hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
フラクタル次元を用いた個人間の相互作用による交通行動への影響に関する研究

状態のフラクタル次元はある設定領域内における点の分布状態を定量化する手法であり、就業者の職場と居住地の分布状態を数値で表すことができる。本研究は同じ職場に勤めている他者からの影響を表す指標を状態のフラクタル次元を用いて表し、非集計型の行動モデルに導入した。他の状態を表す指標を用いて分析を行った結果、フラクタル次元を用いたモデルが最も優れていることがわかった。さらに、サービスレベルの変更や政策の施行そのものの影響により通勤手段を変更する人の変化だけでなく、政策後の変化までも知ることができた。本研究は人の行動に大きな影響を与える他者の行動を状態のフラクタル性を用いて表現し、個人間の相互作用を考慮した交通行動分析モデルの構築やTDM施策による個人への働きかけが他者の行動にどのような影響を与えるのかを分析することを目的としている。このため本年度はまず分析対象とする基礎データを作成するために、長野県松本市において中規模以上の事業所及び従業員に対してアンケート調査を行った。この調査は松本市の協力を得ることによって速やかに行うことができ、事業所に対しては通勤交通に対する支援の取り組みに関して、また従業員に対しては詳細な通勤行動や個人属性等について行った。そして調査データと交通機関のサービスレベル等の補間データを利用して、まず交通手段の選択において他者からの影響を同一居住地域よりも同一職場からのほうが受けやすいことを明らかにした。さらに事業所ごとに公共交通利用者の居住地分布についてフラクタル次元を用いて定量化し、多変量解析を用いて事業所の取り組みとの関連性の分析を行った結果、フラクタル次元と事業所の従業員に対する啓発活動や自家用車以外の交通機関の利用者に対する支援との関連性が高いことがわかった。また10年前に行われた調査データを用いて同様の分析を行った結果、同様の関連性を持つという結果が得られた。そのため23年度は平成22年度に行った事業所及び従業員に対して行ったアンケート調査データを基にして、まず従業地と公共交通機関利用者の居住地の職住分布構造をフラクタル次元を用いて定量化を行い、フラクタル次元を変数に取り入れた交通行動モデルの構築を試みた。このとき他の定量化指標との比較のために、エントロピーや分担率といった分布を表す指標を用いた場合のモデル構築も併せて行った。さらにフラクタル次元を用いたモデルを利用して交通政策による人の行動への波及効果の分析も行った。構築したモデルの比較検討を行った結果、ρ^2の値、説明変数のt値、的中率と全てにおいてフラクタル次元を含むモデルのあてはまりが最も良く、フラクタル次元を通勤交通モデルに導入することは有意であり、むしろフラクタル次元を用いることは有効な手段であることがわかった。さらにサービスレベルの変更や政策の施行そのものの影響により通勤手段を変更する人の変化だけでなく、政策後の変化までも知ることができた。本研究は人の行動に大きな影響を与える他者の行動を状態のフラクタル性を用いて表現し,個人間の相互作用を考慮した交通行動分析モデルの構築やTDM施策による個人への働きかけが他者の行動にどのような影響を与えるのかを明らかにすることを目的としている.本年度は3カ年の最終年度にあたるため、平成23年度に構築した従業地と公共交通機関利用者の居住地の職住分布構造をフラクタル次元を用いて定量化し、変数に取り入れた交通行動モデルの頑健性や他の数的指標導入に対する有意性の検討を行った.具体的にはフラクタル次元を算出する際に設定するエリアの大きさによって値が異なる特性があり,そのためこうしたエリアの大きさの変化に本研究で提案しているモデルがどの程度影響を受けるのか,あるいは変化がないのか等モデルの頑健性について分析を行った.また他の分布状態を数値指標として表すことができるエントロピー等の指標を用いた場合のモデルとの比較を行った.さらにフラクタル次元を用いたモデルを利用して交通政策による人の行動への波及効果の分析を行った.エリアの大きさをいくつか変えてフラクタル次元を算出し、その値を変数として用いたモデルを作成した結果、フラクタル次元やバス・鉄道ダミーの係数が変化したものの、費用や時間の係数への影響が見られなかった.これによりエリアの大きさの変化に対するモデルの頑健性が確認できた.また他のモデルと異なり、フラクタル次元の値は発散せず収束していく性質があるため、モデルを利用して交通政策による人の行動への波及効果を計測することができた.22年度および23年度で、松本市を研究対象地域として設定して通勤交通調査を行い、調査データをもとに本研究の主眼であるフラクタル次元を導入したモデル構築を行い、さらに他のタイプのモデルとの比較検討を行うことができた。

これは当初の計画通りに研究が進んでおり、順調に推移しているものである。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は当初の計画通りに進展している。24年度では本研究で用いているフラクタル次元は求める地域の設定の変化に伴って変化することから、対象地域の変化によってもモデルの信頼性について変化があるかどうかを分析し、モデルの頑健性について検討を行うこととする。
材料学的因子の設計・制御による金属間化合物の強靭化

本研究は金属間化合物を高温構造材料として実用化する上で,最大の障害となっている室温付近の著しい脆さを克服するために,結晶構造,粒界構造,規則度,活動すべり系,ミクロ組織等の材料学的因子を設計・制御することによって金属間化合物の延性化を達成するための指針を得ることを目的として行ったもので,本年度に得られた主な結果以下のように要約される.第三元素が固溶したNi_3Alについて,延性化に及ぼす0.5mol%ボロン添加の効果を調べた.AlとNiの両方と置換するCrを合金化したNi_3Alは化学量論組成からのずれに無関係に延性化される.ところが,Alと優先的に置換するTi,HfおよびMoを合金化したNi_3Alは,Tiの場合は高Ni側でのみ,Moの場合は化学量論組成の両側で延性化される.しかし,Hfの場合はいずれ側でも延性化しない.従来の二元系Ni_3Alの場合には,高Ni側でのみボロンの延性改善効果があるが,これと異なる挙動を示し,それゆえ固溶効果により強度が増大したNi_3Alが高い延性を持つ可能性が示された.2.アモルファス化合金の結晶化による機械的性質の改善Zr_<50>Co_<50ーx>Ni_x金属間化合物を液体急冷によりアモルファス化した後,高温で熱処理して結晶化させた.この手法により得られた結晶粒が微細化した金属間化合物は室温で数%の延性を示すことが明らかになった.3.マクロアロイングによる金属間化合物の延性化の試み軽量耐熱金属間化合物TiAlの延性化を図るにはB2構造を含有する相を分散させることが有効と考えられる.Zrの添加にB2構造の金属間化合物を得ることができた.目下,これらの金属間化合物の機械的性質を調べている.本研究は金属間化合物を高温構造材料として実用化する上で,最大の障害となっている室温付近の著しい脆さを克服するために,結晶構造,粒界構造,規則度,活動すべり系,ミクロ組織等の材料学的因子を設計・制御することによって金属間化合物の延性化を達成するための指針を得ることを目的として行ったもので,本年度に得られた主な結果以下のように要約される.第三元素が固溶したNi_3Alについて,延性化に及ぼす0.5mol%ボロン添加の効果を調べた.AlとNiの両方と置換するCrを合金化したNi_3Alは化学量論組成からのずれに無関係に延性化される.ところが,Alと優先的に置換するTi,HfおよびMoを合金化したNi_3Alは,Tiの場合は高Ni側でのみ,Moの場合は化学量論組成の両側で延性化される.しかし,Hfの場合はいずれ側でも延性化しない.従来の二元系Ni_3Alの場合には,高Ni側でのみボロンの延性改善効果があるが,これと異なる挙動を示し,それゆえ固溶効果により強度が増大したNi_3Alが高い延性を持つ可能性が示された.2.アモルファス化合金の結晶化による機械的性質の改善Zr_<50>Co_<50ーx>Ni_x金属間化合物を液体急冷によりアモルファス化した後,高温で熱処理して結晶化させた.この手法により得られた結晶粒が微細化した金属間化合物は室温で数%の延性を示すことが明らかになった.3.マクロアロイングによる金属間化合物の延性化の試み軽量耐熱金属間化合物TiAlの延性化を図るにはB2構造を含有する相を分散させることが有効と考えられる.Zrの添加にB2構造の金属間化合物を得ることができた.目下,これらの金属間化合物の機械的性質を調べている.
化学反応の動力学理論

