の設計上記結果を踏まえ、19年度に検討した配置シミュレーションを用いて、破壊が段階的に生じるように、ダボの配置、埋め込み長さを調整し、改良型の木ダボ接合の設計を行った。3.改良型木ダボ接合部のモーメント抵抗性能試験の実施設計された改良型木ダボ接合部についてモーメント抵抗性能試験を実施し、構造性能を評価した。改良型ではある程度、構造性能の向上が見られ、段階的な木ダボの引き抜けが観察された。しかしながら、最大耐力からの低下がある程度大きく生じるため、評価方法として塑性率の向上には必ずしもつながらず、塑性率の大幅な向上には至らなかった。今後、更に靱性を増す方法として、効果後も粘弾性的な性能を有する接着剤の使用などを検討する。4.改良型木ダボ接合部の性能設計方法の開発実験結果を踏まえて、改良型木ダボ接合部の木ダボの配置、埋め込み長さから性能を設計する方法をまとめマニュアル化した。
フラストレート磁性体のエキゾチック秩序

幾何学的フラストレート磁性体の典型であるパイロクア磁性体を主たる対象とした研究を進め、1)2次元3角格子ハイゼンベルグ反強磁性体のボルテックス秩序の解明、2)強磁性的次近接相互作用を持ったハイゼンベルグ型パイロクロア反強磁性体における新奇な秩序化現象、および、3)RKKY長距離相互作用を有する3次元イジング型パイロクロア反強磁性体の磁気秩序化現象、の3つのテーマにおいて大きな成果を得た。1)については、大規模数値シミュレーションにより、渦度モデュラスや相関長、相関時間を大きなサイズの系まで直接計算し、この系のボルテックス秩序化について詳細な情報を得ることに成功した。特に渦度モデュラスの解析に基づき系のボルテックス転移温度を決定、転移温度以下でも相関長や相関時間は有限にとどまり、トポロジカル秩序相は大きな揺らぎを伴った特異な状態-"スピンゲル状態"-となっていることを明らかにした。2)については、モンテカルロシミュレーションに基づいた数値的研究によりにより、この系が特異な秩序状態へ1次の相転移を起こすことを確立した。低温相でのスピン秩序は非整合の波数で特徴付けられ、スピン構造因子に鋭いピークを伴うものの、スピン自体はなお大きく揺らいだ特異な状態であることを明らかにした。また3)のイジング型パイロクロア反強磁性体の秩序化の問題は、氷のプロトン秩序化と残留エントロピー問題-所謂「スピンアイス」問題-とのアナロジーもあり、また最近イジング型金属パイロクロア磁性体Pr_2Ir_2O_7において低温で極めて興味深い振る舞いが実験的に見出されたことからも、大きな注目を集めている問題である。Pr_2Ir_2O_7の場合、金属であることを反映して、主たるスピン間相互作用がRKKY長距離型相互作用になっている。本研究では、RKKY相互作用を有するパイロクロア格子上の<111>イジングモデルの磁気秩序化を、相互作用の長距離性をより厳密に取り入れるべくEwald sumの手法を用いたモンテカルロシミュレーションにより解析した。その結果、フェルミ波数に対応したパラメータ値により多様な秩序化現象を観測した。特にPr_2Ir_2O_7の実験値に近いパラメータ値の場合、反強磁性的なキュリーワイス定数を持ちながら低温での短距離秩序は強磁性的な"2-in 2-out"構造を取ること、有限温度で系は波数(0,0,1)で特徴付けられる長距離秩序状態へと1次の相転移を示すこと、(111)方向に磁場を印加すると飽和磁化の3/8の所に磁化プラトーが出現すること等を新たに見出し、最近のPr_2Ir_2O_7に関する実験結果と比較検討した幾何学的フラストレート磁性体の典型であるパイロクア磁性体を主たる対象とした研究を進め、1)2次元3角格子ハイゼンベルグ反強磁性体のボルテックス秩序の解明、2)強磁性的次近接相互作用を持ったハイゼンベルグ型パイロクロア反強磁性体における新奇な秩序化現象、および、3)RKKY長距離相互作用を有する3次元イジング型パイロクロア反強磁性体の磁気秩序化現象、の3つのテーマにおいて大きな成果を得た。特にPr_2Ir_2O_7の実験値に近いパラメータ値の場合、反強磁性的なキュリーワイス定数を持ちながら低温での短距離秩序は強磁性的な"2-in 2-out"構造を取ること、有限温度で系は波数(0,0,1)で特徴付けられる長距離秩序状態へと1次の相転移を示すこと、(111)方向に磁場を印加すると飽和磁化の3/8の所に磁化プラトーが出現すること等を新たに見出し、最近のPr_2Ir_2O_7に関する実験結果と比較検討した幾何学的フラストレート磁性体の典型であるパイロクア反強磁性体と、ランダムなフラストレート磁性体の典型例であるスピングラス、双方を対象とした研究を進めた。

パイロクロア反強磁性体については、等方的なハイゼンベルグモデルに対し、次近接相互作用の効果を温度交換法に基づく大規模モンテカルロシミュレーションにより調べた。その結果、特に次近接相互作用が強磁性的な場合、この系が特異な秩序状態へ1次の相転移を起こすことを確立することが出来た。18年度は、この低温秩序相について、詳細な解析を行った。その結果、低温相は4倍周期を有する立体的なスピン構造がスライドしているような秩序状態にあると考えると、シミュレーションの諸結果が矛盾無く理解できることが判った。また、パイクロア磁性体に関しては、近年その特異な振る舞いに注目が集まっているPr_2Ir_2O_7のモデルとして、RKKY長距離相互作用を有するパイロクロア格子上のイジングモデルのシミュレーションも行った。フェルミ波数に対応する相互作用パラメータの値により、多様な秩序状態が出現することが判明した。スピングラスの秩序化についても、大規模モンテカルロシミュレーションを進めている。特に18年度は、ベキ相互作用を持った1次元ハイゼンベルグスピングラスの秩序化に対し系統的な解析を行い、適当なべき指数の領域で、この系が通常のスピングラス秩序を伴わないカイラルグラス秩序化を示す(スピンカイラリティ分離)ことを明らかにした。19年度は、昨18年度の研究成果に立脚し、幾何学的フラストレート磁性体の典型であるパイロクア反強磁性体の磁気秩序化現象の解明を主としたと研究を進め、以下の成果を得た。3次元イジング型パイロクロア反強磁性体の秩序化の問題は、氷のプロトン秩序化と残留エントロピー問題-所謂「スピンアイス」問題-とのアナロジーもあり、近年大きな注目を集めてきた問題である。典型的なスピンアイス磁性体は絶縁体であり、そこでの主たる相互作用は磁気双極子相互作用である。他方近年の実験研究により、イジング型金属パイロクロア磁性体Pr_2Ir_2O_7が低温で極めて興味深い振る舞いを示すことが明らかになってきた。Pr_2Ir_2O_7の場合、金属であることを反映して、主たるスピン間相互作用がRKKY長距離型相互作用になっていると期待される。19年度は、RKKY相互作用を有するパイロクロア格子上の<111>イジングモデルの磁気秩序化を、相互作用の長距離性をより厳密に取り入れるべくEwald sumの手法を用いたモンテカルロシミュレーションにより調べた。その結果、フェルミ波数に対応したパラメータ値により多様な秩序化現象を観測した。特にPr_2Ir_2O_7の実験値に近いパラメータ値の場合、反強磁性的なキュリーワイス定数を持ちながら低温での短距離秩序は強磁性的な"2-in2-out"構造を取ること、有限温度で系は波数(0,0,1)で特徴付けられる長距離秩序状態へと1次の相転移を示すこと、(111)方向に磁場を印加すると飽和磁化の3/8の所に磁化プラトーが出現すること等を新たに見出し、最近のPr_2Ir_2O_7に関する実験結果と比較検討した。
障害肝における類洞壁細胞のプロスタノイド受容体の機能とその制御機構に関する研究

