hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多軸予見経路制御システムの研究

本研究では経路制御の本質について吟味し、1軸に関する制御とは異なった観点から、目標経路の予見情報を適切に用いた多軸経路制御システムの理論を構築し、これを実システムに適用して有効性を確認することを行ってきた。汎用的に多軸経路制御に有効な予見経路制御に対する理論を構築しようとする本研究は、制御工学の中でも従来の1軸サーボ系の枠組みとは異なった新しい分野に位置づけられると思われる。具体的には、多軸システムに対して回転座標変換および伸縮座標変換を用いるベクトル分解経路制御と呼ぶ多軸経路制御手法を構築してきた。これにより、システムは時不変の線形システムとなり、ゲイン成分と位相成分相当に分離して扱うことができ、ゲイン成分のみにより経路誤差が表され、位相成分は経路上の移動のみを表すものとなる。この軸伸縮変換の性質について検討し、この変換を行うことにより1型の制御系を構成すれば任意目標値に対して誤差が非常に小さくなり、通常のハイゲイン制御系とは性質が異なることをシミュレーションによって示した。また2軸に対しては、任意形状の経路目標値に対しては、それが円経路に近ければ円経路に、直線経路に近ければ直線経路に変換するのが望ましく、また基準点はある範囲であればどこでも経路誤差はほとんど変わらないことをシミュレーションおよび実験により示した。またこの手法を3次元の任意曲線経路の場合へも拡張して、理論的な検討を行っているがこれについてはまだ検討中である。ついで実システムへの応用に関して、3軸の卓上型NCフライス盤を改造して、既存のNCコントローラとパソコンによるコントローラを切り替え可能な構成とし、ベクトル分解経路制御を用いた場合との制御性能の比較検討を行った。また二輪移動車両を試作し、これに対して任意経路を追従させる実験も行った。この結果、実システムに対してもベクトル分解経路制御の有効性が確認されている。経路制御とは、位置の軌跡をその時間目標値に依存せずに経路目標値に追従させる制御であり、通常の位置制御とは本質的に異なるものである。しかし現状では、1軸のサーボ系を構成して各軸サーボ系の制御特性をできるだけ一致させ、各軸独立に位置制御を行い、結果として経路制御を行うのが一般的である。より高精度でかつ外乱の影響を抑制するような本質的な経路制御を実現するためには、経路誤差の定義の方法や、この経路誤差を外乱などによらず最小にするような制御系の設計が問題となる。本年度はこのような特徴を持った経路制御の本質について吟味し、1軸に関する制御とは異なった観点から、目標経路の予見情報を適切に用いた多軸経路制御システムについて検討を行った。このような観点からすでに提案している方法は多軸システムの運動方程式を回転座標系変換および軸伸縮変換を行い、システムの位置応答とこの回転座標系を同期させて扱う方法である。これにより、軸伸縮比率を状態変数に含めることによりシステムは時不変の線形システムとなり、ゲイン成分と位相成分相当に分離して非干渉化して扱うことができ、ゲイン成分のみにより経路誤差が表され、位相成分は経路上の移動のみを表すものとなる。本年度はこの理論について再検討し、これを軸伸縮比率の変化を考慮したものに改良し、目標経路が閉曲線のみで与えられるものから開曲線、さらに3次元空間の任意曲線の場合へと拡張した。軸伸縮比率の変化を考慮することにより、従来のものより大幅に経路誤差が減少することは確かめているが、さらにシミュレーションにより、この手法のもつ様々な特性について検討を行っている。また来年度に向けての実験の準備として画像処理ボードやCCDカメラの購入を行っている。

汎用的に多軸経路制御に有効な予見経路制御に対する理論を構築しようとする本研究は、制御工学の中でも従来の1軸サーボ系の枠組みとは異なった新しい分野に位置づけられると思われる。本年度はこの多軸予見経路制御に関して、すでに提案しているベクトル分解経路制御について、この手法の持つ様々な特性について検討を行った。すでにこの手法の有効性はシミュレーションおよび実験により確認しているが、その性質についてはあまり明らかではなかった。本年度はまずベクトル分解経路制御で用いられている軸伸縮変換の性質について1軸に対して検討し、この変換を行うことにより1型の制御系を構成すれば任意目標値に対して誤差が非常に小さくなり、通常のハイゲイン制御系とは性質が異なることをシミュレーションによって示した。また2軸に対しては、任意形状の経路目標値に対しては、それが円経路に近ければ円経路に、直線経路に近ければ直線経路に変換するのが望ましく、また基準点はある範囲であればどこにとっても経路誤差はほとんど変わらないことをシミュレーションおよび実験により示した。これらの検討により本手法の有用性が高まったと考えている。さらにこの手法を3次元の任意曲線経路の場合へも拡張して、理論的な検討も行った。並行してこの手法の実システムへの応用として、XYZテーブル、3軸のNCフライス盤などの経路制御の実験装置の整備を行い、基礎的な実験を行っている。また非ホロノミック拘束を受ける二輪移動ロボットの経路制御や力覚提示装置への応用など新たな方面への応用の準備も進めている。本研究では経路制御の本質について吟味し、1軸に関する制御とは異なった観点から、目標経路の予見情報を適切に用いた多軸経路制御システムの理論を構築し、これを実システムに適用して有効性を確認することを行ってきた。本年度はこの多軸予見経路制御に関してすでに提案しているベクトル分解経路制御について、実システムへの応用を中心として、実験による検討や3次元任意曲線経路への拡張についての理論的検討を行った。実験については、一つめは3軸の卓上型NCフライス盤を改造して、既存のNCコントローラとパソコンによるコントローラを切り替え可能な構成とした。これにより、ベクトル分解経路制御を用いてNCフライス盤を制御することが可能になり、既存のNCコントローラを用いた場合との制御性能の比較検討が可能になった。最初はx-y平面の経路応答を比較し、ついで実際に切削を行った場合の比較を行った。この結果、ベクトル分解経路制御によると、とくに移動方向の変化時において摺動面の摩擦の影響による経路誤差を小さくする効果が確かめられた。しかし、接線速度の変動は大きくなり、現在この点の改良を目指した実験を行っている。二つめは超音波モータを用いて非ホロノミック拘束を受ける二輪移動車両を試作し、これに対して任意経路を追従させる実験を行った。
微分接着能と相転移能を有する人工細胞外マトリックスによる細胞選別・純化技術の開発