以下に述べる通り幅広い分野で多くの実績が上げられ研究の最終まとめが行われた。(2)原子移行化学反応の量子動力学の評価法の確立と機構の解明(中村)。(3)2原子分子超励起状態の特質と動力学解明の為の一般的手法の確立(中村)。(4)解離反応過程解明の為の理論的手法の確立と応用(崎本)。(5)トンネルやカオス現象を解明する為の半古典力学的理論の開発と応用(高塚)。(6)レーザーと分子の相互作用による各種動力学過程を解明する手法の開発と応用(藤村)。(7)光分解等の分子の動力学過程に対する時間依存動力学解明法の開発と応用(山下)。以下に述べる通り幅広い分野において多くの実績があげられた。(1)非断熱遷移理論の開発(中村):有名なランダウ・ジーナ問題の厳密解析解及び有名な近似解析解を求めた。基本となる微分方程式のストークス定数の厳密解の導出。周期性非断熱トンネル現象の解析。(2)原子移行反応動力学(中村):量子力学的厳密数値解(超球座標法)のJ≠0への拡張。WKB法に基づく多次元トンネル理論の構築。(3)大きな反応系の理論(中村):分離曲面解析法によるクラスター内反応と古典カオスの解析。RRKM理論適用条件の明確化。(4)超励起状態の研究(中村、崎本、高木):2電子励起状態の電子相関の解明。外場中のおける動力学の究明。解離性再結合過程の詳細解明。(5)衝突誘起解離過程(崎本):連続状態の離散化による解離過程の取扱い。超球座標及びDVR法による共線系の解明。(6)相空間上の大振幅振動(高塚):位相空間のダイナミカルバリアが形成するセパラトリックスに係る大振幅運動の理論の構築。(7)プロトン移動、水素引抜き及び電子移動反応(立花):イオンー分子反応NH_3^++NH_3における標記反応の解析。機構の同定と定量的評価。(8)強い非定常レーザー場中の波束動力学(藤村):光学遷移と反応動力学の相関を取入れた方法論の開発。(9)2電子励起原子の動力学(松沢):多価イオン及び陽子(反陽子)によるHeの2電子励起、2電子励起状態の係る光イオン化及び2重イオン化過程の超球座標法による解明。(10)共鳴散乱状態の解析(山下):複素DVR法に基づく解析法の開発と応用。(11)波束動力学と高振動励起状態(山下):チェビシェフ多項式を用いた時間依存シュレーディンガー方程式の安定した数値解法の開発。以下に述べる通りの幅広い分野において多くの実績があげられた。(1)一般曲線ポテンシャルの場合の二準位非断熱遷移問題の最良簡便解を求めた(中村)。(2)原子移行反応に対して遠心力一定近似を回転励起反応物の場合に拡張しその有効性を示した(中村)。(3)多次元トンネルによるエネルギー分裂に対して新しいWKB理論を構築した(中村)。(4)重なり共鳴散乱とRRKM理論の関係を解明し後者の成立条件を明確にした(中村)。(5)解離反応に対する理論的手法を共線系に対して開発し有効性を示した(崎本)。(6)弱いカオス系の量子化条件をEBK条件を拡張した形で求めた(高塚)。(7)相空間大振幅運動の理論を構築しダイナミカルトンネル現象を解明した(高塚)。(8)光電子脱離遷移状態分光における定常状態散乱理論を展開した(高塚)。(9)振電相互作用により生成した電子対の安定性問題と三体問題の関連を解明(立花)。(10)化学反応ホロノミーに起因する幾何学的位相のダイナミクスにおける重要性の解明(立花)。(11)非定常レーザー場による量子動力学制御理論を線形時不変システム最適化理論で定式化した(藤村)。(12)2電子励起原子の関与する動力学過程、特にHeの光イオン化及び二重イオン化の精密計算(松澤)。(13)反陽子衝突によるHeの2電子励起過程の解明(松澤)。(15)高振動励起状態を求める新しい緩和法を開発した(山下)。(16)L_<i3>のカオス的振動スペクトルを波束ダイナミクスで解明した(山下)。(1)一般曲線ポテンシャルに適用出来る一次元非断熱遷移理論を完成(中村)。(2)原子移行反応の量子力学的厳密解用計算コードを完成しO_+HCI等の反応機構を解明した(中村)。