【材料および方法】1)ヒト臍帯動脈内皮細胞(HUVEC)およびヒト肝癌細胞株であるHepG2よりAGPC法によってtotal RNAを抽出しRT-PCR法を用いてHUVECとHepG2上のTXA_2、PGI_2レセプターの存在を検討した。またTXA_2レセプターに関してはサブタイプの決定も行った。2)HUVECの培養上清中にThromboxan A_2(TXA_2)アナログ(STA_2)、Prostaglangin I_2(PGI_2)アナログ(OP-2507)およびPGE_1アナログ(G511)をそれぞれ0、0.1、1、10、100、1000ng/mlとなるように添加し、12時間培養後、cell lysate中のThrombomodulin(TM)抗原をsandwithELISA法を用いて測定した。3)HepG2を用いて、その培養上清中に上記と同様にSTA_2、OP-2507およびG511を添加した。24時間培養後、上清中のProtein C inhibitorの抗原値をそれぞれsandwith ELISA法を用いて測定した。【成績】1)TXA_2レセプターはHUVECおよびHepG2ともに存在したが、そのサブタイプは血小板と違っていた。またPGI_2レセプターはHUVECには存在したが、HepG2には認めなかった。2)STA_2、OP-2507ともに10ng/mlで25%、15%とTM抗原の上昇を認めた。3)STA_2およびG511の添加によってPCI抗原の有意な減少を認め、1000ng/mlでそれぞれ76%、68%にまで減少した。
癌特異的エネルギー代謝を標的とした新規食道癌治療法の開発

解糖系酵素であるpyruvate kinase M2(PKM2)の発現を免疫組織学的に検討したところ、PKM2の発現はヒト正常組織では見られず食道癌組織のみで見られ、PKM2発現と予後は逆相関を示した。食道癌細胞株を用いた基礎実験では、PKM2の発現を抑制すると食道癌細胞の増殖が抑制され、さらに化学療法の感受性が増強した。以上よりPKM2は食道癌治療における新規の分子標的となりうると考えられた解糖系酵素であるpyruvate kinase M2(PKM2)の発現を免疫組織学的に検討したところ、PKM2の発現はヒト正常組織では見られず食道癌組織のみで見られ、PKM2発現と予後は逆相関を示した。以上よりPKM2は食道癌治療における新規の分子標的となりうると考えられた1癌細胞におけるエネルギー代謝指標としてのミトコンドリアの検討当科での食道癌切除標本において抗ミトコンドリア(mit)抗体を用いた免疫染色を行い食道癌組織におけるmit量を免疫組織学的に評価することを試みた。対象は67例(術前未治療例44例、術前放射線治療例23例)で抗mit抗体(clone SPM198)による免疫染色の評価を各癌細胞において強陽性と弱陽性に分けて強陽性の割合が50%以上をhigh、50%未満をlowとした。67例中43例がhigh、24例がlowであったが、術前未治療群と術前放射線治療群の両群の間にはmit染色に差を認めなかった。mit染色とリンパ節転移、病期進行度などの臨床病理学的因子との関連は明らかでなかったが、生存率ではmit-low群はmit-high群と比べて有意に予後不良であり、食道癌組織における免疫組織学的なmit量は癌の悪性度を反映すると考えられた。今後は、食道癌組織におけるmitDNAの定量を行ってmitDNA量と悪性度との関係を評価する予定にしている。またmit量(免疫染色、DNA定量)と術前化学療法の効果との関連を解析する予定にしている。2食道癌組織におけるエネルギー代謝関連分子の発現の検討l)、hexokinase IIなどの解糖系関連酵素のほか、PDK(pyruvate dehydrogenase kinases)やPHD(prorylhydroxylase domain)などのエネルギー代謝関連分子の免疫組織学的な発現を検討中である。当科での食道癌切除標本において抗PKM2抗体を用いた免疫染色を行い食道癌組織におけるPKM2発現の検討を行った。対象は90例(術前未治療45例、術前化学療法45例)。PKM2の免疫染色の評価は陽性細胞数のfrequencyとintensityの総合評価をスコア化し高発現/低発現の2群に分けて検討を行った。PKM2の発現は正常組織ではみられず癌組織のcytoplasmのみに見られた。術前未治療例の46%、術前化学療法例の65%がPKM2高発現であり術前化療群で発現が強い傾向がみられた。術前未治療と術前化療例のいずれにおいても臨床病理学的因子との関連は明らかでなかったが、生存率はPKM2高発現群で予後不良であり、食道癌組織におけるPKM2発現は癌の悪性度を反映すると考えられた。2食道癌細胞株におけるPKM2発現抑制効果の検討食道癌細胞株TE3、TE8においてsiRNAによりPKM2をknoch downした細胞株TE3kd、TE8kdを作成し、PKM2抑制による細胞増殖などの検討を行なった。正常酸素濃度下での培養ではPKM2knock downによる増殖変化は見られなかったが、低酸素培養下ではPKM2knock down株では有意に増殖が抑制された。また正常酸素下ではATP産生はPKM2knock downの影響を受けなかったが、低酸素下ではRKM2knock down株では有意にATP産生が減少していた。以上より、低酸素下条件においては食道癌細胞の増殖のためのエネルギー産生はPKM2に依存ずるこどが考えれられた。
理工系大学初年度物理受講者の思考過程調査に基づいた教材開発と授業改善