本研究では,任意の細胞接着能の差(Differential cell adhesiveness:微分接着能と提唱)を利用する新しい選別・純化技術を提案し実証した。具体的には細胞接着性および非接着性の2種類の感温性人工細胞外マトリックスを用い、その混合比を変えることによって接着能の差による選別を行う。この人工細胞外マトリックスは低温にすることによって溶解することから、酵素を利用しない物理的脱着(細胞外障害はない)で回収できる。接着・脱着・再接着の操作を繰り返すことによってモノクローナル選別・純化が進行する。具体的には、細胞接着性のゼラチンのリジン残基にイニファタを導入し、光リビング・ラジカル重合により、PNIPAMがグラフト鎖されたPNIPAM-Gelatinを合成した。このPNIPAM-Gelatinは細胞接着性である。一方、PNIPAM自体は細胞非接着性であり、これらを混合すると混合比に応じて血管壁細胞(内皮および平滑筋細胞)は低PNIPAM-Gelatin含有領域は非接着性、含量の増大ととれる。このS字型パターンは細胞種によって変化し、例えば内皮細胞はよく接着するが、平滑筋細胞は接着し難い混合率領域が見出された。このWindowを使用すると、接着する細胞の大多数は内皮細胞(EC),非接着は平滑筋細胞(SMC)となる。常温にもどすと接着内皮細胞は自然に脱着し、容易に回収できた。2種類の細胞に予めDioおよびDiLの蛍光染色をしておくと、接着細胞の比率が容易に定量できる。人工細胞外マトリックスの混合比(AおよびB)を変えてEC, SMCの同じ細胞数の混合物から、接着・回収・再接着を繰り返すと、著名に純度は増大することが実験的に証明できた。細胞障害を起こすことなく、ECの回収および純化ができた。
カイコ培養細胞の代謝改変を目的としたマイクロアレイによる遺伝子発現の網羅的解析

本研究課題では、有用タンパク質生産に役立つ昆虫細胞発現系の創出を目的として、チョウ目昆虫培養細胞の遺伝子発現パターンを網羅的に解析し,その結果に基づいて翻訳後修飾反応などの代謝特性を人為的かつ合理的に改変するための遺伝子操作技術の開発を試み,以下の成果を得た.1.カイコ由来BmN4細胞とBoMo細胞における遺伝子発現の細胞株間差異とBmN4における培地依存的な遺伝子発現を,それぞれcDNAマイクロアレイとオリゴDNAアレイを用いて網羅的に分析し,細胞株あるいは培地特異的に発現量が増減する遺伝子群を同定した.特に,培養液により発現量に大きな差が見られた遺伝子のプロモーターを利用すれば、培地成分による有用タンパク質生産制御技術が開発できる可能性が示唆された.2.サクサン由来AnPe細胞では,哺乳類型の複合型N型糖鎖付加が起こること,ならびにAcNPV感受性が培地依存的に変化することを明らかにした.AnPe細胞における培地依存的遺伝子発現をディファレンシャルディスプレイ(DD)により網羅的に分析し,発現量に培地間差異の転写塵物を同定した。これらの遺伝子発現を操作すれば,AcNPV高感受性の哺乳類型糖タンパク質生産用AnPe細胞が創出できる可能性が示唆された.3.カイコ培養細胞を効率良く形質転換するためのpiggyBacベクターとして,カイコのアクチンA3プロモーターの制御下で目的遺伝子を発現し,ショウジョウバエのhsp70プロモーターの制御下で選抜用のピューロマイシン耐性遺伝子を発現するベクターを構築し,これまでバキュロウイルスベクターではうまく生産できなかった膜糖タンパク質を昆虫細胞膜上に発現することに成功した.このベクターを利用すれば,カイコのみならずチョウ目昆虫培養細胞を代謝改変できる可能性が示唆された.本研究課題では、有用タンパク質生産に役立つ昆虫細胞発現系の創出を目的として、チョウ目昆虫培養細胞の遺伝子発現パターンを網羅的に解析し,その結果に基づいて翻訳後修飾反応などの代謝特性を人為的かつ合理的に改変するための遺伝子操作技術の開発を試み,以下の成果を得た.1.カイコ由来BmN4細胞とBoMo細胞における遺伝子発現の細胞株間差異とBmN4における培地依存的な遺伝子発現を,それぞれcDNAマイクロアレイとオリゴDNAアレイを用いて網羅的に分析し,細胞株あるいは培地特異的に発現量が増減する遺伝子群を同定した.特に,培養液により発現量に大きな差が見られた遺伝子のプロモーターを利用すれば、培地成分による有用タンパク質生産制御技術が開発できる可能性が示唆された.2.サクサン由来AnPe細胞では,哺乳類型の複合型N型糖鎖付加が起こること,ならびにAcNPV感受性が培地依存的に変化することを明らかにした.AnPe細胞における培地依存的遺伝子発現をディファレンシャルディスプレイ(DD)により網羅的に分析し,発現量に培地間差異の転写塵物を同定した。これらの遺伝子発現を操作すれば,AcNPV高感受性の哺乳類型糖タンパク質生産用AnPe細胞が創出できる可能性が示唆された.3.カイコ培養細胞を効率良く形質転換するためのpiggyBacベクターとして,カイコのアクチンA3プロモーターの制御下で目的遺伝子を発現し,ショウジョウバエのhsp70プロモーターの制御下で選抜用のピューロマイシン耐性遺伝子を発現するベクターを構築し,これまでバキュロウイルスベクターではうまく生産できなかった膜糖タンパク質を昆虫細胞膜上に発現することに成功した.このベクターを利用すれば,カイコのみならずチョウ目昆虫培養細胞を代謝改変できる可能性が示唆された.カイコ由来BmN4細胞とBoMo細胞をモデル実験系として,カイコのESTが6000個乗ったマイクロアレイを用いて,遺伝子発現の細胞株間差異と培養条件による影響を網羅的に解析し,カイコBmN4細胞とBoMo細胞の遣伝子発現パターン及びTC-100培地(10%牛胎児血清添加)とSf-900II無血清培地で培養したBmN4細胞の遺伝子発現パターンの差異をそれぞれ検出できた。現在、得られた膨大なデータを解析中である。比較の対照として、サクサン由来AnPe細胞をTC-100培地(10%牛胎児血清添加)とSf-900II無血清培地でそれぞれ培養し、遺伝子発現をディファレンシャルディスプレイ(DD)分析で比較したところ、発現量に培地間差異のある110個の転写産物の断片が検出され,ホモロジー検索により39個の相同遺伝子の候補を同定できた。現在、BmN4細胞とAnPe細胞における培地による遺伝子発現パターンの変化を詳細に比較検討中であり、変化の共通性が明らかになれば、鱗翅目昆虫培養細胞の代謝を人為的にコントロールする培養技術の開発が可能になると期待される。また、AnPe細胞ではほ乳類型の複合型N型糖鎖付加が起こる事も明らかとなったので、カイコ培養細胞のN-グリコシル化経路改変のモデルとして今後も比較対照に用いることにした。また,BmN4細胞を効率良く形質転換するためのpiggyBacベクターの構築を試みた。ピューロマイシン耐性によりGFP生産形質転換細胞を選抜できる2種類のpiggyBacベクターを作製し,BmN4細胞の形質転換効率を比較したところ,蛍光強度の強いGFP陽性細胞の割合はカイコのアクチンA3プロモーターよりもショウジョウバエのhsp70プロモーターの制御下でピューロマイシン耐性遺伝子を発現するベクターの方が多く、今後の代謝改変実験遂行に適していると判断された。カイコ由来BmN4における培地依存的な遺伝子発現を、新たに開発されたオリゴDNAマイクロアレイを用いて分析した結果、TC-100(+10%)

