hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノスケールデバイスのモデリングに関する研究

本研究は、極微細構造半導体デバイスの動作を数値解析するためのデバイスシミュレーションモデルの精密化を目的としてし始められた。特に、ナノスケールデバイスにおいて問題となるキャリア非平衡輸送を扱うためのいわゆるエネルギー輸送モデルの精密化を試みた。ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)はキャリア非平衡輸送が特に顕著に現れるデバイスとされ、そのエネルギー輸送モデルによる解析もされているが、輸送式中の幾つかの輸送パラメータの与え方にかなり荒っぽい点があった。すなわち、それらの組成依存性や不純物濃度依存性が無視されたり、それらのキャリアエネルギー依存性が適切に考慮されていなかった。そこで、本研究では、モンテカルロ法と線形外挿法を用いることにより、任意の組成、キャリアエネルギーおよび不純物濃度に対して種々の輸送パラメータ(エネルギー緩和時間、キャリア移動度、upper谷の占有率等)を与える新たな手法を開発し、AlGaAs/GaAs HBTの解析に適用した。その結果、従来の簡易化した手法によるとキャリア速度オーバーシュートが過大あるいは過小に見積もられて遮断周波数特性が大きくずれることが示され、適切な輸送パラメータの値を設定することの重要性が明らかになった。本研究で開発した手法は原理的に、バンド構造が場所によって変化する他のデバイスに対しても適用可能である。また、本手法を用いてnpn^-n^+ AlGaAs/GaAs HBTの遮断周波数-コレクタ電流密度特性の詳細なシミュレーションを行ったところ、この特性に二つのピークが生じうることを新たに見出し、その物理的解釈も与えた。本研究は、極微細構造半導体デバイスを数値解析するためのデバイスシミュレーションモデルの精密化を目的として始められた。初年度は、極微細デバイスにおいて問題となるキャリア非平衡輸送を扱うためのエネルギー輸送モデルの精密化を試みた。ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)はキャリア非平衡輸送効果が特に顕著に現れるデバイスとされ、そのエネルギー輸送モデルによる解析もされているが、輸送パラメータの与え方にかなり荒っぽい点があった。すなわち、その組成依存性や不純物濃度依存性が無視されたり、そのキャリアエネルギー依存性が適切に考慮されない場合があった。そこで、本研究ではモンテカルロ法と線形外挿法を用いることにより、任意の組成、キャリアエネルギーおよび不純物濃度に対して種々の輸送パラメータ(エネルギー緩和時間、キャリア移動度、upper谷の占有率等)を与える新たな手法を開発し、AlGaAs/GaAs HBTの解析に適用した。その結果、従来の簡易化した手法によるとキャリア速度オーバーシュートが過大あるいは過小に見積もられて遮断周波数特性が大きくずれることがわかり、適切な輸送パラメータを設定することの重要性が明らかになった。エネルギー輸送モデルに関し、従来無視されることが多かったエネルギー保存式中の熱流項や運動量保存式中のinertia項の影響についても検討した。ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)はキャリア非平衡輸送効果が顕著に現れるデバイスとされ、そのエネルギー輸送モデルによる解析もされているが、輸送パラメータの与え方にかなり荒っぽい点があった。そこで、昨年度、メンテカルロ法と線形外挿法を用いることにより、任意の組成、キャリアエネルギーおよび不純物濃度に対して種々の輸送パラメータ(エネルギー緩和時間、キャリア移動度、upper谷の占有確率等)を与える新たな解析手法を開発した。本年度はこの手法をnpn^-n^+AlGaAs/GaAs HBTの解析に適用し、その遮断周波数特性について検討した。その結果、遮断周波数-コレクタ電流密度特性に二つのピークが生じうることを新たに見い出した。この現象は以下のように説明される。一つ目のピークはn^-コレクタに流入する電子密度が高くなっていわゆる高注入状態となり、n^-層中の空乏層が伸び始めてコレクタ走行時間が増大するために生ずる。遮断周波数の低下はn^-層全域が空乏層となるまで続く。その後n^-層内の電界が低下してそこの電子速度が高くなり、コレクト走行時間が減少して遮断周波数が再び上昇し始める。