(3)多次元トンネルにおける振動励起の効果を解明した(中村)。(4)解離反応に対する理論的手法を開発し、各種配置に対してその有効性を示した。(崎本)。(5)弱いカオス系の量子化条件と単分子スペクトルへの発現の解明(高塚)。(6)ダイナミカルトンネリング理論及び固有値問題新解法の開発(高塚)。(7)分子内構造転移反応の解析及び光電子脱離遷移状態分光理論の定式化(高塚)。(8)電子相関に基づく振電相互作用におけるLewis電子対前駆的生成の解析(立花)。(9)開発した量子動力学制御理論をHFの解離に適用し、その効率を調べた(藤村)。(10)リューヴィル空間での量子動力学制御理論及び非断熱反応制御理論の展開(藤村)。(11)陽子、反陽子及び多価イオンとHe及びH^-の衝突による2電子励起過程の解明(松沢)。(12)O_3及びOCSの光解離ダイナッミクスと遷移状態分光の解析(山下)。以上に述べる通り幅広い分野で多くの実績が上げられた。(2)原子移行反応の量子力学的厳密解法の完成と具体的諸過程の反応機構の解明(中村)。(3)2原子分子超励起状態の特性と動力学の統一的理解を目指す手法の開発(中村)。(4)解離反応過程解法の完成と具体的反応系(He+H_2^+及び同位体系)の解明(崎本)。トーラス間ダイナミカルトンネリングと多次元トンネル理論の構築(高塚)。(6)相空間上大振幅運動の単分子スペクトルへの発現の解明(高塚)。(7)分子内構造転移反応のダイナミクスとカオス及び集団運動の解析(高塚)。(8)振電ホロノミーから生じる非アーベル的幾何学的位相の発見(立花)。(9)多光子解離及び分子内異性化反応のレーザー制御(藤村)。(10)電子励起状態での非断熱過程のチャープパルスレーザーによる量子制御の探究(山下)。(11)超球楕円座標系の開発と3体クーロン系における系統性の発見(松澤)。二重イオン化過程解明の手法の開発と具体系(p(p)+He)への応用(松澤)。
高密度フラッシュメモリシステムに適した信号処理・符号化方式の開発

フラッシュメモリの大容量化・長寿命化の実現のために新しい信号処理・符号化方式の開発とその性能評価を行った。フローティング符号(WOM符号)の最適符号構造に関して格子理論に基づき検討を重ねた結果、ある連続集合と格子の共通部分から成る最適符号構造を開発した。信頼度の向上を目指して開発した、8次元のE8格子とReed-Solomon符号を組み合わせた符号化変調方式は、従来のBCH符号を利用するフラッシュメモリ符号化方式と比べてSN比において1.8dBの利得を与えるなど優れた性能を持つことが示されている。さらに、相互情報量を最大化する方法に基づき、効率的な通信路量子化手法を開発した。本年度においては研究計画に従い、フラッシュメモリの長寿命化のための符号化方式の開発を行った。本年の主たる研究実績は、(1)格子を基礎としたフローティング符号(WOM符号)の最適符号構造の解明、(2)効率的な通信路量子化手法の開発、2点である。(1)格子符号の構成方法に基いて,双曲線WOM-符号を提案した。解析的な手法によって、等符号化率の仮定の下では、双曲線WOM-符号はほぼ理論的限界に近づくことを示した。これらの結果はハワイで開催されたISITA2012で発表した。書き替えコストを削減する線形符号を利用したコセット符号化方式を提案し、その理論的・実験的性能解析を行った。その結果、符号のコセットリーダ重み分布と期待書き換えコストとの関係を明らかにした。SSDの書き込み性能を下げ,やメモリーの寿命を短かくする,Write amplificationと呼ばれる,フラッシュメモリ特有の問題がある.我々は,WOM符号を利用して,あるシステムのwrite amplificationを解析した.我々は,WOM符号がwrite amplificationの問題を軽減することを示した。その結果は、IEEE GlobecomとNVMWで発表された。(2) LDPC符号における反復復号器をハードウェア化に適した,低複雑度で高速な,3ビットLDPC復号器を提案した(ISIT2012,ハワイ)。また、Sum-product復号法と組合せることで,復号動作を高速化する方法を示した。本年の主たる研究実績は、(1)格子を基礎としたフローティング符号(WOM符号)の最適符号構造の解明、(2)効率的な通信路量子化手法の開発、(3)フラッシュメモリ符号化に関するワークショップの実施の3点である。以下では、これらの各項目について概要を述べる。(1)フローティング符号の最適符号構造に関して格子理論に基づき検討を重ねた結果、ある連続集合と格子の共通部分から成る最適符号構造のひとつが見出された。特に8次元のE8格子とReed-Solomon符号を組み合わせる符号化変調方法は、従来のBCH符号を利用するフラッシュメモリ符号化方式に比べてにSN比において1.8dB改善されるなど優れた性能を有することが示されている。この研究成果は、サンディエゴ(米国)で開催されたNon-Volatile Memories Wにおいて発表された。(2)LDPC符号における反復復号器をハードウェア化する際に、効率的な通信路量子化を適用することよりハードウェアの複雑性が低減できる。本研究では、ランダム誤り指数を指標とした通信路量子化設計アルゴリズムを開発した。本アルゴリズムにより情報理論の観点から最適な通信路量子化設計への道が開かれたと考えている。さらに、相互情報量を最大化する方法を基づき、LDPC符号における1ビットメッセージを用いる高性能復号アルゴリズムを提案した。(3)今年3月15日に電気通信大学で「フラッシュメモリ符号化に関するワークショップ」を実施した。同ワークショップにおいては、カリフォルニア大学/カリフォルニア工科大学のE. Yaakobi氏による特別講演(科研費による招待)を中心として活発な議論が行われ、共同研究の契機が得られた。本研究分野の国内における活性化に貢献できたと考えている。研究実績欄で述べたように当初の予定に対して、おおむね順調に研究成果が得られつつあるものと考えている.研究実績欄で述べたように当初の予定に対して、おおむね順調に研究成果が得られつつあるものと考えている。当初計画に従って研究を推進する。誤り訂正能力を有するWOM符号に関する研究を進める。特に双曲線WOM符号が通信路容量に近い性能を発揮することを理論的に明らかにするとともに、有限長構成法を示す。また、フラッシュメモリ符号化に適したLDPC復号アルゴリズムの開発を目指す。本年度は、特に誤り訂正特徴を持つWOM符号に焦点を絞り検討を進める予定である。また昨年度からの研究成果を一旦、論文としてまとめていく。さらに、昨年度の研究成果に基づき量子した離散無記憶通信路の容量を求めるアルゴリズムを開発する。E8格子を基づく変調方法を一般化するために、任意格子を利用する符号構造を検討する。

さらに研究分野活性化の意味での成果が大きかったワークショップを継続して実行することを予定している。平成24年度に開催予定であった「フラッシュメモリ符号化に関するワークショップ」が平成25年度に延期となったため未使用額が生じた。そのため、平成25年度に海外から招待講演者の謝金、旅費を援助する。さらに、研究結果に関して国外発表が予想される平成25年に、ハンガリーに開催するIEEEICC 2013(Kurkoski)、IEEE ISIT 2013 (鎌部、和田山)などの旅費を研究費より支出する。平成24年度後半、平成25年度前半にも「フラッシュメモリ符号化に関するワークショップ」を開催する。そのため、海外から招待講演者の謝金、旅費を援助する。さらに、研究結果に関して国外発表が予想される平成24年に、Boston(米国)に開催するIEEE ISIT(Kurkoski 2件)、IEEE Globecom (Kurkoski1件予想)などの旅費を研究費より支出する。
マダケ属における花成制御遺伝子群の単離と導入によるタケ類の増殖制御技術の開発