培地とSf-900II培地の間で2倍以上発現量が異なる遺伝子を383個(TC>Sfが262個、Sf>TCが121個)検出できた。TC-100(+10%)培地で発現が増加する遺伝子にはコラーゲンなど細胞外マトリクスや糖鎖修飾など分泌経路に関わるものが多く含まれており、一方、Sf-900II培地では特定のレクチンや熱ショックタンパク質遺伝子の発現が増加していた。特に発現量に大きな差が見られた遺伝子のプロモーターは、培養細胞における遺伝子発現を培養液成分で制御できるので、有用タンパク質生産に利用可能であると判断された。比較対照として供試したサクサン由来AnPe細胞については、前年度のディファレンシャルディスプレイ(DD)分析で同定された培地感受性遺伝子のうち、TC-100(+10% FBS)培地で発現が多くなる2遺伝子(GC10dとGC19f)と、Sf-900II培地で発現が多くなる3遺伝子(CA09f,CA15dおよびCA20d)について定量RT-PCR分析で再現性が確認できた。これらの遺伝子は、2種類の培地の等量混合培地や10%血清添加Sf-900II培地において、若干の例外はあるものの中間的な発現量を示す傾向が見られ、ウイルス感受性も中間的であった。したがって、AnPe細胞における5種類の遺伝子の発現調節とウイルス感受性は、主に血清中の成分とSf-900IIの成分のバランスで決定されていると判断された。同定された5種類の遺伝子とウイルス感染との関連については今後検討を行う。なお、BmN4細胞とAnPe細胞における培地による遺伝子発現パターンの変化を比較した結果、一部の熱ショックタンパク質遺伝子の発現量変化に共通性が認められた。哺乳類と類似した複合型のN型糖鎖付加能力を有するサクサン由来AnPe細胞とバキュロウイルスベクターを用いた実用的な糖タンパク質生産系を構築するために,サクサン核多角体病ウイルスA株の全ゲノム配列を決定し,宿主範囲決定やタンパク質生産効率に関わる遺伝子群およびそれらのプロモーター配列を含む全てのORFとゲノム構成について,AcNPVなど他のバキュロウイルスと網羅的かつ包括的な比較を行った.さらに,ゲノム解析結果を利用して,強力なp10プロモーターを利用したトランスファーベクターおよびポリヘドリンとp10プロモーターの両方を利用して2種類の遺伝子を同時発現できるトランスファーベクターを構築した.これらの成果により,AnPe細胞を基盤とした有用糖タンパク質生産系の確立に役立つ知見及び技術が得られた.また,カイコ由来BmN4細胞の形質転換のために開発したpiggyBacベクターの改良を行い,外来遺伝子が容易に挿入できるユニークな制限部位を有するpPIGΔを構築した.このベクターにサケ科魚類の造血組織壊死症ウイルス(IHNV)のウイルス膜糖タンパク質(IHNG)遺伝子を挿入してBmN4細胞の形質転換を行ったところ,バキュロウイルスによる発現ではうまく生産できなかったIHNGを細胞膜上に持続生産することに成功し,形質転換ベクターとしての有効性が実証された.
超高温環境下でのミクロ領域における変形分布計測システムの開発と応用

加熱・冷却時の材料の変形計測技術はセラミックス系複合材料などの高温構造部材の信頼性評価に不可欠である。しかし、1000°Cを超えると観察自体が困難となってしまい変形分布を計測することは困難とされていた。そこで、本研究では1000°C以上で変形分布計測をできる技術を確立し、セラミックス系複合材料の高温変形挙動に応用することを目的とした。はじめに、サファイアを標準試料として用い画像相関法によって1200°Cまでの変形分布計測を試みた。その結果、材料表面に吹き付けるスペックルパターンの作製手法が問題となった。種々の材料、粒子の大きさのセラミックス粒子から構成されるスラリーを用い変形分布計測した結果、粒子の大きさが計測精度に影響していることがわかった。室温で既知の面内変位を与え計測した結果、ほぼ実験値と一致した。作製したスペックルパターンを利用し計測した熱ひずみ分布の平均値は、サファイアの熱膨張係数と加熱温度から計算したひずみとほぼ一致していることがわかった。最大の拡大倍率でおよそ1mm2の範囲で測定を行ったところ、ほぼ同様の結果が得られ、目標の第一段階を達成することができた。多結晶Al2O3を用いて同様の実験を実施した結果、ほぼ同様の傾向が得られた。現在の課題は、表面のスペックルパターンに使用している粒子が1400°Cを超えると粒子自身が変化してしまうことである。本年度作製したパターンは、耐熱性に改善の余地があるものの、既に新たな材料を選定し、実験を重ねており、ほぼ当初の予定どおり順調に研究は進展していると考えている。おおむね順調に進んでいる。本年度取り組んだスペックルパターンは、1400°Cを超えると粒子自身が変化してしまい、耐熱性に改善の余地があった。その他の事項については目標を達成できた。次年度に使用するセラミックス系複合材料は作製済みであり、既に基礎的な力学特性の評価を進める段階に入っており、計画通り研究を遂行できる準備が整っている。スペックルパターンの耐熱性については試行錯誤を重ねており、問題はない。本年度は複合材料の不均一変形の測定を行い、セラミックス系複合材料の信頼性評価手法として役立つことを証明する。同時に、昨年度実施分の成果を学術論文として発表する。研究遂行段階で、当初計画した物品を安価なもので代用することができることがわかったため、次年度使用額が生じた。安価な物品で代用しても本課題の目標を達成できることは確認済みであり、より汎用性のある計測手法とて利用できると考えている。今年度問題となったパターンの耐久性について、当初計画になかった消耗品が新たに必要であり、粉末の購入費用とする。
低フィチンダイズの環境適応性の解析とリン資源有効利用技術の開発