本研究の目的は,物理教育現場における調査に基づき,個々の学生の学習過程を支援できる教材群を開発し,授業を改善するための具体的手段を構築することである。東京都市大学工学部の初年度生に対して行なった調査より,次の点が明らかとなった。(1)基礎学力調査結果と学習姿勢との間には強い相関がある。(2)誤概念最大占有率のFCIpre,postにおける変容は,伝統的授業クラスと,インタラクティブな授業クラスにおいて質的に異なる。(3)問題解法スキルとFCIpostとの間には強い相関がある。(4)相互型演示実験授業(ILDs)においては,学生の概念変容のプロセスや特徴が伝統的クラスと質的に異なる。本研究の目的は,理工系大学初年度物理教育の現場で生じている事実の調査に基づき,学生個々の学習過程を効果的に支援することのできる教材群を開発し,授業を改善するための具体的手段を構築することにある。そのために伝統的授業,学生間および教師学生間の相互作用を重視したインタラクティブな授業のそれぞれにおいて,学生は授業や教材群に対してどのような態度で臨み,どのような思考過程を経て物理を把握するのかを,学生に対する聞き取り調査によって分析し,これを授業記録・発言記録等の解析やFCI等の概念調査,その他学習姿勢調査,科学的推論能力調査等,各種統計調査と組み合わせ,授業による学生の変容を追跡調査することにより,学習に困難が生じている者と成功している者の違いを特色づける基本的要素を摘出する。こうした要素を摘出することができれば,その部分を強化・補強することができる指導や授業方略,あるいは学習教材・カリキュラム等は,きわめて有効であることが予想されるので,こうした調査研究は授業改善にとって重要な役割を担う。平成27年度には,連携研究者,研究協力者らと計6回の研究会を定期的に開催し,1.基礎学力調査,2.力学概念調査(FCI)プレ調査およびポスト調査,3.簡易MPEXによる学習姿勢調査,4.ローソンテストによる科学的推論能力調査の4つの統計調査,および受講者からの聞き取り調査ビデオ記録・筆記記録を進行状況に応じて分析した。その結果,個々の学生が持つ問題解法スキル,および問題解法にポリヤの手法を活かす能力は,通常テストによる成績や,学生が抱く物理に対する学習姿勢との関連が薄い一方,物理の概念的理解度と強い相関を持つことが,明らかになりつつある。学生の概念的理解度を増強させることができるような授業方略や,教材開発が求められている。平成27年度には,上記目的を遂行するため,東京都市大学工学部1年生の物理学(1),物理学(1)リメディアルクラス受講者を平成27年度調査対象とし,主に1.基礎学力調査,2.力学概念調査(FCI)プレ調査およびポスト調査,3.簡易MPEXによる学習姿勢調査,4.ローソンテストによる科学的推論能力調査の4つを統計調査として実施した。また,物理学(1),物理学(1)リメディアルクラスよりそれぞれ1クラスを抽出し,演習プリントの解答状況,授業振り返りの回答状況等のデータを収集した。さらに対象授業受講者より,のべ13名の学生の協力を得,聞き取り調査を実施した。一方,年間授業を通しての同一学生の変容については,十分なサンプル数を確保することができなかったので,その解明にやや遅れを取っている。連携研究者,研究協力者らと計6回の研究会を定期的に開催し,1.4.の統計調査,および聞き取り調査ビデオ記録・筆記記録を進行状況に応じて分析した。その結果,個々の学生が持つ問題解法スキル,およびポリヤの手法を活かす能力は,通常テストによる成績や,学生が抱く物理に対する学習姿勢よりも,物理の概念的理解度と強い相関を持つことが明らかになりつつある。本研究の目的は,理工系大学初年度物理教育の現場で生じている事実の調査に基づき,学生個々の学習過程を効果的に支援することのできる教材群を開発し,授業を改善するための具体的手段を構築することである。そのために伝統的授業,学生間および教師学生間の相互作用を重視したインタラクティブな授業のそれぞれにおいて,学生は授業や教材群に対してどのような態度で臨み,どのような思考過程を経て物理を把握するのかを,学生に対する聞き取り調査によって分析する。平成28年度には連携研究者,研究協力者らと,計3回の研究会(平成27年度には計6回)を開催し,東京都市大学工学部で実施した1.基礎学力調査,2.力学概念調査(FCI)プレ調査およびポスト調査,3.簡易MPEXによる学習姿勢調査,4.CLASS学習姿勢調査,5.ローソンテストによる科学的推論能力調査,それぞれの分析と結果について検討した。また,平成27年度に続き物理学(1)(2)(力学分野)受講生からの聞き取り調査をボランティア学生10名について実施し(平成27年度は11名),ビデオ画像記録,筆記記録を連携研究者,研究協力者らと共に解析した。平成27年の調査では,個々の学生が持つ問題解法スキル,および問題解法にポリヤの指針を活かすことのできる能力は,通常テストによる成績や学生が抱く物理に対する学習姿勢との関連よりも,物理の概念的理解度と強い相関を持つという結果が得られている。平成28年度調査においても,概念的理解度との関連が強いことを補強するデータが得られる一方,学生が物理学に対して抱く学習姿勢や学習意欲との関連についても注意を払う必要があることを示唆する結果が新たに得られている。さらに通常クラスとアクティブラーニング型の授業それぞれにおける力学概念プレ,ポスト調査を比較することができ,後者の質的違いが明らかになりつつある。