1マダケ属モウハイチクPhyllostachysmeyeriの花成促進遺伝子ホモログPmFTの全4コピーをクローニングし、塩基配列を決定し、95%以上の相同性を有する550塩基の断片をマーカーとしたイネ科27分類群の系統類縁関係を解析し、進化傾向を検討した結果、この遺伝子が小穂耕造に関わり、連の分類単位の識別に有効であること、これまで帰属をめぐり論争のあったStreptogyna連の亜科への昇格の可能性を示唆した。この結果は8月にコペンハーゲン大学で開催されたMonocots IV第4回単子葉植物の比較生物学/第5回イネ科植物の分類と進化国際シンポジウムにおいて口頭発表し、日本植物学会欧文誌に表紙写真付きで掲載された。2モウハイチクおよびオカメザサ属トウオカメザサShibataea chinensisのそれぞれの一斉開花過程におけるPmFTおよび花成抑制遺伝子PmCENの発現パターンをリアルタイムRT-PCR法で解析し、両種ともにPmFTは一斉開花桿の葉で最も高く、再生竹の花序ではPmCENがより高く、実生や幼若個体ではPmCENのみが高く発現し、タケ類の一斉開花過程において、モデル植物で解明されたのと同様な花成遺伝子発現の制御機構の介在を示唆した。また、トウオカメザサの一斉開花過程と花序の形態を記載した。3リョクチクBambusa oldhamiより単離したタケモザイクウイルスBaMVの全6,365塩基の配列を決定し、ベクター化に必要な完全長cDNAクローンを構築中である。4花成遺伝子群の未開花個体への導入による発現系とサイレンシング系の基礎実験に必要なタケ類の葉からのプロトプラストの調整法ヲ確立した。タケ類は再生容易なゼロ・エミッション素材として産業や環境保全への貢献が期待される反面、近年、各地で放棄竹林の異常増殖が問題視され、抜本的な増殖制御技術の開発が求められている。本研究では、タケ類の一斉開花を制御する遺伝子をクローニングし、未開花個体に導入し強制発現させることにより、開花結実後、クローンを枯死させる技術の開発を目標とした。マダケ属において、一斉開花性が強く、満開時と、その後に出現する再生竹とで異なった花序をつけるモウハイチクPhyllostachysmeyeri、斑入りと開花枯死が共役するホテイチクP.aureaならびに3種類の異なった開花周期を持つモウソウチクP.pubescensのそれぞれからイネ花成制促進遺伝子RF刀ホモログの断片を単離し、これらの開花挙動と塩基配列の変異パターンを比較した。その結果、モウハイチクでは、一斉開花時と再生竹では、異なった遺伝子が発現すること、斑入りのシマホテイでは、トランスポゾンの活動の痕跡を示す配列が検出され、モウソウチクにおける開花周期の変異は花成促進遺伝子とは関わりのないことが明らかとなった。世界の代表的なタケ類26種について、イネ科の中で第2に祖先的な位置を占めるPharusを外群とした系統類縁関係の解析を行い、花成促進遺伝子の進化傾向を調べた。その結果、マダケ属の花成促進遺伝子は4回の系統分岐を起こしたことが示唆された。この結果は、ゲノミックサザン・プロット法による推定コピー数が4個であることにより支持された。モウハイチクの花成促進遺伝子PmFTをクローニングし、全塩基配列を決定(AB240578)するとともに、花序の形態を支配し、開花に抑制的に働くと考えられる花成抑制遺伝子CENホモログをクローニングした。現在、これらの遺伝子群を未開花個体に導入するためのベクター系の開発の準備を進めている。1マダケ属モウハイチクの花成促進遺伝子FTホモログ(PmFT)のクローニングを完了し,同遺伝子の変異と進化傾向を把握するため,代表的なタケ類を中心としたイネ科の27分類群の系統類縁関係を解析した。2モウハイチクの一斉開花過程における花成促進遺伝子ホモログpmFTの発現を解析した結果,一斉開花に特異的に発現するとともに,有限花序の発生に関与する可能性が示唆された。また,一斉開花後には,他の遺伝子・花成抑制遺伝子CENホモログ(pmCEN)が関与し,有限花序の無限花序化とともに,実生の時期にも発現することが確認された。3花成遺伝子群の未開花個体への導入に有効なベクター系の開発を目的として,台湾より6種類のタケ類;ゾウタケ,リョクチク,マチク,ディノクロア,ホウタクセンチク,およびタイワンヤダケに感染したバンブーモザイクウイルスBaMVを輸入した。リョクチクより単離したBaMV変異体では,他の研究報告で明らかにされた制限サイトが有効であることを確認した。4クローニングした遺伝子を導入するための宿主植物体試料として,モウハイチクおよび2倍体草本性タケ類の1種リサクネ・パウシフロラの実生苗を育成し,接種実験可能なポットを考案・作製した。

この結果は8月にコペンハーゲン大学で開催されたMonocots IV第4回単子葉植物の比較生物学/第5回イネ科植物の分類と進化国際シンポジウムにおいて口頭発表し、日本植物学会欧文誌に表紙写真付きで掲載された。2モウハイチクおよびオカメザサ属トウオカメザサShibataea chinensisのそれぞれの一斉開花過程におけるPmFTおよび花成抑制遺伝子PmCENの発現パターンをリアルタイムRT-PCR法で解析し、両種ともにPmFTは一斉開花桿の葉で最も高く、再生竹の花序ではPmCENがより高く、実生や幼若個体ではPmCENのみが高く発現し、タケ類の一斉開花過程において、モデル植物で解明されたのと同様な花成遺伝子発現の制御機構の介在を示唆した。また、トウオカメザサの一斉開花過程と花序の形態を記載した。3リョクチクBambusa oldhamiより単離したタケモザイクウイルスBaMVの全6,365塩基の配列を決定し、ベクター化に必要な完全長cDNAクローンを構築中である。4花成遺伝子群の未開花個体への導入による発現系とサイレンシング系の基礎実験に必要なタケ類の葉からのプロトプラストの調整法ヲ確立した。
流体の壁面近傍における多重スケール現象に対する領域分割型計算手法の開発