家畜用飼料原料の穀類には有機態リン酸化合物のフィチン酸(フィチン態リン酸)が大量に含まれている。フィチン酸は、豚や鶏などの単胃動物では、消化吸収されないため、リン酸の多くが糞として排泄されている一方で、不足するリン酸を補うために飼料に無機リン酸が添加されている。しかし、原料のリン鉱石は、有限な資源であり枯渇の恐れがある。そこで、本研究では、飼料原料として使われているダイズに着目し、全リン酸は変えずにフィチン酸のみを低減し家畜に吸収されやすい無機リン酸を高めた低フィチンダイズを育成し、その低フィチンダイズの環境適応性と、それが環境汚染の軽減とリン酸資源の有効活用に応用できるかどうか検討した。ダイズは植物性飼料原料として家畜飼料として利用されている。しかし、有機態リン酸の一つである「フィチン酸(ミオイノシトール6リン酸)」がダイズには多く含まれているが、フィチン酸は豚や鶏では吸収・利用できない。そのため、大量のリン酸が糞として環境中に排泄されている。にもかかわらず、家畜に吸収利用できるリン酸が飼料に少ないために、無機リン酸が添加されている。この無機リン酸は有限な資源であり枯渇が心配されている。原料であるダイズから、リン酸の利用効率を高めることができれば、飼料に添加する無機リン酸が低減できリン酸資源の節約につながると同時に、畑地へのリン酸の蓄積を軽減し環境負荷を防止できる。この問題を解決するために研究代表者らは2004年から低フィチンダイズの育成を行っている。そこで、まず始めに、平成22年度まで得られたF7系統を23年6月から11月にかけて広島大学精密実験圃場で栽培し、各系統の生産性と環境適応性を調査し、低フィチンダイズの選抜を行った。その結果、全リン酸(全P)に対するフィチン態リン酸(Phy-P)の割合が約30%で、かつ、その収量も普通栽培品種や高フィチン系統(Phy-P/全P=80%)と変わらない300350kg/10aの収量性を持つ低フィチン系統が得られた。また、低フィチン系統の粗タンパク質、粗脂肪、粗灰分、ミネラル濃度などの飼料成分にも差がなかった。一方、低フィチン系統の低リン条件下での適応性を調査することを目的にして、10a当たり10kgP_2O_2(対照)区と5kgP_2O_2(低リン)区の施肥条件で栽培し結果、収穫期の個体当たりの子実重は、低リン区および高リン区とも、高・低フィチン系統間で大きな差は無かった。以上の結果から、普通栽培品種および高フィチン系統と同様に環境適応性および収量性ともすぐれた低フィチンダイズが選抜できた。家畜用の飼料原料として大量に使用されているダイズ、トウモロコシなどの穀類には有機態リン酸化合物のフィチン酸(フィチン態リン酸)が大量に含まれている。フィチン酸は、豚や鶏などの単胃動物では、消化吸収されない。そのため、リン酸の多くが糞として排泄されている一方で、不足するリン酸を補うために飼料に無機リン酸が添加されている。しかし、原料のリン鉱石は、有限な資源であり枯渇が心配されている。そこで、本研究課題では飼料原料の一つダイズに着目し、ダイズの全リン酸濃度は普通栽培品種と変えずにフィチン酸のみを低減し家畜に吸収されやすい無機リン酸濃度の高い低フィチンダイズを育成し、環境汚染が少なく、かつ、リン酸資源の有効利用技術を確立することを目的に研究を行った。平成25年度は以下の内容を実施した。1)低フィチン系統を平成25年6月上旬に圃場に播種し、10月中旬から11月上旬にかけて収穫し収量調査した。その結果、子実収量は250300kg/10aであり平成24年度の全国のダイズ平均収量の171kg/10aに比べても高く、フィチン酸を低減しても収量性に問題はなかった。2)若鶏に高および低フィチンダイズで調製した飼料を21日間の給与した結果、低フィチン飼料区で生体重が重く鶏の生育に問題はなかった。また、血漿中の無機リン酸濃度が高く、飼料から効率よくリン酸が吸収できた。さらに、飼育期間に排泄された糞中のリン酸量は、高フィチン飼料区に比べて低フィチン飼料区で15%程度低かった。3)低フィチン飼料および高フィチン飼料(普通飼料)で飼育した鶏の鶏糞堆肥を施用した堆肥試験で小松菜を栽培した結果、低フィチン鶏糞区では、普通飼料で飼育した鶏糞と比べて大きな差は見られなかった。

以上の結果、低フィチンダイズを飼料に用いた場合、鶏の生長量を変えることなく環境へのリン酸の排出が低減できることが示唆された。家畜の植物性飼料原料として大量に利用されているダイズには有機態リン酸の一つであるフィチン酸が多く含まれている。フィチン酸は豚や鶏では吸収・利用できないため、大量のリン酸が糞として環境中に排泄されている一方で、家畜に吸収・利用できるリン酸が飼料に少ないために、無機リン酸が添加されている。この無機リン酸は有限な資源であり枯渇が心配されている。飼料原料のダイズからリン酸の利用効率を高めることができれば、飼料に添加する無機リン酸が低減でき、リン酸資源の節約につながると同時に、環境へのリン酸の蓄積を軽減し、環境負荷を防止できる。この問題を解決するために研究代表者らは低フィチンダイズの選抜・育成を行っている。24年度は、次の実験を行った。1)30系統を平成24年6月上旬から広島大学精密実験圃場で栽培し、11月12月中旬にかけて収穫し子実のリン酸濃度を測定した。その結果、全リン酸に対するフィチン態リン酸の割合が約35%以下の低フィチン系統が21系統が選抜できた。2)低フィチンおよび高フィチン系統を10a当たり5kgP2O5と10kg P2O5の施肥条件で栽培し、低フィチン系統の環境適応性を評価した。その結果、開花期の光合成速度およびアセチレン還元法で測定した窒素固定能、生育量および収穫期の子実重は両系統間で差は無く、ダイズの子実のフィチン含量を低下させても環境適応性に影響は見られなかった。現在、両リン酸施肥下での子実の粗タンパク質、粗脂肪、粗灰分、ミネラル濃度などの品質評価を行っている。3)低フィチンおよび高フィチンダイズで調整した鶏の配合飼料を産卵鶏およびブロイラーに2週間給与し試験した所、低フィチン系統で飼育した雛は、普通品種で飼育した雛に比べて増体量が大きく、かつ糞として排出されるリン酸量も低い傾向にあった。交雑育種で得られたF7系統を23年度に圃場栽培した結果、フィテン酸含量が低くく、かつ、収量性の安定した低フィチン系統が選抜できたことから、研究は概ね順調に進展していると考える。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の最終目的は、枯渇が心配されているリン鉱石の有効活用とリン酸資源の節約技術、環境へのリン酸の排泄量を軽減し環境負荷低減技術を開発することにある。単胃動物では飼料に含まれるリン酸の多くが消化・吸収できないために、リン酸を飼料に添加している一方で、家畜の糞として大量にリン酸が環境中に排泄されている。本研究では、飼料原料に含まれるリン酸を家畜に吸収・利用しやすい形に換えることで、これらの問題を解決することを目的にしている。この問題を解決するためには、1)低フィチン穀類を選抜・育成すること、また、2)選抜した系統の中から、収量が高く、安定した生産性を持つ系統を育成するには、普通栽培品種と生産性及び環境適応性を評価すること、3)育成した穀類を家畜飼料の原料として使用して家畜へのリン酸の吸収および環境への排泄量を調査することが、必要である。24年度は、これらの目的を実施するために、広島大学精密実験圃場での栽培試験および動物実験を行った。栽培試験の結果、フィチン酸含量が低い低フィチン系統が多くの選抜され、さらに、これの系統の生産性および環境適応性の評価を行った。また、収穫したダイズ子実を使って単胃動物である鶏に給与したところ、低フィチン系統で飼育した雛は、普通品種で飼育した雛に比べて増体量が大きく、かつ糞として排出されるリン酸量も低い傾向にあった。以上のように、24年度は、研究課題の最終目的の75%程度が達成でき、本研究の最終年度でもある、25年度に向けて、おおむね順調に進展していると考えている。
東日本大震災後の追悼や復興と音楽の関わりに関する学際的研究