上記目的を遂行するため,東京都市大学工学部1年生の物理学(1)(2)(力学分野),同リメディアルクラス,物理学概論受講者を平成28年度調査対象とし,1.基礎学力調査,2.力学概念調査(FCI)プレ調査およびポスト調査,3.簡易MPEXによる学習姿勢調査,4.CLASSによる学習姿勢調査,の4つを統計調査として平成27年度に引き続き実施した。さらに,物理学概論受講者には物理学電流回路概念評価問題(ECCE)プレ,ポストを実施した。また,物理学(1)(2)(力学分野)履修者への聞き取り調査も平成27年度に引き続き実施し,調査対象者は21名に達した。こうしたマクロな統計調査,ミクロな聞き取り調査を統合し,理工系学生の物理学に対する思考過程や学習態度,成功している者と困難を抱いている者の違いを示す要因が明らかになりつつある。物理学(1)(2)(力学分野)は,授業中に小規模な演習,話し合い活動等を取り入れてはいるが,いわゆる伝統的講義形式の授業である。その一方,物理学概論の授業はいわゆるアクティブラーニング型の授業である。28年度については,前者と後者とのFCIのプレ,ポストによるゲインの質的違いを検証することができた。本研究課題の一つに伝統的授業とアクティブラーニング型授業,それぞれについての分析が挙げられているが,その研究に踏み込むことができた。しかし後者についてサンプル数(登録学生数)が12名と少ない点に問題があり,29年度調査に期待したい。なお,伝統的講義とアクティブラーニング型講義による学生の変容の質的違いについては平成28年3月に大阪大学で開催された第72回物理学会領域13において発表されている。本研究の目的は,理工系大学初年度物理教育の現場で生じている事実の調査に基づき,学生個々の学習過程を効果的に支援できる教材群を開発し,授業を改善するための具体的手段を構築することである。そのために東京都市大学工学部の初年度生に対して3年間にわたり基礎学力調査(計2146名),MPEX簡易版による学習姿勢調査(計2146名),FCI力学概念調査pre(計1040名),post(計745名),半構成型聞き取り調査(計34名)を実施し,合わせてインタラクティブな授業の記録を取った。これらの分析調査から次の点が明らかとなった。(1)学生が所属する年度・学科を1グループと見なし,9学科3年間から27グループを構成したところ,各グループの基礎学力調査結果とMPEX簡易数値評価との間には強い相関があることが見いだされた。(2)FCI力学概念調査は学生が持つ力学の概念的理解度を測定するばかりでなく,学生がどのような誤概念を持っているかを診断する役割がある。FCIによって同定される誤概念の各カテゴリーに対し,クラスの誤概念最大占有率を求め,それがFCIpre,postでどのように変容するかを伝統的授業クラスと,インタラクティブな授業クラスにおいて調査したところ,両者の概念変容に質的違いが生じていた。(3)面接対象学生が問題を解く過程の記録から,問題解法スキルを評価したところ,FCIpostと強い相関があった。しかしFCIpost8割以上の学生には相関がみられなかった。
中性子散乱を用いる希土類系合金アモルファス薄膜中の水素の局所構造研究

本研究は、中性子弾性散乱および非弾性散乱を利用し、アモルファスLaNi_<5.0>中における水素原子周囲の局所的環境を明らかにすることにより、結晶(c-)からアモルファス(a-)への形態の変化がもたらすLaNi_5の構造の違いと水素吸蔵特性の差との相関性について考察することを目的とする。中性子非弾性散乱実験より、結晶とは異なりアモルファス中の水素は様々な振動エネルギーを有していることがわかった。このことから、水素は形状やサイズのそろったサイトにのみ存在するのではなく、それらにばらつきを有する歪んだサイトにも占有されていることが明かになった。中性子弾性散乱実験よりa-LaNi_<5.0>およびa-LaNi_<5.0>D_<2.5>の全二体分布関数g(r)を導出し、さらにそれらから重水素原子に関係する原子-原子相関を抽出することにより、D-La,D-NiそしてD-D相関からなる二体分布関数Δg(r)を得た。その解析により、D原子に最隣接するNi原子との相関の平均距離は、1.70Aであることがわかった。結晶におけるこの距離付近のD-Ni相関の平均距離は1.64Aであることから、a-LaNi_<5.0>D_<2.5>中のD-Ni平均相関距離は結晶におけるそれと比較して伸長していることがわかった。このことよりアモルファス中の(重)水素は、サイズの膨張しているサイトにも存在しうることが明らかとなった。得られたD原子に最隣接するNi原子およびLa原子の配位数より、アモルファス中に存在する2種類のサイトへ配分される水素の割合は、四面体サイトで80%、八面体サイトで20%であることが示唆された。水素濃度がH/LaNi_5<3の時、結晶においては、四面体サイトへ分配される水素の割合は50%以下であることが明らかにされている。これに対しアモルファスの場合はその分配率が大きく異なり、H/LaNi_5=2.5という水素濃度において、80%もの水素が四面体サイトへ分配されることがわかった。
血管壁細胞の培養系を用いた細胞内脂質蓄積機構の解析

(1)形態学的観察により、酵素の欠損のためにlysosomeでの脂質球の分解が阻害されているにも拘わらず、細胞質に限界膜に囲まれていない脂質球が蓄積することが見いだされた。このことは、lysosomeでの分解→microsomeでの再ester化→細胞質の脂質球の蓄積という通常の経路を経ずに、細胞質に脂質球が蓄積する機構が存在することを示している。
バーチャル単一細胞ゲノムシーケンス法による姉妹染色分体の分配と組み換えの解析

本研究では姉妹染色分体の挙動を追跡するために、以下の手順に沿った解析を計画した。1DNAシチジンデアミネースAID (Cを脱アミノ化してUに変換)とウラシルDNAグライコシレースUNG1(DNA中のUを修復)の発現を相互排他的に誘導・抑制できる酵母株を構築する。21の株をAIDの発現が誘導されUNG1の発現が抑制される条件(AID+/UNG1ー)の寒天培地上に散布し、DNA鎖の随所にC→Uの変換を誘導する。32の状態での複製により姉妹染色分体間に微細な配列の差異を導入する。4出芽直後に母細胞と娘細胞をマイクロマニピュレータで分離して、AIDの発現が抑制されてUNG1の発現が誘導される条件(AIDー/UNG1+)の培地に移す。54の状態で十分に増殖させた両細胞のゲノム配列を決定する。親細胞のWatson鎖およびCrick鎖に由来する娘細胞のゲノム領域は、親細胞の元来の配列(参照配列)に対してそれぞれC-TおよびG-Aのミスマッチを示す。この性質を利用して分配様式を明らかにし、組み換え部位を特定する。一方で、mcm4-chaosアレルと野生型MCM4アレルの発現スイッチングによるゲノム不安定性についても解析を進めたが、報告されているような表現型の変化が認められなかった。最近、この現象が2倍体に特異的であることが報告されたため、2倍体株を作成して表現型の確認を行い、ゲノムシーケンスを予定している。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の計画の骨子は以下の通りである。(1)DNAシチジンデアミネースAID(Cを脱アミノ化してUに変換)とウラシルDNAグライコシレースUNG1(DNA中のUを修復)の発現を相互排他的に誘導・抑制できる酵母株を構築する。(2)(1)の株をAIDの発現が誘導されUNG1の発現が抑制される条件(AID+/UNG1-)の寒天培地上に散布し、DNA鎖の随所にC→Uの変換を誘導する。(3)(2)の状態での複製により姉妹染色分体間に微細な配列の差異を導入する。(4)出芽直後に母細胞と娘細胞をマイクロマニピュレータで分離して、AIDの発現が抑制されてUNG1の発現が誘導される条件(AID-/UNG1+)の培地に移す。(5)(4)の状態で十分に増殖させた両細胞のゲノム配列を決定する。親細胞のWatson鎖およびCrick鎖(図中それぞれWとC)に由来する娘細胞のゲノム領域は、親細胞の元来の配列(参照配列)に対してそれぞれC-TおよびG-Aのミスマッチを示す。上記の目的を実現するために、hAIDとUNG1をそれぞれMET17プロモータとGAL1プロモータで発現させる酵母株(FY1679-28C,ung1-delta::KanMX,URA3::GAL1pr-Flag-UNG1,LEU2::MET1Zpr-GFP-Flag-hAID)の作成を進めた。作成した株を(1)ガラクトースとメチオニンを含む培地と(2)グルコース培地で培養し、抗Flag抗体でウエスタンブロット解析を行って、(1)と(2)でそれぞれUng1とhAIDが相互排他的に発現することを確認した。次に、カナバニン抵抗性を指標に、変異率の検討を行った。その結果、変異率が不十分と判断されたため、その向上を目指して、以下の改変を加えた。まず、AIDによる変異率向上に有効であることが報告されているTHO複合体の構成因子を破壊した。次に、hAIDからFlagタグを除いた。これらの改良で変異率の向上が認められた。現在、より詳細な解析を進めている。