本研究は、大域的な流れとは異なるスケールを持つ現象が、考えている領域の境界近傍において発生し、それが大域的な流れに影響を与えることによって複雑な挙動を示す多重スケール問題に対して、現象の代表スケールが異なる領域毎に分割する領域分割法を適用した数値解析手法を提案するものである。平成10年度の研究成果をふまえ、平成11年度の研究により、以下のような成果が得られた。1.問題の領域全体を小さなスケールの現象を考えなければならない境界近傍の領域と、大域的な流れを考慮すべき領域に分割し、領域毎の数値解を代表スケールの違いを考慮して接続する手法を開発した。境界近傍の小さなスケールまでとらえなければならない領域に対する問題では、流速場を大域的な流れのスケールで記述される成分と境界近傍の周期的変動成分の和として表す。このとき解くべき問題はこれらの二つの成分を未知数として定式化したものとなり、大域的な流れを考慮すべき領域への解の接続は大きなスケールの流速成分を用いる。その結果、大域的な流れの成分と境界近傍の小さなスケールの流れ成分の連成効果が適切に考慮することが可能となり、境界近傍の境界層としての挙動を大域的な場の問題に反映させる手法が導かれた。2.スケール毎に領域分割された問題に対する数値解析手法として用いている正規化気泡関数要素と陰的時間積分を用いた有限要素スキームについて数値安定性の評価を行った。この有限要素近似は、基本的に非圧縮体に対するMINI要素を拡張したものであるが、低レイノルズ数の領域における特異点から発生する圧力場の振動は、安定化項を付加しなければ抑えることができないことが明らかとなった。平成10年度の研究により、以下のような成果が得られた。●全体領域を現象の代表スケールが異なる領域毎に分割し、それらの領域間で代表スケールの違いを考慮して解を接続する数値解析手法の定式化を行った。スケールの異なる領域間の境界上の解の接続には、境界上に独立な区分的定数となる流速場を定義し、Lagrange未定乗数法を用いる手法を提案した。本手法により、数値計算はあらかじめ境界近傍の領域について周期境界条件を導入した計算を行い、その結果を応力境界条件のデーターベースとして大域的な流れの計算において用いる手法が得られた。●スケール毎に領域分割された問題に対して、筆者等が開発した正規化気泡関数要素と陰的時間積分を用いた有限要素スキームを適用した。この有限要素近似は、Lagrange未定乗数法を用いた境界条件や、周期的境界条件の設定が容易な手法であり、新たな近似等を導入することなく本研究で考える多重スケール問題の領域分割解法にこれを適用することができた。
口腔ケアのための抗菌物質デリバリーシステムの開発

口腔内の二大感染症であるう蝕と歯周病を効果的に予防するため,歯面にとどまる殺菌剤と新規担体の組み合わせを開発した。塩化セチルピリジニウム(CPC)とリン酸化プルランの混合物は,リン酸化アパタイト表面に吸着し,う蝕原性細菌・歯周病原細菌に対して抗菌作用を発揮することが明らかになった。新規物質であるリン酸化プルランの安全性をラットの肝臓で確かめ,為害性が少ない物質であることを確認した。口腔内細菌への抗菌効果リン酸化プルランと塩化セチルピリジニウム(CPC)を各種濃度で組み合わせ,ハイドロキシアパタイト表面に適用し,洗浄後う蝕原因菌もしくは歯周病原菌の菌液に浸漬し,ハイドロキシアパタイト表面の細菌増殖を走査型電子顕微鏡での観察と16S rRNAの定量で評価した。う蝕原因菌としてStreptococcus mutans 854S,歯周病原細菌としてAggregatibacter actinomycetemcomitans Y4を用いた。リン酸化プルランのみ,CPCのみではハイドロキシアパタイト表面の細菌増殖を抑制できなかったが,0.01%リン酸プルラン,0.01%CPCの組み合わせで前処理したハイドロキシアパタイトではS. mutans, A. actinomycetemcomitansともに増殖が抑制された。以上の結果から,リン酸化プルランには抗菌性が無いこと,CPCのみでは洗浄により容易にハイドロキシアパタイト表面から拡散してしまい抗菌作用が期待できないことがわかった。リン酸化プルランはCPCをハイドロキシアパタイトへ運ぶ担体としての機能を有しており,CPCを引き寄せたリン酸化プルランがハイドロキシアパタイト表面に滞留することで抗菌効果を発揮していることが示唆された。さらに,リン酸化プルランとCPCの配合比率を変化させた場合,抗菌作用が大きく変化した。0.01%リン酸プルラン,0.1%CPCの比率では先の比率のものより抗菌作用が低下した。リン酸化プルランとCPCの比率は抗菌性を発揮するために重要であることが示唆された。リン酸化プルランの安全性の検証ラットの肝臓に,リン酸化プルラン0.01%とCPC 0.01%を作用させ,類洞の拡張を指標に組織為害性をしらべた。陰性対照には蒸留水,陽性対照には水酸化カルシウム製剤をもちいた。リン酸化プルランとCPCは上記の濃度では類洞の拡張を引き起こさず,生体為害性が少ないことがわかった。以上の結果からリン酸化プルランとCPCの組み合わせは,口腔内での抗菌物質デリバリーシステムとして有望な候補であるといえる。前年度の結果から,リン酸化プルランと塩化セチルピリジニウム(CPC)の組み合わせが,ハイドロキシアパタイト表面に抗菌作用をもたらすエージェントとして,有効なものであることがわかった。しかし,ハイドロキシアパタイトに実際にリン酸化プルランとCPCが付着・保持されているかどうかは確認できていない。またエージェントがアパタイト表面に完全に固着してしまい,殺菌成分であるCPCが放出されないのであれば,抗菌作用が及ぶのはは表面のごく狭いエリアになってしまう。そこで今年度はこの組み合わせた物質がハイドロキシアパタイトの表面に実際に吸着・徐放しているかどうかを明らかにした。DDS材によるアパタイト表面へのCPCの送達ならびにその表面からの徐放を,水晶発振子マイクロバランス法(QCM)によって評価した。なお,QCM装置におけるセンサーはアパタイトを用い,ごく微量な質量の変化を測定した。測定は,試料室に蒸留水を1分間(0-1分)流した後,試験溶液を3分間(1-4分)流し,再び蒸留水を流して洗浄(4-7分)した。この過程の水晶振動子の振動数変化をもとに,CPCならびに担体とCPCの混合物のアパタイト表面への吸着特性ならびにアパタイト表面からの解離特性を経時的に分析した。その結果,CPC溶液のみでは,ほとんど周波数が変化しなかったのに対し,CPCとリン酸化プルラン溶液では周波数が著しく低下した。周波数が低下するということは,センサー表面に物質が付着して全体の質量が増加したことを示している。この結果からCPCとリン酸化プルラン溶液は,CPC溶液のみと比べてハイドロキシアパタイト表面に多量に吸着することが明らかとなった。吸着は溶液注入後,急速に進行し1分後には定常状態となっている。定常状態後,再び蒸留水を流した(4-7分)ところ,周波数が徐々にもどって(増加し)いく傾向が確認できた。リン酸化プルランの担体効果をみたQCMでは,CPCとリン酸化プルランの複合体は,CPCのみと比べてハイドロキシアパタイト表面に多量に吸着することが明らかとなり,洗浄により周波数が徐々に戻ることから,本剤はハイドロキシアパタイト表面から徐々に離脱することが示唆された。周波数の増加は吸着の際の変化にくらべ,ゆるやかでありエージェントの放出が緩慢に徐々に起こっていることが判明した。