東日本大震災後、「音楽の力」という言葉が頻繁に登場し、死者への追悼や復興など様々な場面で音楽が用いられた。本研究は、震災復興において、音楽が果たす機能や人や社会にもたらす効果を明らかにすることを目的としている。研究は、(1)「音楽の力」という言葉の使用に関する調査、(2)震災後の音楽活動に関する概要把握、(3)被災地での事例調査、(4)認知科学やトラウマ研究の応用、(5)文化政策的知見の抽出という5つのフェイズから成っている。社会学的なアプローチをベースにしつつも、認知科学や精神医学的知見を取り入れることで、音楽の「力」が発動するプロセスやメカニズムに関する理論的説明を行った。今年度の成果を、本研究が設定した3つのフェイズごとに記す。1基礎調査...震災後13ヶ月間の新聞記事(河北、朝日、読売)を対象に音楽関連記事を抽出し、データベース化した。抽出記事は12,529件。その大半は、チャリティー・コンサート関連の記事だった。「音楽の力」「歌の力」という言葉が含まれる記事は205件。また「願いを込めて」「心を込めて」など、「を込め」という言葉が頻出することもわかった(1657件)。本基礎調査から、音楽に情緒的な想いを投影する傾向が見えてきた。2研究交流や海外事例との比較分析...2011年のニュージーランド地震後の音楽活動を調査したオーストラリアの研究者(Shelley Brunt, RMIT Univ.)から研究報告を受けるとともに、関連研究に関する情報交換をおこなった。震災後のクライストチャーチでは、行政や音楽業界が音楽を「実務的」に「合理的」手段として用いていたことを知り、日本や東北の文化的特徴が浮き彫りになった。また、国内他大学等の関連研究会に参加し、情報共有・意見交換・経過報告発表をおこなった(立教大学:震災関連研究、一橋大学:トラウマとアート、理化学研究所:音楽と情動など)。3フィールドワーク...8月1719日に仙台メディアテークで開催された「かさねがさねの想い2」(震災後、宮城県を中心に活動してきた様々なジャンルのアーティストが一堂に会するイベント)に参加した。震災を機に様々な音楽や芸術表現が生まれていることを実感する一方、それらの担い手は震災前も同様に表現活動をおこなっていたことがわかった。復興ソングの重要性を再認識した。12月2123日には石巻を訪問。被災地の子供たちを対象とした身体表現ワークショップに参加した。主催の東京の研究グループは、震災後ほぼ毎月実施している。身体を用いる重要性、定期開催による効果を実感した。平成27年度の成果を、3つのフェイズごとに記す。(1)基礎調査・・・基礎調査は26年度にほぼ終えていたが、宮城教育大学小塩研究室が、本研究が実施した基礎調査を補完する内容の研究(「東日本大震災後の音楽活動に関する調査」)を行っていたという情報を入手したため、報告書3冊を取り寄せるとともに、情報交換を行った。これを通じて、本研究基礎調査の妥当性が裏付けられると同時に、現地でしか知り得ない貴重な情報を得ることもできた(例えば、震災直後の自衛隊による音楽活動の重要性、被災地を訪問したアーティストのファンの意識など)。(2)フィールドワーク・・・仙台と岩手で現地調査を実施し、震災後の音楽・芸術・文化活動に深く関わった様々な立場の人たちに長時間インタビューを行った。調査したのは、震災後いち早く「復興コンサート」を被災地で展開した「音楽の力による復興センター・東北」の事務局へのインタビュー、「復興コンサート」の現地調査と演奏者へのインタビュー、復興コンサートから生まれた合唱グループ〈みやぎの「花は咲く」合唱団〉の練習見学と指導者・主催者・参加者へのインタビュー、仙台の音楽・芸術活動を支えてきた「仙台市市民文化事業団」事務局へのインタビュー、震災後仮設住宅などでユニークな芸術活動を展開したMMix LabとArt Inclusionの調査とインタビュー、盛岡で復興支援にあたってきた「盛岡復興支援センター(Save Iwate)」事務局での調査とインタビュー。以上を通じて、音楽のもつ役割が震災後、時間の経過とともに変化してきたことが明らかになった。また、どのような意味で音楽やアートが「力」になるか、何が「力」となるために必要かという点についても具体的に理解されるようになった。(3)学際的考察・・・認知科学領域における「情動」や「芸術経験」に関する先行研究について調査を開始し、課題の整理を行った。平成27年度は、これまで行ったエスノグラフィックな研究を認知科学的視点から捉えなおすことにした。関連する認知科学的研究(特に脳神経科学関連の研究)の動向を調査し、二つの分野をつなぐポイントを整理した。その上で、東日本大震災後のエスノグラフィックな研究を認知科学的観点から再解釈し、「音楽の力」と言われるものが何であるか、また、どういうメカニズムでそれが発動するのかを分類し、整理した。関連論文(英語2、日本語1)を執筆した(現在出版準備中)。また、これまでの知見をインターネット上でも公開すべく、準備作業に入っている。これまでの研究成果を整理し、論文を執筆。日本文化政策学会の学会誌(『文化政策研究』第10号)に投稿し、受理された。タイトルと要旨は以下の通り。「“文化力"とは何か?ー東日本大震災後の“音楽の力"に関する学際研究が示唆すること」東日本大震災からの復興は,文化の潜在力を見直す契機となった.

「音楽の力」や「アートの力」という言葉とともに様々なアプローチが試みられ,文化庁も「文化力」をキーワードにした報告や提言を発表した.しかし,「文化力」が何を指すのか,文化がどのように復興に寄与するのかという点は依然曖昧なままである.本論文は,震災という危機的状況において,人々がどのように音楽のもつ力を引き出していったのかを明らかにし,「文化力」とは何かを改めて問うことを目的とする.本論では,まず研究の前提となる音楽の捉え方を確認し,研究方法を詳述した上で,震災後の音楽状況を概観し,「音楽の力」をめぐる二つの論点を詳しく検討する.社会学的なアプローチに加え,認知科学や精神医学的知見を取り入れた学際的な方法を用いることで,音楽の「力」が発動するメカニズムの一端を明らかすることを試みる.考察の結果,「文化力」とは,文化と芸術表現の循環を促す「人」の力と捉え直された.また,文化や芸術が「力」をもてるかどうかは,芸術の意味が「コンテンツ×コンテクスト×メモリーボックス」という3つの変数によって決まることを理解しながら,芸術実践を社会にデザインすることができるかどうかにかかっていることも示された.東日本大震災後、「音楽の力」という言葉が頻繁に登場し、死者への追悼や復興など様々な場面で音楽が用いられた。本研究は、震災復興において、音楽が果たす機能や人や社会にもたらす効果を明らかにすることを目的としている。研究は、(1)「音楽の力」という言葉の使用に関する調査、(2)震災後の音楽活動に関する概要把握、(3)被災地での事例調査、(4)認知科学やトラウマ研究の応用、(5)文化政策的知見の抽出という5つのフェイズから成っている。社会学的なアプローチをベースにしつつも、認知科学や精神医学的知見を取り入れることで、音楽の「力」が発動するプロセスやメカニズムに関する理論的説明を行った。平成26年度の研究目標は、前年度の研究成果を踏まえ、インデプス・インタビューを伴った現地調査を行うことであった。この点において、単に実施したことにとどまらず、新たな知見を得ることができ、十分な成果が見られた。また、成果の公開も順調に進んでいる。熊本地震が起こったことを踏まえ、研究成果の情報発信に力を入れる。インターネットの情報サイトを作成する予定である。芸術社会学、音楽学当初の計画通り、これまでの研究を総括すると同時に、認知科学的知見も参考にしながら、震災後の音楽活動の役割や効果について一定の結論を得る。計画では25年度に「基礎調査を実施し、全体像をおおまかに把握しつつ、事例検討に着手する。海外事例の検討や海外の研究者との意見交換は適宜実施する」としていた。上記「研究実績の概要」に記したように、おおむね順調に進展している。研究から得られた知見をインターネット上でも発信することが重要であると判断したため。現地調査を日程的にまとめて行うことができたため、旅費の支出が予定よりも少なくなった。また国際学会の会場が日本であったため、旅費の支出が予定よりも少なくなった。インターネット上における研究成果の効果的な発信方法の検討、及びウェブサイトの作成。今後も計画にしたがって研究を継続推進する。
葉の力学的最適化過程における細胞平面充填の画像計測数理解析