24年度が最終年度であるため、記入しない。当初の計画に沿って、実験に用いる変異株の作成が予定通りに進んだ。変異率が不十分であった場合も想定しており、予めそれに備えて計画していたTHO複合体の改変も奏功したことから、概ね順調に進展していると判断した。予定した株の作成が概ね順調に進んでおり、次年度には予定通りゲノムシーケンシングが行えると思われる。また、バーチャル単一細胞シーケンス法のゲノムアダプテーション研究における有効性を示す別の株として、酵母のがんモデル株も用意できているので、こちらも解析に加えることを検討する。
ねじりひずみを用いた新しい非共振型振動発電機構の研究

本研究では、丸棒のねじりひずみを利用した新しい圧電振動発電の方式を提案し、振動発電機構を試作して発生電圧の実測評価およびシミュレーションによる発電機構の基本設計を行った。また、ねじりひずみを利用した圧電振動発電機構の新規用途として、沿岸域での減災技術として「ねじりひずみ型の圧電発電機構」の実現可能性を示した。平成26年度は、ねじりひずみを利用する振動発電の実現可能性を実験的に検証することを目的とし、1次試作としてトーションバー型の圧電振動発電機構を試作し、発生電圧の実測評価を行った。また、平成27年度に試作するコイルバネ型の圧電振動発電機構の基本設計に取り組んだ。1本のアルミ製丸棒の表面に3枚の圧電コンポジットMFC(Macro Fiber Composite)(米国Smart Material社製)をそれぞれ異なるスパイラル角(45度±5度程度)でスパイラル状に二液性エポキシ接着剤で貼付し、発電性能比較用のトーションバー型の発電機構を試作した。発電性能の評価は、丸棒にねじり方向の荷重を付加し、その際の発生電圧を実測することで比較・評価した。今回の1次試作の発電機構では、発生電圧の値に明確な差が観られなかった。異なるスパイラル角で貼付したMFCが1枚ずつであったことと、ねじり方向の荷重付加が不十分であったことが原因と考えられる。コイルバネ型の圧電振動発電機構の基本設計として、円形断面を有する一条のコイルバネ形状体に対して、コイルバネの変形量とコイル表面のねじりひずみの関係式を整理した。続いて、有限要素解析ソフトAbaqusを用いて円形断面を有する一条のコイルバネ形状体の有限要素モデルを構成し、コイル変形シミュレーションを行った。コイル変形シミュレーションで得られたコイル表面のねじりひずみは、先に整理したコイルバネの変形量とコイル表面のねじりひずみの関係式に従うものとなり、この関係式がコイルバネ型の圧電振動発電機構の基本設計に使えることを確認した。平成27年度の設計シミュレーションでは、前年度に実施した一条のコイルバネ型の圧電振動発電機構の基本設計を発展させて、複数条のコイルバネ型圧電振動発電機構の設計を有限要素解析ソフトAbaqusを用いて行った。圧電素子には、研究代表者が従来の片持ちはり型振動発電機構で発電実績を有する圧電コンポジットMFCを引き続き使用することとし、コイル表面にMFCを貼付できるコイル直径を選定した。その結果、研究代表者が過去に試作した片持ちはり型振動発電機構に比べて発電機構部全体の重量と寸法が増大し、発電機構自体が荷重負荷可能な構造体を構成できるものとなった。次に、1次試作トーションバー型圧電振動発電機構の発電性能評価を行うとともに、コイルバネ型の圧電振動発電機構の試作(2次試作)を行った。2次試作は平成28年1月末に着手したこともあり、2次試作は途中となり現有の大型振動試験装置での加振試行と発電性能評価の試行を行うにとどまった。今年度は前記の実施内容に加えて、試作中の圧電振動発電機構の新規用途の検討を行った。前年度の基本設計の時点で、発電機構の大型化・重量化が見込まれていたので、大荷重が負荷される構造体の一部として「ねじり振動」する構造部材を本研究課題で開発中の圧電振動発電機構に置き換えることを想定した新規用途として、Ocean Wave Generator(OWG)への応用を検討した。今年度に実施した国内学会および国際学会での振動発電の研究動向調査および減災工学での新技術調査の結果、特に欧州地域で近年、導電ポリマー膜を用いた海中でのOWGの研究が進められていることが分かった。沿岸域での減災技術として「ねじりひずみ型の圧電発電機構」の可能性について検討を進め、今後、より具体的な設計シミュレーションとして沿岸域での波浪エネルギーの低減効果の検討を行う必要があることが分かった。平成27年度の2次試作であるコイルバネ型圧電振動発電機構での振動発電の検証実験は、丸棒表面にMFCを貼付する1次試作に比べて2次試作ではスパイラル状のコイル表面にMFCを貼付したので試行錯誤を繰り返すこととなり試作が中途となり、現有の大型振動試験装置での加振試行と発電性能評価の試行を行うにとどまった。初年度の遅れに加えて今年度の2次試作でも遅れが出たことで全体として発電性能の実験的評価の部分で遅れている。今年度は、別途、圧電振動発電機構の新規用途の検討を行い、沿岸域での減災技術として「ねじりひずみ型の圧電発電機構」の実現可能性があることが分かり、最終年度の研究成果への取り込みが見込めることとなった。本研究では、丸棒のねじりひずみを利用した新しい圧電振動発電の方式を提案し、振動発電機構を試作して発生電圧の実測評価およびシミュレーションによる発電機構の基本設計を行った(平成2627年度)。また、ねじりひずみを利用した圧電振動発電機構の新規用途として、沿岸域での減災技術として「ねじりひずみ型の圧電発電機構」の実現可能性を示した(平成28年度)。本研究で提案した圧電振動発電の方式は、円形断面の棒材の表面に圧電コンポジットを貼付し、棒を繰り返しねじり変形させることによって生じる繰り返しのねじりひずみから圧電コンポジットにて繰り返しの振動数に応じた電圧を発生させ、外部接続した電気回路(負荷)で微小交流電力を得るものである。