この,アパタイト表面への急速な付着と緩慢な放出は,抗菌作用を長期間維持するために理想的な挙動であり,このリン酸化プルランとCPC混合物が歯面に対する抗菌エージェントとして有力な候補であることが強く示唆された。
改良型SAGEによる甲状腺濾胞癌特異的遺伝子の大量スクリーニング

2.改良型SAGE法を用いてそれぞれのmRNA由来のtagを各10000個以上解析し、遺伝子発現プロフィールを作製した。3.両者の遺伝子発現プロフィールを比較し、どちらか一方で発現が無い遺伝子配列を、発現量の多い順にリストアップし、それぞれに対応する40個の18merの5'プライマーを作製した。3'プライマーとしてpolyAアンカープライマーを使用した。ただし、プライマーのデザインは5'-CGCGCGT13VNの12通りとし、Tagが検出された組織(濾胞癌、濾胞腺腫のいずれか)のRNAを用いて5'プライマーとセットでRT-PCRをかけ、最も増幅効率の良かったものをスクリーニング時の3'プライマーとして選択した。選択されたプライマーセットを用い、SYBRGreenの蛍光をモニターすることで濾胞癌、濾胞腺腫各4検体づつの組織からのmRNAを用いてreal-time quantitative RT-PCRを行い、SAGEで検出された発現量の差の再現性を確認した。40個の候補遺伝子のうち1個で明らかな差がみとめられた。この遺伝子は甲状腺濾胞癌の分子的診断のクライテリアとして使用できるものと考えられ、今後さらに解析を進める予定である。
視覚系における初期情報処理機構の研究

網膜における視覚情報処理機構を検討した。第2次ニューロンである双極細胞は同じサブタイプの双極細胞と樹状突起間でギャップ結合を介して電気的に結合していた。また、双極細胞の軸索終末部にはアマクリン細胞を介する反回性の局所抑制入力と広い領域からの側抑制入力があった。いずれの入力も同じ化学伝達物質を介していたが、シナプス伝達特性は異なっていた。側抑制の活性化には電気的に結合した双極細胞群の興奮が必須であった。脊椎動物の網膜では、成熟後も各種神経細胞間にギャップ結合が存在する。これらは、ノイズの低減、同期の生成、受容野サイズの調節、桿体シグナルの錐体経路への伝達などに関与していることが知られている。しかし、網膜第2次ニューロンである双極細胞間に存在するギャップ結合の機能的意味は不明であった。そこで、成熟キンギョから剥離網膜標本や網膜スライス標本を作製し、巨大な軸索終末部を持つMb1型(オン型)双極細胞や神経節細胞にホールセルクランプ法を適用して双極細胞間のギャップ結合の機能を検討した。その結果、(1)Mb1型双極細胞同士は樹状突起間でギャップ結合していること、(2)ギャップ結合には整流性や電位依存性はなく、ローパスフィルタの特性を示すこと、(3)比較的近距離にあるMb1型双極細胞同士は、膜電位変動が同期しており、ノイズの低減に貢献していること、(4)脱分極性電流をMb1型双極細胞に注入すると軸索終末部でCaスパイクが発生し、ギャップ結合した隣接のMb1型双極細胞を電気緊張性に脱分極させて約10msの遅延後に軸索終末部にCaスパイクを発生させること、(5)Mb1型双極細胞に短い脱分極パルスを与えると神経節細胞から時間経過の非常に長い興奮性シナプス後電流が誘発されるが、ギャップ結合の阻害剤を投与すると短縮されること、(6)この長い興奮性シナプス後電流は、Mb1型双極細胞間のギャップ結合を介した電気的ネットワークをCaスパイクが遅延を伴いながら波及していくことによって生成されること、がわかった。したがって、ギャップ結合を介して電気的に結合しているMb1型双極細胞ネットワークは、膜電位変動の同期やノイズの低減に寄与するのみならず、Caスパイクを介した側方情報伝達にも関与していると結論した。網膜における視覚情報処理の特徴は、大量の光情報を各種の神経回路網(輝度・色・動きなどを検出するフィルター群)で並列的・アナログ的に処理し、複数の視覚中枢にそれぞれ対応する情報を送ることである。網膜では各種の視覚情報処理に適した神経回路網が構築され、そこでのシナプス伝達特性も最適化されていると考えられる。昨年度、キンギョ網膜の第2次ニューロンであるMb1型双極細胞は、外網状層に広がる樹状突起間にギャップ結合があり、電気的ネットワークを形成していること、また、Caスパイクが時間遅れを伴ってこの電気的ネットワークを伝搬することを報告した。この現象の機能的意義を明らかにするために、シナプス後細胞である神経節細胞から静止したバーや動くバーに対する光応答を記録したところ、あるサブタイプでは動きの予測に関わっていることが示唆された。一方、Mb1型双極細胞軸索終末部には、シナプスリボン近傍に相互シナプスがあり、また、シナプスリボンからやや離れた部位に抑制性シナプス入力が存在する。そこで、網膜スライス標本にホールセルクランプ法を適用して、Mb1型双極細胞の細胞体から離断された軸索終末部と、外網状層において樹状突起が電気的ネットワークで結合されているMb1型双極細胞の軸索終末部から同時記録を行った。その結果、軸索終末部には局所的で速い抑制性シナプス入力と大域的で時間遅れのある抑制性シナプス入力のあることが明らかとなった。いずれもGABA作動性であり、グリシン作動性ではなかった。局所的入力はシナプスリボン近傍の相互シナプスを介し、大域的入力は多数のMb1型双極細胞からの入力を受けるアマクリン細胞を介す抑制性シナプス入力であると考えられる。網膜における視覚情報処理の特徴は、大量の光情報を複数の神経回路網(輝度・色・動きなどを検出するフィルター群)で並列的に処理し、その結果をそれぞれ対応する複数の視覚中枢にスパイク列に変換して送ることである。網膜標本にパッチクランプ法を適用して、以下の知見を得た。1)キンギョ網膜には巨大な軸索終末部を持つMb1型双極細胞が存在する。膜透過性のCaバッファーを導入し、シナプス後細胞から自発性興奮性シナプス後電位を記録し解析した。その結果、持続性のグルタミン酸放出に関与するリボン無しシナプスからの出力は選択的に抑制されたが、一過性のグルタミン酸放出に関与するリボンシナプスからの出力は抑制されなかった。したがって、Mb1型双極細胞からの出力はリボン無し