植物の葉の表面を構成する表皮細胞は葉の発生初期には単純な形状を呈しているが、成長が進むにつれて細胞壁が湾曲して細胞同士が噛み合うようなジグソーパズル状の複雑な形に変化を遂げる。これまでの研究によって表皮細胞形態変化を制御する分子実体や理論モデルの研究は進んできたものの、その湾曲構造が持つ意義については不明瞭な点も多い。本研究領域「植物構造オプト」において、本計画研究では葉表皮細胞における湾曲構造形成を細胞・組織レベルにおける植物構造のモデル系と捉え、その力学的最適化戦略を明らかにする。具体的には、細胞壁や細胞骨格といった植物細胞の力学的性質と密接に関係する因子に摂動を加え、その状況下における細胞形態の意義を多角的に検証する。また、得られた知見に基づいて、葉表皮細胞同士の噛合いを模した新しい継手(ジョイント)構造の創造など、建築学分野への応用を目指し、サステナブル構造システムの基盤創成の一翼を担う。初年度にあたる本年度は、複数の計画研究班との共同研究推進のための密な研究打ち合わせを実施するとともに、本研究推進に欠かす頃のできないイメージング機器の導入を進めた。特に、シロイヌナズナの子葉表面を構成するほぼすべての表皮細胞の形態を経時観察する非破壊的なイメージング系の開発においては顕著な進展が認められた。加えて、本領域の統一課題である「重力応答」に関する定量的画像解析システムの確立に向けて、シロイヌナズナ花茎の立体構造を取得解析する手法の検討をハードウェア・ソフトウェアの両面から進めた。さらに本研究で取得した顕微鏡画像に基づいて、葉表皮細胞同士の噛合いを模した継手(ジョイント)構造の創造に向けた試験にも着手した。「研究実績の概要」で述べたように、計画班との共同研究・連携研究は順調に進行している。また、本研究の遂行に欠かすことのできないイメージング機器の充実化も図った。また、シロイヌナズナ子葉表皮細胞の非破壊的イメージング解析においては顕著な進捗が得られた。このように研究遂行においては極めて順調に進んでいるが、その一方で、当初計画していた博士研究員の雇用については難航しており、今後の課題と捉えられる。(1)外部刺激に応答した葉の力学的最適化過程の画像計測数理解析子葉の器官形態と細胞形態を定量評価する画像解析技術の開発:子葉表皮の細胞輪郭画像から、子葉および細胞の形態を高効率・高精度に定量評価する画像解析系を開発する。1)細胞領域の分割(セグメンテーション)のためには、複数の画像処理要素技術の組み合わせや機械学習に基づく手法を検討する。2)形態を多面的に定量評価するため、面積・複雑度・稠密度・伸長度・伸長方向に加え、基部ー先端軸や左右対称性など生物学的な仮定に基づく特徴など、複数の特徴量を計測する。上記の解析系を用いて、細胞骨格関連変異体における器官・細胞レベルの形態学的変化を可視化解析する。取得画像は上記の画像解析技術開発にも活用し、観察によって発見的に見出された表現型を迅速に定量的・統計的に評価する。また、上記摂動が細胞壁の力学的特性に及ぼす影響をAFMなどの領域内共通機器を活用して評価するとともに、本領域が扱う植物サンプルの計測に最適化した計測システムを立ち上げる。(2)重力応答時の植物構造変化を定量評価する画像解析技術の開発植物地上部画像からの樹形構造特徴の定量評価:本申請領域において撮像予定の重力応答変異体の樹形変化を捉えた画像を解析する。主茎と側枝の角度、側枝の細胞伸長速度分布などの樹形構造に係る時間空間的変化を捉えるべく、画像解析フレームワークを新たに構築する。既に細胞生物学分野で確立された細胞骨格や樹状神経細胞の構造解析技術を導入するだけでなく、本領域内の協力を得て建築学分野における解析法の導入も検討する。

「研究実績の概要」で述べたように、計画班との共同研究・連携研究は順調に進行している。また、本研究の遂行に欠かすことのできないイメージング機器の充実化も図った。また、シロイヌナズナ子葉表皮細胞の非破壊的イメージング解析においては顕著な進捗が得られた。このように研究遂行においては極めて順調に進んでいるが、その一方で、当初計画していた博士研究員の雇用については難航しており、今後の課題と捉えられる。(1)外部刺激に応答した葉の力学的最適化過程の画像計測数理解析子葉の器官形態と細胞形態を定量評価する画像解析技術の開発:子葉表皮の細胞輪郭画像から、子葉および細胞の形態を高効率・高精度に定量評価する画像解析系を開発する。1)細胞領域の分割(セグメンテーション)のためには、複数の画像処理要素技術の組み合わせや機械学習に基づく手法を検討する。2)形態を多面的に定量評価するため、面積・複雑度・稠密度・伸長度・伸長方向に加え、基部ー先端軸や左右対称性など生物学的な仮定に基づく特徴など、複数の特徴量を計測する。上記の解析系を用いて、細胞骨格関連変異体における器官・細胞レベルの形態学的変化を可視化解析する。取得画像は上記の画像解析技術開発にも活用し、観察によって発見的に見出された表現型を迅速に定量的・統計的に評価する。また、上記摂動が細胞壁の力学的特性に及ぼす影響をAFMなどの領域内共通機器を活用して評価するとともに、本領域が扱う植物サンプルの計測に最適化した計測システムを立ち上げる。(2)重力応答時の植物構造変化を定量評価する画像解析技術の開発植物地上部画像からの樹形構造特徴の定量評価:本申請領域において撮像予定の重力応答変異体の樹形変化を捉えた画像を解析する。主茎と側枝の角度、側枝の細胞伸長速度分布などの樹形構造に係る時間空間的変化を捉えるべく、画像解析フレームワークを新たに構築する。既に細胞生物学分野で確立された細胞骨格や樹状神経細胞の構造解析技術を導入するだけでなく、本領域内の協力を得て建築学分野における解析法の導入も検討する。
有機太陽電池の電荷分離・再結合の統計理論 による究明