平成26年度は、トーションバー型の圧電振動発電機構を試作し、提案方式による振動発電の実現可能性を検証した。また、コイルバネ型の圧電振動発電機構の基本設計を行った。平成27年度は、前年度の基本設計を発展させ複数条のコイルバネ型圧電振動発電機構の設計を有限要素解析ソフトAbaqusを用いて行った。コイル型振動発電機構は、研究代表者が過去に試作した片持ちはり型振動発電機構に比べて発電機構部全体の重量と寸法が増大し、発電機構自体が荷重負荷可能な構造体を構成できるものとなった。平成28年度(最終年度)は、沿岸域での減災技術として「ねじりひずみ型の圧電発電機構」を用いた構造体による波浪エネルギーの低減効果の検討し、減災技術への応用可能性を示した。本研究では、丸棒のねじりひずみを利用した新しい圧電振動発電の方式を提案し、振動発電機構を試作して発生電圧の実測評価およびシミュレーションによる発電機構の基本設計を行った。また、ねじりひずみを利用した圧電振動発電機構の新規用途として、沿岸域での減災技術として「ねじりひずみ型の圧電発電機構」の実現可能性を示した。平成26年度1次試作のトーションバー型発電機構を用いたねじりひずみによる振動発電の検証実験では、発電性能評価のための比較パラメータとして、圧電コンポジットを丸棒表面に貼付するときのスパイラル角だけでなく、圧電コンポジットの貼付ピッチと接続方式(直列、並列)、圧電コンポジットの周方向位相を計画していたが、1次試作の遅れによりスパイラル角の比較のみにとどまった。さらに、丸棒にねじり方向荷重を付加する機構に不備があったため、充分なねじり方向の荷重付加ができず、スパイラル角の違いによる発生電圧の値の差が明確とならなかった。一方で、コイルバネ型の圧電振動発電機構の基本設計については、設計に使用するコイルバネの変形量とコイル表面のねじりひずみの関係式の妥当性が確認でき、ほぼ予定通りの進行となった。平成28年度は、平成27年度に中途となっ2次試作のコイルバネ型圧電振動発電機構での振動発電の検証実験を行う。また、平成27年度にコイルバネ型圧電振動発電機構の新規用途として検討した沿岸域での減災技術について、実現可能性を検討するためのより具体的な設計シミュレーションである沿岸域での波浪エネルギーの低減効果の検討を行う。機械力学・制御平成27年度は、平成26年度に実施できなかった1次試作のトーションバー型発電機構を用いたねじりひずみによる振動発電の検証実験を行い、初年度の実施計画の遅れ分を取り戻す。また、当初から計画していた2次試作であるコイルバネ型の圧電振動発電機構の試作を並行して進め、早期に発電性能評価が実施できるようにする。前年度の1次試作の遅れ分の実施に加えて、研究代表者が平成27年4月に所属変更したことにかかわる諸般の事情で平成27年度の予算執行可能時期に遅れ生じたことで、年度当初に計画した予算から未使用分が生じる結果となった。平成27年1月の時点で研究代表者が平成27年4月に所属変更することが決まったことにより、年度当初の研究計画策定時に想定していなかった業務が多数発生し、結果的に平成27年1月以降は計画通りの研究実施ができなかった。さらに、1次試作自体も遅れていたことが加わり、年度当初に計画した予算から未使用分が生じる結果となった。平成28年度は平成27年度実施計画の遅れ分も並行して実施する計画であるので、平成27年度に繰り越した分は平成28年度に使用する。
アルバハリの小説『雪の男』、『ママッツ』にみる権力の脱中心化－差異、他者性、言語