シナプスとリボンシナプスという並列出力回路によってシナプス後細胞に伝達されていることが示された。2)GABA作動性アマクリン細胞からのMb1型双極細胞軸索終末部への抑制入力について検討した。その結果、反回性シナプスを介する局所抑制と、ギャップ結合により電気的なネットワークを形成している複数のMb1型双極細胞群からの入力によって活性化される側抑制の2種類があることが分かった。それぞれの抑制入力にかかわるGABA受容体のサブタイプ構成が異なっていた。また、側抑制はギャップ結合の阻害剤によって消失したが、ケージドCaによって1個のMb1型双極細胞のみからグルタミン酸を放出させると局所抑制のみ炉活性化され側抑制は活性化されなかった。3)動きの検出に関与する神経回路網に関し、キンギョおよびラット網膜を用いて神経節細胞およびアマクリン細胞のサブタイプを形態学的に分類し、光応答との関連を調べた。現在その詳細を解析中である。
異質な消費者が存在する場合のヘドニック評価値の過大推定率の上下限に関する研究

本研究は、環境など非市場財の評価を行う際、きわめて有効なヘドニック価格法の基礎理論となる、クロスセクションのキャピタリゼーション仮説の一般化理論の証明と、それを実行するためのヘドニック価格関数推定に関する手法の開発を行った。前者に関しては、金本の過大評価定理の拡張に成功した。後者に関しては、ヘドニック価格関数の推定に関して、立地主体の特性を考慮したノンパラメトリック推定は可能となったが、その理論構築にはいたらなかった。公共政策の評価のためにはヘドニックアプローチは極めて有効である。本研究では異質な消費者の存在を前提としたヘドニックアプローチの理論の再検討と適用可能性を探る。本年度は(1)異質な消費者が存在する場合、uniform national dividend scheme下で金本の一致定理(Econometrica,1988)(r2-r1)H-C=Vがどの程度成立するかの検討の上で、所有権のある場合について検討し新たに一般化過大評価定理を証明できた。金本は2地域2タイプの場合について証明している。しかしこの場合はVの基準となるEV(equivalent variatlon)の価格は改善されない地域のものを用いている。しかしこの価格をもちる妥当性は多地域多タイプの場合は明らかでない。今回拡張し一般化過大評価定理の特徴は異質な消費者の効用変化を定義するため、同一タイプについては支出関数の最小なる値を基準とすることで過大評価が成立することを示した点にある。さらに土地所有について任意の保有率で可能となる定理である。また(2)異質の消費者を前提としたキャピタリゼーション仮説の理論による過大推定率と計量経済モデルによる効用関数推定による便益評価の比較検討をおこなうために、北海道札幌市のCVMデータによって得られた立地データから確率効用理論によって効用関数を推定した。この際地価についてはCVMデータにないため、実取引データからヘドニツク価格関数を推定し、回答者の立地地点のデータから推定した値を用いた。これによって同質的な場合については過大評価率が小さいことを示した。この結果はこれまでほとんど世界で検証されていないもので画期的といえる。今後はこれを異質な消費者に拡大する予定である。本研究では1異質な消費者が存在する場合の他地域他主体のキャピタリゼーション仮説に関して、拡張過大定理を証明した。さらに2計量経済学的アプローチの新たな開発:計量経済学的方法論のリビューに基づき本研究では市場価格関数に分位点回帰を適用し単一市場から半固定自己相関ヘドニック関数を推定しようという新しい計量経済モデルを開発する予定であったこれが理論的に妥当でないことがわかった。拡張評価定理の有効性は、過大評価率κの上限に依存している。この値を求めることは現実社会でのこの定理の意義を確認するために極めて重要になる。本研究では、異質な消費者が存在する場合のκを計測する為に、北海道札幌市のCVMデータを用いて先ず効用関数の推定を試みた。これまでの多くの分析は被調査者の財産所得を無視してきた。しかしヘドニック分析は土地に対する付値を分析対象としている。土地は財産との認識があり、財産所得を考慮しない分析は適切とはいえない。ところが、財産所得を調査することは極めて困難である。札幌市調査でも財産所得は把握してない、しかし被調査者が土地保有者であることから、少なくとも当該土地は保有しているとして、かつコブダグラスの効用関数を仮定し、表明された、水質に対する、WTP額から財産所得を含む所得を算出した、これをもとに、住宅立地に関する情報から、効用関数のパラメターを推定した。これにより、κを算出する基礎条件が満たされた。公共政策、地方政策、環境政策の評価のためにはヘドニックアプローチは極めて有効である。しかしながら、異質な消費者を扱わなかったため、代表的個人を想定できないプロジェクトの評価には問題が山積している。昨今の公共政策の評価のためには、多様な国民の同意が不可欠であり、本研究では異質な消費者の存在を前提としたヘドニックアプローチの理論の再検討と適用可能性を探る。本研究では1異質な消費者が存在する場合、uniform national dividend scheme下で金本の一致定理がどの程度成立するかを検討した。一致定理のうち小プロジェク条件(zの変化がすくない)の極限で過大推定率が1に単調に収束しない可能性があることを示した。所有権のある場合について検討した結果、この場合も過大評価定理が成立することが判明した。さらに環境質が連続的に変化する場合にも拡張し同一の成果がえれれた。さらに2計量経済学的アプローチの新たな開発:計量経済学的方法論のリビューに基づき本研究では市場価格関数に分位点回帰を適用し単一市場から半固定自己相関ヘドニック関数を推定しようという新しい計量経済モデルを開発を試みたが、分位点回帰ではなく通常のセミパラメトリック手法での推定に成功した。その理論的解明は未解決に残った。3異質の消費者を前提としたキャピタリゼーション仮説の理論による過大推定率と計量経済モデルによる効用

関数推定による便益評価の比較検討:1)2)の比較分析を行うため効用関数をヘックマンの開発した方法を用い東京のデータにより推定した。その結果、異質な消費者の存在によって、大幅に過大評価が高まる場合とそうでない場合があることがわかった。第一課題に対しては証明ができた、セミパラメトリックに関してスコッチマーの指摘に整合的なモデルを開発したがその理論的妥当性は不明。25年度が最終年度であるため、記入しない。第一課題は実証研究を行い有効性を確認する、第2課題に対してはconditional logit modelの適用を試みる。
海馬台における投射先特異的な情報処理機構の解明