有機太陽電池を構成する有機固体中では、比誘電率が4程度と低いために、静電エネルギーが遮蔽され難い。そのために、励起子が解離し生成した正負の電荷のクーロン相互作用が強く再結合を起こし易い。電荷分離効率の機構は、クーロン相互作用に匹敵する外部電場をかけた測定結果と理論とを比較することにより検証することができる。有機分子の大きさ、電荷再結合を起こすドナー分子相とアクセプター分子相の界面の構造を考慮し、解析的及び数値計算を用いて電荷分離効率の近似式を求めた。有機薄膜太陽電池の光電変換効率の理論限界を超える方法として、シングレットフィッション太陽電池が提案されている。パルス光弱励起下でのシングレットフィッションにより生成した励起子再結合による遅延蛍光は有機固体の種類に依存せず励起子拡散が本質である普遍的な時間減衰を示すことを提案した。本年度は、結晶の異方性を考慮するために、格子の異方性を考慮する理論的な方法を開発した。有機太陽電池の電荷分離・再結合は分離生成したキャリアの移動を伴う。キャリア移動度は電荷分離や再結合のダイナミクスに影響し、電荷分離・再結合の効率にも影響を与える。移動度は物質定数であると考えられるが、有機太陽電池を構成する有機分子層は、空間的にも、状態密度の観点からも不均一であり、温度、外部電場の大きさ、電荷密度等の測定条件により異なった値を示すことが知られている。電子スピン共鳴(ESR)は、不対電子である伝導キャリアをプローブし、かつキャリアの置かれた分子レベルの微視的な環境に敏感であることから、移動度のミクロな情報を得られる事が期待されている。ESRの測定では、線幅が有機分子層中の移動度と関係している。最終年度は、ESR以外の研究に加えて、有機薄膜のキャリア遷移速度についてはマーカス式を用い、ESR線幅の温度依存性について実験と対応できる形の理論式を求めた。有機太陽電池を構成する有機固体中では、比誘電率が4程度と低いために、静電エネルギーが遮蔽され難く、正負の電荷がクーロン相互作用の下で再結合を起こし易い。しかしながら、測定されている有機太陽電池の電荷分離効率は、電荷再結合が起こる距離で極端に小さな電荷対再結合速度を仮定しない限り、理論で予想される値よりも高いことが知られている。この極端に小さな電荷対再結合速度により電荷分離効率が上がっているとすると、その効果はクーロン相互作用に匹敵する外部電場をかけた測定結果と理論とを比較することにより検証することができる。本年度は、小さな電荷対再結合速度の下で電荷分離効率の電場依存性を理論的に求めるために、電荷分離状態の再近接距離で、電荷分離の定常流、反応の流れ、拡散流、静電ポテンシャルによるドリフト流の4つの流れの釣合を、境界条件として用い、この方程式の数値解を求める方法を開発した。以上の方法では、電荷対再結合速度は距離や角度で連続的に変わるとしており、有機固体を構成している分子の構造は無視している。そこで、分子構造を考慮した再結合速度に対する境界条件を分子間の電子移動速度を用いて表し、得られた電荷分離確率をモンテカルロシミュレーションの結果と比較した。有機太陽電池の電荷分離効率は、再結合速度のみならず、易動度にも依存する。有機固体の易動度は、アウレリウス温度依存性とは異なった温度依存性を示すことが知られている。その原因としては、分子配向や結晶の乱れを制御できないことから静電ポテンシャルが分布しているためであろうと考えられている。本研究では、静電ポテンシャルの分布を考慮し、モンテカルロシミュレーションと有効媒質近似を用いて易動度を導出した。以上、有機太陽電池の効率に関係する、再結合や易動度について理論的に解析する方法を開発し、既存の実験結果との比較検討を行った。本年度は、電荷分離状態の再近接距離で、電荷分離の定常流、反応の流れ、拡散流、静電ポテンシャルによるドリフト流の4つの流れの釣合を、境界条件として用い、この方程式の数値解を求める方法を開発した。従来の方法では、流れではなく電荷対が電荷分離する確率を求めている。これに対して、この新しい方法では、無限遠での電荷対の解離の定常流を、再近接距離での電荷分離の定常流に対して求める。この新しい方法の利点は、電荷分離状態の再近接距離での境界条件は、定常流の間の釣合関係で与えられるために電荷分離確率に与える境界条件の効果を直接的に求めることができる点にある。従来の方法で得られた解、および新しい方法による数値解を求める方法の定式化を行った。また、解析的な近似解も導出した。当初計画していた通りこれらの導出を行うことができた。さらに、有機固体の分子性を考慮した再結合速度に対する境界条件の導出では、分子構造を考慮し、再結合速度に対する境界条件を分子間の電子移動速度、および分子構造に起因する体積因子とトポロジーを用いて表した。一方、モンテカルロシミュレーションにより電荷分離確率を求め、分子構造の違いによる電荷分離確率の相違をこの分子性を考慮した境界条件により説明した。これらも計画通りに進めることができた。有機固体の分子間電荷移動速度は、フェルミの黄金則に従い電荷の移動前後のエネルギーが一致すると起こるが、ガウス関数で近似できる静電ポテンシャルの分布を考慮し、2次元以上の高次元での易動度を有効媒質近似を用いて近似的に導出しモンテカルロシミュレーション結果と比較した。さらに、得られた式を用いて、高分子および液晶中での易動度の温度依存性の解析を行った。