「アルバハリ作品がセルビア国内外で注目される理由を明らかにする、その中でも彼の文学のポストモダン性を追究することでユーゴスラヴィア/セルビアの文学史での位置づけをも明らかにする」という目標のために、アルバハリの作品の分析し、翻訳を進めながら理解を深めた。以下、内訳となる。1)『雪の男』、『ママッツ』の分析:アルバハリ作品が持つ特徴である「ポストモダン性」を明らかにするため、彼の作品を全て読み直し再考した。重要部分は翻訳を行った。その上で『雪の男』『ママッツ』がいかに特徴的であるか、分析を進めた。2)両作品の翻訳:翻訳は『雪の男』は完成、『ママッツ』はラスト数十頁を残すのみである。出版に興味を持つ編集者とのやりとりは続いており、内容チェックを相互間で行っている。また、短編翻訳に関してエージェントとの交渉は半ばとなっている。3)フィールドワーク:予定していたフィールドワークは、諸事情により長期間日本を離れられることが不可能であったため延期した。作家とのメールのやりとりは続けており、翻訳に重要な情報は随時メールで問い合わせている。また、資料調査と収集は進み、セルビア語の資料は主として現地在住のマリッチ氏、日本在住のミシュコヴィッチ氏の協力を得ることで集めることが可能となった。4)論文発表:『アリーナ』に発表した「ダヴィド・アルバハリ作品ガイド」は全作品を網羅し、重要な作品はキーワードと翻訳を載せ、踏み込んだ分析も加えている。また、とりわけ重要なのはテンブックスより刊行された書籍『いま、世界で読まれている105冊2013』に寄稿したアルバハリの作品『ママッツ』に関する記事である。これは、作家の凝縮された紹介文と『ママッツ』のエッセンスが詰まった文章であり、今後の翻訳出版に向けた宣伝にもなり得る成果となった。フィールドワークの現地調査は延期したものの、その他の研究および翻訳は順調に進んでいる。これまで取り組んできたアルバハリ研究を平成26年6月14日の日本スラヴ学会のシンポジウムで発表予定であるが、その他成果を論文として投稿予定である。また、これまでの研究でわかったこと、アルバハリのポストモダン性についてより深い考察をするため、特定時代のユーゴスラヴィアの文化政策と芸術、そして紛争と芸術に関する調査を行う予定である。さらに、翻訳は出版に向けた交渉へ入る段階にきており、底本を編集者のチェックを受け、よりよい翻訳を世に発表したい。1、論文執筆のための調査:在セルビアのユダヤ人共同体へメールでインタビューを行う。現地の研究者クリチコヴィッチ(Dalibor Kurickovic)氏、ペトコヴィッチ(Tijana Petkovic)とコンタクトを取り、論文執筆のための調査協力を得る。また、翻訳家のマリッチ(Elvira Maric)氏とコンタクトを取り、2011年秋にベオグラードで開催される図書の博覧会での資料収集を依頼。アルバハリの新刊および、論文執筆のための書籍を購入。2、『思想』に論文を寄稿:栃井裕美「バルカン文学の可能性-ユーゴスラヴィアの作家、キシュとアルバハリ-」、『思想』第四号、298326頁(岩波書店、2012)に掲載。本論文は、ユーゴスラヴィアのユダヤ文学に関する端緒となり、今後のアルバハリ研究の発展の足がかりとなるものである。3、『ガイドブック東欧の想像力』(松籟社、本年度刊行予定)に寄稿:「ダヴィド・アルバハリ」、「アレクサンダル・ティシュマ」の欄を執筆。なお、本著は東欧の有名作家を概説した、東欧文学への導入を目指したものである。日本におけるユーゴスラヴィアのユダヤ文学、アルバハリの紹介となるものである。4、アルバハリの作品『ママッツ』(Mamac)の翻訳:予定通りの進行状況であり、3分の2を終える。5、資料調査:文献調査をおこない、書籍を購入した。また、翻訳や今後のインタビューに必要な物品を購入。6、書評の執筆:「書評バニース・アイゼンシュタイン(山川純子訳)『わたしはホロコーストから生まれた』」『アリーナ』No.12(風媒社、2011)に掲載。7、書評の執筆:「書評越村勲、山崎信一著『映画『アンダーグラウンド』を観ましたか?-ユーゴスラヴィアの崩壊を考える』」『アリーナ』No.13(風媒社、2012)に掲載予定(印刷中)。以下、内訳となる。

また、資料調査と収集は進み、セルビア語の資料は主として現地在住のマリッチ氏、日本在住のミシュコヴィッチ氏の協力を得ることで集めることが可能となった。4)論文発表:『アリーナ』に発表した「ダヴィド・アルバハリ作品ガイド」は全作品を網羅し、重要な作品はキーワードと翻訳を載せ、踏み込んだ分析も加えている。また、とりわけ重要なのはテンブックスより刊行された書籍『いま、世界で読まれている105冊2013』に寄稿したアルバハリの作品『ママッツ』に関する記事である。これは、作家の凝縮された紹介文と『ママッツ』のエッセンスが詰まった文章であり、今後の翻訳出版に向けた宣伝にもなり得る成果となった。半年ほど育児休業中であるが、残りは調査、論文や書評の執筆、翻訳などを進め、研究はおおむね順調に進展している。フィールドワークの現地調査は延期したものの、その他の研究および翻訳は順調に進んでいる。1、育児休業のため翌年度に繰り越したフィールドワークを実施し、研究に必要な調査を行う。その際、アルバハリへのインタビューを実施する予定である。主としてベオグラードを拠点とし、アルバハリへのインタビュー、資料収集、現地研究機関との共同研究を行う。インタビューは映像と共に記録し、国内外で発表を行う。なお、すでに作家とコンタクトを取っておりインタビュー実施については了承済み。2、『雪の男』、『ママッツ』の分析の完成3、両作品の翻訳:双方ともに翻訳を完成させ、出版社との打ち合わせに入る。4、論文発表:本研究の成果を国内の学術誌に発表する。これまで取り組んできたアルバハリ研究を平成26年6月14日の日本スラヴ学会のシンポジウムで発表予定であるが、その他成果を論文として投稿予定である。また、これまでの研究でわかったこと、アルバハリのポストモダン性についてより深い考察をするため、特定時代のユーゴスラヴィアの文化政策と芸術、そして紛争と芸術に関する調査を行う予定である。さらに、翻訳は出版に向けた交渉へ入る段階にきており、底本を編集者のチェックを受け、よりよい翻訳を世に発表したい。
連鎖的な空間相互作用を考慮したエントロピー・モデルの一般化と都市分析への応用

スフィンゴシン結合タンパク質をヒト小腸上皮様細胞に分化させたCaco-2細胞から分離した。Caco-2細胞はDMEM培地で15-17日間培養して分化させた。分化したCaco-2細胞を40μmのスフィンゴシンで2時間処理した。ついで細胞を溶解し、DEAE-celluloseカラムによる分離に供した。分離した画分を集め、脂質を抽出した。脂質はスフィンゴシンのピークを検出するためにHPLC分析に供した。スフィンゴシンを検出した分画のタンパク質を3-kDa限外ろ過フィルターで処理した。得られたタンパク質は10%SDS-PAGEに供した。得られた単一バンドについて、現在アミノ酸シーケンスを行っている。。さらに、ナマコから調製したスフィンゴイド塩基のヒト肝臓由来HepG2細胞に対するアポトーシス誘導活性を検討した。スフィンゴイド塩基の作用としてDNA断片化が認められた。また、アポトーシス誘導に重要な役割を担うBax protein、GADD45、PPAR-γ、DR5が顕著にアプレギュレートされた。一方、phospho-AKT proteinは減少した。これらの結果は、スフィンゴイド塩基がHepG2細胞にアポトーシスを誘導したことを示す。。本研究では,Wilsonの二重制約付きエントロピー最大化による空間相互作用モデルを一般化し,連鎖的な移動を行うトリップチェインのための新たなるモデルを構築した.空間相互作用に関する既存研究では,地域内で観測される人や物,あるいは情報の流動に対して数学モデルを適用し,その再現あるいは推定や予測を行うための手法が数多く提案されてきた.これら先行研究の多くは,発生から集中という2点問で定義される流動を分析の対象としている.しかしながら,人々の移動行動に着目すると,何ケ所かの地点を連続的に訪れることが頻繁に行われている.この場合,地点同士を結ぶ個々のトリップは,互いに強く影響を及ぼしあいながら生じることが予想される.このような背景から,本研究では連鎖的移動を行うトリップチェインを前提とし,種々の制約条件の下で,その分布交通量を推定する新たなる手法を提案した.Wilsonのエントロピー・モデルは,空間相互作用に関する研究蓄積の中でも,重力モデルの誘導,再現性の高さで特に注目すべきものである.そこで本研究では,交通行動において最も頻繁に観察される周回トリップチェインを扱うべく,エントロピー・モデルの拡張を行った.本モデルの枠組みによって,目的ゾーン同士での行き来を考慮した集中量の制約を課した上で,周回行動を明示的に取り扱うことが可能となった.本研究のモデルは,(i)連鎖的移動を明示的に取り扱った分布交通量の推定や,(ii)空間相互作用を考慮した都市活動分布の形成過程の記述といった,都市計画におけるいくつかの実際的な事柄へと応用することができるものと考える.
Society5.0における周産期AIアルゴリズムの開発と助産ケアイノベーション