本研究の目的は、海馬の出力層にあたる海馬台からどのような情報がどの脳領域へ伝達されるのかを明らかにすることである。本年度は大規模計測と光遺伝学を組み合わせて、投射先を同定した海馬台の神経細胞の活動を計測する実験系を構築した。具体的には、アデノ随伴ウイルスベクターを用いてラットの海馬台の神経細胞にチャネルロドプシン(ChR2)を発現させた。次に、最大256点の多点電極シリコンプローブを用いて、100個程度の海馬台の神経細胞の活動を一斉に計測しながら、海馬台の主要な投射先に挿入した光ファイバーを使って脳領域特異的に青色光で刺激した。ChR2を発現している神経細胞の軸索で生じたスパイクが短い潜時と小さなジターで逆行性に細胞体へ伝わることを指標にして、海馬台の神経細胞の投射先を同定できた。この技術を使って、行動課題(空間探索課題や作業記憶課題など)時と睡眠中に100個程度の神経細胞の発火活動を一斉に計測し、神経細胞の投射先を同定した。計測した活動データから、オフラインでスパイクソーティングにより個々の神経細胞の発火タイミングを抽出し、データ解析を行った。神経細胞が持つ各種の情報(場所情報・頭方向情報・作業記憶情報など)を定量し、海馬台で観察される各種のオシレーション(シータ波・ガンマ波・リップル波など)に対する発火の相関、各種の行動状態(課題遂行時・安静時・レム睡眠時・ノンレム睡眠時)における発火パターンを精査した。その結果、海馬台の神経細胞は、投射先の脳領域によって異なる種類の情報を伝達し、異なる発火パターンで活動し、各種のオシレーションに対して異なる相関を示すことを示唆するデータを得た。この結果は、海馬台が投射先選択的に特有の情報を特有の活動様式を用いて伝達することを示唆するものである。申請書を書いた時点で予定していたことを概ね達成できた。すなわち、大規模計測と光遺伝学を組み合わせることで、行動中のラットにおいて、投射先を同定した海馬台の神経細胞の活動を計測する実験系を構築した。さらに、この構築した技術を用いて、海馬台が投射先選択的に特有の情報を特有の活動様式を用いて伝達することを示唆する予備データを得ることができた。以上より、「概ね順調に進展している」と判断した。大規模計測と光遺伝学を組み合わせることで、行動中のラットにおいて、投射先を同定した海馬台の神経細胞の活動を計測する実験系のさらなる効率化を測る。行動中と睡眠中に記録し、投射先を同定することができた海馬台の神経細胞がどのような情報をもち、どのような発火パターンを示して、各種のオシレーションとどのような相関があるかに関しての解析を進める。
グラフェンの構造ならびに物性の制御に関する研究

本研究では、次世代エレクトロニクス・スピントロにクス材料として注目されるグラフェンについて応用の可能性を広げることを目指し、「電子構造を制御したグラフェンの創製法の探索」を目標とし研究に取り組んだ。具体的には、これまでの結晶方位を制御した単層グラフェンの合成の成果を活かし、長周期構造を与えるCu(111)面上でのグラフェンの成長条件の探索、および積層角度を制御した二層グラフェン(twisted bilayer graphene, tBLG)の作製と評価を行った。長周期構造の制御にはグラフェンのCu(111)面に対する配向に加え、成長速度と成長圧力のコントロールが重要であることが分かった。tBLGについては、方位が一方向にそろった単層グラフェンを合成しそれらを転写によって重ね合わせることによって、±1°の精度で人工的に積層角度を制御しtBLGを得ることに成功した。さらにCu薄膜上にtBLGを創製し、Nano-ARPESによるバンド構造の評価を行った結果、二つのDirac coneが重なり、また相互作用によって新たなバンドを形成していることが観察された。これらの結果は、今後のグラフェンデバイスの発展に重要な新しい知見であると考えられる。また、原子層厚さかつ機械的にフレキシブルなデバイスデバイスの作製に向けた検討として、Cu箔上にCVD成長したグラフェンをSiO2/Si基板に転写しMOCVD法と組み合わせることによって、面内ヘテロ構造を持つグラフェン-二硫化モリブデン(MoS2)の合成を実現した。これらの研究は、海外渡航制度を利用し、主にアメリカ合衆国コーネル大学化学科に滞在して共同研究を行い、より多角的に検討を進めることができたためと考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。CVD法は大面積化可能なグラフェンの合成方法であるが、従来のCVDグラフェンは多結晶構造を有しており、ドメイン境界における物性評価が必要とされる。本研究では、CVDグラフェンのドメイン構造(特にドメイン境界)がキャリア輸送特性および光物性に及ぼす影響について検討を行った。・キャリア輸送特性:CVDグラフェンのドメイン境界にまたがるように電界効果トランジスタ(FET)を作製し、I-V特性を評価した。CVDグラフェンは、欠陥由来のラマンDバンドが弱く高品質であったが、単一ドメイン内では20,000cm^2/Vsが得られたのに対し、ドメイン境界では10,000cm^2/Vsと著しい移動度の低下がみられた。さらに温度依存性から、単一ドメイン内ではフォノン散乱が支配的なのに対し、ドメイン境界では欠陥の存在を示唆する不純物散乱が優勢であるということが分かり、キャリア散乱のメカニズムが議論できた。・光物性:グラフェンのドメイン境界が表面増強ラマン分光(SERS)の感度に与える影響を調査した。グラフェンエッジにおける検出強度の増大が著しく、ドメイン境界における検出感度増大の効果が低いことが分かった。これはドメイン境界における構造的乱れがエッジ部と比較して少ないことが示唆されるが、構造の違いはグラフェン成長だけでなく、SERS測定のための転写の影響も考えられ、さらに詳細な検討が必要である。その他に、分子によるグラフェンの機能化、およびグラフェンを基盤としたフレキシブルデバイスへの応用という観点から、グラフェン上におけるπ共役系分子(塩化アルミフタロシアニン(ClAlPc)分子)の自己組織化に関する検討も行った。ClAlPc分子はグラフェン上で正方形の単位格子を持って規則的に配列することが分かった。また、その単位格子の方位はCVDグラフェンのドメインの方位を反映して回転することが示唆された。これらの結果よりCVDグラフェンはπ共役系分子の自己組織化テンプレートとして有効であることが示された。

研究実施計画にはCVD法によって合成したグラフェンのドメイン境界における物性評価を、キャリア輸送特性、機械的強度,光物性と3点挙げていたが、そのうち2点についてのみ達成できており、加えて、前年度より研究を取組んでいたテーマ「グラフェン上におけるπ共役系分子の自己組織化」について議論を進め、学術論文としてまとめることができたため。近年、グラフェン分野は非常に展開が競争が激しく、当初2年目に計画していた「バンドギャップエンジニアリングを目指したグラフェン/hBN複合材料の合成」についてはすでに他の研究グループからの報告がなされ始めている。そのため、グラフェンとhBNだけに留まらず、他の二次元薄膜(カルコゲナイド系薄膜、酸化物薄膜)にも研究対象を広げ、原子薄膜を組み合わせたヘテロ接合またはヘテロ積層材料につついて、エレクトロニクス応用を目指した新規物性制御と評価に取り組んでいく。