この部分は次年度以降に計画していたが、有効媒質近似理論を解析的に計算する方法を開発することができたので、本年度行うことができた。有機薄膜太陽電池では、強いクーロン相互作用のために、電荷対の熱解離が抑制されていると考えられる。これに対して、測定されている励起子の解離確率は高く、その機構については不明な点が多い。強い引力的なクーロン相互作用に抗して起こる励起子の熱解離について、様々な機構が提案されているが、それらの相違を調べる方法の一つに、電荷対の解離確率の電場依存性がある。クーロン相互作用をしている電荷対の解離確率が、電場に強く依存する事は、最初にOnsagerによって示された。しかし、Onsagerが求めたのは点電荷の解離確率であり、有機薄膜太陽電池に対してそのまま適用することはできない。有機薄膜太陽電池では、電荷再結合は点電荷ではなく分子間で起こる。そのため、多くの実験の解析にはBraunによる簡便な理論式が用いられていた。しかし、Braunの式の導出は、その基礎がはっきりしないことと高電場領域での外部電場依存性が、厳密解と比較して強すぎるという問題点があった。我々は、誘電率が低い媒質においては、クーロン相互作用に抗して熱的に電荷分離する過程において、初期電荷分離の角度依存性が失われるという仮設の下でBraunの式より改善されしかも簡便な理論式を導出した。また、この仮設の妥当性を数値解で確認した。さらに、初期の電荷分離距離依存性についても近似解を導出し、その有効性を数値解で確認した。以上の結果は、一様な連続体について得られたが、有機薄膜太陽電池では、ドナー性の有機物質又はアクセプター性の有機物質内で生成した電荷対は、界面において解離すると考えられている。我々は電荷再結合界面での分子性の効果についても、簡便な理論式を求め、数値計算結果と比較し、電荷分離効率に対する分子性の効果について理論的な解釈を与えた。Onsagerが求めたのは点電荷の解離確率であるが、電荷再結合は点電荷ではなく分子間で起こる事を考慮した厳密解が既に知られている。その結果は特殊関数の無限和で表されており、その重み因子も無限の行列方程式を解かなければならず、Onsagerの結果より複雑である。これまでは、初期の電荷分離に対する電場依存性は考慮されてこなかったが、これを考慮した厳密解を数値的に評価した。この厳密解を用いて、新しい簡便な理論式の評価を行った。さらに、この理論式が成立する電場の大きさについても数値計算を用いて評価した。今回得られた理論式は簡便でありながら、高電場領域まで厳密解を良く近似することから実験結果の解析に適している。既知の光生成した電荷移動錯体からの発光効率についてこの理論を適用した。そのために、電荷移動錯体からの発光効率と電荷分離効率との理論的な関係も与えた。この関係式を用いて、電荷分離効率の電場依存性についてこれまで知られていたBraunの式を用いると電場依存性が強く出てしまうことを示した。また、我々の近似式を適用することにより、電荷分離状態から電荷移動錯体が再形成される反応速度を求めた。ここで求めた電荷対の熱解離では、電荷対のクーロンエネルギーが熱エネルギーと同じになる電荷対間の距離であるオンサガー距離が重要な長さスケールである。
マイクロ磁化測定によるスピン三重項超伝導多重相の安定化機構の解明

Sr2RuO4は多くの実験結果より,内部自由度を持つスピン三重項2次元超伝導体(転移温度1.5 K)であると考えられている.しかし,一見スピン三重項超伝導と矛盾する結果も得られており,この異常現象の起源は未だ明らかではない.この問題を解決するため,微小試料サイズで高精度の磁化測定を行う目的で,超高精度磁力計の開発・立ち上げを行い,1.5 K以下まで冷却できるように改良した無冷媒冷凍機に取り付け測定を行った.立ち上げた磁力計は,現時点では,ノイズが多いため,精密な磁化を測定できる段階ではない.一方,磁気トルク測定から,Sr2RuO4は上部臨界磁場で常伝導状態に1次転移していることがわかった.Sr2RuO4は内部自由度を持つスピン三重項2次元超伝導体であると考えられているが,磁場を[001]軸に垂直に印加した場合,低温領域において特異な常伝導転移(二段の2次転移あるいは1次転移)や上部臨界磁場が抑制される現象が観測され,一見スピン三重項超伝導と矛盾する結果も得られている.Sr2RuO4の超伝導の起源を決定するには,その多重超伝導相図を安定化するメカニズムを明らかにする必要がある.本課題では,カンチレバーを用いたファラデー法による超高精度磁力計の開発・立ち上げを行い,得られたSr2RuO4微小試料の精密磁化と交流磁化率・比熱を比較し,超伝導多重相の詳細な構造を明らかにすることを目的としている.25年度は,Sr2RuO4が超伝導を示す温度領域で稼動する微小試料用カンチレバー式ファラデー法磁力計の立ち上げのために,トップロード型冷凍機システムを申請者の研究室所有の無冷媒冷凍機に組み込み,さらに磁化測定可能とするために,電磁石設置用架台を冷凍機に取り付けた.また,カンチレバー式ファラデー法磁力計の,測定試料にはたらく磁気力を検知するカンチレバーシステムの設計,電磁石に組み込む磁場勾配用コイルの設計を行った.当初計画では研究室所有のむ冷媒冷凍機をトップロード型冷凍機システムに改造し,より低温まで冷却できる装置を立ち上げる予定であったが,平成26年度に購入予定であったカンチレバー式ファラデー法磁力計用のサンプルホルダーおよび電磁石設置用架台を平成25年度中に導入することが可能となれば,研究の進展より加速するものと考えられたため,購入を早めた.SrRuO4は内部自由度を持つスピン三重項2次元超伝導体であると考えられているが,磁場を[001]軸に垂直に印加した場合,低温領域において特異な常伝導転移(1次転移的な変化)や上部臨界磁場が抑制される現象が観測され,一見スピン三重項超伝導と矛盾する結果も得られている.SrRuO4の超伝導発現機構を確定するには,その超伝導相図を安定化するメカニズムを明らかにする必要があるため,本課題ではカンチレバーを用いたファラデー法による高精度磁力計の開発・立ち上げを行い,得られたSrRuO4微小試料の精密磁化と交流磁化率・比熱を比較し,超伝導相の詳細を明らかにすることを目的にしている.昨年度は,SrRuO4が超伝導を示す温度領域で稼働する微小試料用カンチレバー式ファラデー法磁力計の立ち上げのために,トップロード型冷凍機システムを,申請者の研究室所有の無冷媒冷凍機に組み込み,さらに磁化測定を可能とするために,電磁石設置用架台を冷凍機に取り付けた.また,カンチレバー式ファラデー法磁力計の,測定試料にはたらく磁気力を検知するカンチレバーシステムの設計,電磁石に組み込む磁場勾配用コイルの設計を行った.本年度は,磁場勾配用コイルと磁気力検知カンチレバーシステム部品の試作を行った.また,磁場勾配用コイルの試作を行ったところ,磁場勾配コイル設置のために電磁石のポールピースの大きさを微調整しなければいけないことが明らかになったため,ポールピースの再設計を行った.SrRuO4は内部自由度を持つスピン三重項2次元超伝導体であると考えられているが,磁場を[001]軸に垂直に印加した場合,低温領域において1次相転移的な常伝導転移や上部臨界磁場が抑制される現象(常磁性効果)が観測され,一見スピン三重項と矛盾する結果も得られている.SrRuO4の超伝導発現機構を確定するためには,その超伝導相図を安定化させるメカニズムを明らかにさせる必要がある.本課題ではカンチレバー式ファラデー法磁力計のを立ち上げ,微小試料での磁化測定を行うとともに,Sr2RuO4の一部の元素を置換した試料や関連する異方的超伝導体の物性を調べ測定し,その超伝導発現機構を調べることを目的とした.一昨年度,昨年度とトップロード型冷凍機システムの改良を行い,無負荷状態で1.5 K以下の最低温度を実現させ,磁気力検知カンチレバーシステムの設計を行った.昨年度から引き続き,磁場勾配用コイルと磁気力検知カンチレバーシステムの部品の試作を行ったが,測定感度が悪く高精度の測定が今のところできていない.また,測定システムを冷凍機に設置すると,SrRuO4の超伝導転移温度以下まで冷却することができなかった.また,Sr2RuO4のRuの一部をFeやZnで置換した試料や関連物質であるSrRuO3の元素置換系試料を作製し,トップロード型冷凍機システムを用いてそれらの試料の電気抵抗率測定を行った.Sr2RuO4は多くの実験結果より,内部自由度を持つスピン三重項