少子高齢社会の中で晩婚化晩産化が進み、従来の出産とは様相が異なる。現在、ビックデータやAIと人間が調和した社会Society5.0における未来型医療が模索されている。したがって本研究の目的は、Society5.0において、母児の健康と安全安心な医療の提供のために医療者のデータに基づく経験則だけでなく、周産期のビックデータとカルマンフィルタ、隠れマルコフ過程から時系列に基づく流動的データからの予測をもたらすAIアルゴリズムを利用し、妊娠経過の予測、そして正常から逸脱しないお産経過を予測するという試みを周産期AIアルゴリズムの予測ツールを開発し、助産ケアイノベーションを起こすことである。
微小トンネル接合を利用した量子セルオートマトンデバイスの研究

微小トンネル接合を利用した量子セルオートマトンデバイスの最適構造を設計した。また、実現の可能な量子セルオートマトンデバイスの入出力方法を検討した。さらに、量子セルオートマンデバイスの試作を行った。以下に本研究で得られた成果の概要を記す。1)微小トンネル接合を利用した量子セルオートマトンデバイスの最適構造を設計した。デバイスの単位セルは四つの半導体島と四つの絶縁膜微小トンネル接合から構成される。半導体島は微小トンネル接合により結合される。半導体島の誘電率を絶縁膜トンネル接合の誘電率より10倍以上大きくとる。また、隣接単位セルの局所結合は容量接合によって実現される。2)SET-CAデバイスの信号入出力方法を検討した。デバイスの入力単位セルには容量を介して差動電圧電源をつなぐ。単位セルに差動電圧を加えって、入力単位セルの過剰電子を分極させる。また、差動電圧電源の極性を変えることによって入力単位セルの分極をスイッチングすることができる。最後に、出力端単位セルの分極を検出するために、電位変化に敏感なTucher形単電子インバータ-型の分極検出回路を設計した。半導体島の材料とトンネル接合の材料の候補として誘電率の大きい半導体材料TiO_2、PbTe、Siと誘電率の小さいトンネル接合材料SiOF、SiO_2、Si_3N_4、Al_2O_3、空気ギャブがあることがわかった。4)電気科学プロセスとSTM原子レベル微細加工技術を組み合わせてデバイスの試作を行った。金属TiをTiO_2に酸化させることに成功した。本研究は、微笑トンネル接合を利用した量子セルオートマントンデバイスの最適設計を行い、原子レベル加工技術によって単位セルデバイスを試作し、その動作を実験的に観察・解析することを目的で、遂行されるものである。以下に、研究の背景・意義及び平成8年度の成果の概要を記す。1、研究の背景と意義セルオートマンは非ノイマン情報処理方法の一つであり、種々の高速画像処理が可能である。しかし、これを現用のデバイスでつくろうとすると、膨大数のトランジスタを必要として実現困難であった。そのため、新しい単位セルデバイスの開発が必要となっている。本研究は、微笑トンネル接合を用いる単位セルの設計・製作技術を確立、量子セルオートマンを実現できる可能性を持った新規なアプローチであり、波及効果が大きい。2、8年度の研究実績の概要微笑トンネル接合を利用した単位セルデバイス及び量子セルオートマトン回路の動作を理論的に解析し単位セルと量子セルオートマトン回路構造の最適設計を行い、次のような研究結果を得た。(1)最適単位セルデバイスを提案した。最適単位セルデバイスはトンネル接合を介した4個の量子ドットからなる。接合容量が小さく単位セル間の接合容量が大きいという条件を満たすために、量子ドットを扇形にした。(2)最適単位セルデバイスを用いて量子セルオートマトン回路を構成し、所望の信号伝達動作や論理演算性能が得られることがわかった。また、動作速度が速く動作時間が1ns以下であった。(3)単位セル間の結合容量はトンネル接合の容量より大きければ大きいほどよい。しかし、単位セルデバイスの構成材料誘電率と寸法に制限があり、単位セルデバイス間の結合容量とトンネルの接合容量の比は100くらいが妥当であることがわかった。(4)デバイスの試作を行った。真空蒸着法を用いてシリコン酸化膜の上に金属Ti薄膜を蒸着する。次いで、STM/AFM原子レベル電気化学反応で金属薄膜を局所的に酸化されることに成功した。さらに、量子セルオートマトンデバイスの試作を行った。

1)微小トンネル接合を利用した量子セルオートマトンデバイスの最適構造を設計した。デバイスの単位セルは四つの半導体島と四つの絶縁膜微小トンネル接合から構成される。半導体島は微小トンネル接合により結合される。半導体島の誘電率を絶縁膜トンネル接合の誘電率より10倍以上大きくとる。また、隣接単位セルの局所結合は容量接合によって実現される。2)SET-CAデバイスの信号入出力方法を検討した。デバイスの入力単位セルには容量を介して差動電圧電源をつなぐ。単位セルに差動電圧を加えって、入力単位セルの過剰電子を分極させる。また、差動電圧電源の極性を変えることによって入力単位セルの分極をスイッチングすることができる。最後に、出力端単位セルの分極を検出するために、電位変化に敏感なTucher形単電子インバータ-型の分極検出回路を設計した。3)半導体島の材料とトンネル接合の材料の候補として誘電率の大きい半導体材料TiO_2、PbTe、Siと誘電率の小さいトンネル接合材料SiOF、SiO_2、Si_3N_4、Al_2O_3、空気ギャプがあることがわかった。4)電気化学プロセスとSTM原子レベル微細加工技術を組み合わせてデバイスの試作を行った。金属TiをTiO_2に酸化させることに成功した。