最終的にはいわゆるベース押し出し効果によるベース・コレクタ界面付近の電子速度低下とコレクタ容量増大により遮断周波数が低下する。このように、理論的には遮断周波数特性が二つのピークを示しうる。ただし、n^-層厚がある程度厚く零バイアス時に中性領域が存在し、さらにかなり高電流が流れる状況にしないと、現実のデバイスでこの現象を観測するのは困難かも知れない。
孤発性および遺伝性プリオン病におけるプリオン自発的生成機構の解明

本年度は、プリオン試験管内増幅法であるPMCAにおいて、組換えプリオン蛋白質(PrP)からプリオン様構造であるプロテアーゼ抵抗性のPrP(PrPres)へ効率的に変換する条件を検討した。複数あるPMCA装置の自発生成効率を比較した結果、PMCAを繰り返す、連続増幅を2回行うことでPrPresを100%の確率で生成する装置を選抜した。これまでは野生型マウスPrPを元にしたバキュロウイルス由来PrP (Bac-PrP)のみを基質して用いてきた。本年度は、プリオン病予防治療薬のスクリーニング系の基質に適していると考えられる、ヒト遺伝性プリオン病遺伝子変異導入マウスPrP(P101L PrP)、ウシPrPおよびヒトPrPを作製し、PMCAの基質として用いた。さらに、自発生成のさらなる高効率化を目的として、Bac-PrPに加え、大腸菌で発現させたPrP (Ec-PrP)を基質として用いた。その結果、Ec-PrPはマウスPrP、ウシPrPにおいてBac-PrPよりPrPresの生成が早い傾向にあった。ヒトPrPについては今後比較する予定である。また、P101L Bac-PrPはPMCAによりPrPresに構造変換したが、野生型Bac-PrPresより分子量が大きく、野生型Bac-PrPresとは異なる生化学的性状を示した。我々は、Bac-PrPを基質としたPMCAでシードに用いたプリオン株と同様の性状を維持した異常型プリオン蛋白質(Bac-PrPSc)の増幅必要な補因子の同定に成功している(未発表)。今回それらの補因子のみで構成したPMCAによりシード非存在下でPrPresが生成するかを検討した。その結果、連続PMCAを行うことでBac-PrPresの生成が認められた。このことは、プリオンの複製に関わる補因子は自発生成も促すことを示している。本課題は当初の計画通りに概ね順調に進捗している。2018年度には、1)高効率なPrPSc様PrPの自発生成条件を確立し、2)自発生成に必要な補因子を同定した。さらに、3)1種類の遺伝性プリオン病原因遺伝子変異導入PrPやヒトPrP、ウシPrP等を作製し、PMCAを行なっている。これらの成果は1年目もしくは2年目前半に終える予定であった。その点では計画通りもしくは計画以上であるといえるが、本学では、プリオンの感染実験を行ったことがないため、動物実験の審査に時間がかかっており、未だPMCAで自発生成したPrPSc様PrPの接種試験を行えていない。その点を考慮し、概ね順調に進展しているとした。研究は概ね順調に進捗しているため、当初の計画通りに推進する。自発生成したPrPSc様PrPの感染性の有無や病理・病態等の性状を明らかにするには、バイオアッセイが必須である。接種から発症するまで最長2年程度かかる事があるため、マウスへの接種試験は可能な限り早急に行う。また、補因子の役割を明らかにするためには様々な実験手法を用いるため、これについても前倒しで2019年度から始めたいと考えている。さらに、3)

1種類の遺伝性プリオン病原因遺伝子変異導入PrPやヒトPrP、ウシPrP等を作製し、PMCAを行なっている。これらの成果は1年目もしくは2年目前半に終える予定であった。その点では計画通りもしくは計画以上であるといえるが、本学では、プリオンの感染実験を行ったことがないため、動物実験の審査に時間がかかっており、未だPMCAで自発生成したPrPSc様PrPの接種試験を行えていない。その点を考慮し、概ね順調に進展しているとした。研究は概ね順調に進捗しているため、当初の計画通りに推進する。自発生成したPrPSc様PrPの感染性の有無や病理・病態等の性状を明らかにするには、バイオアッセイが必須である。接種から発症するまで最長2年程度かかる事があるため、マウスへの接種試験は可能な限り早急に行う。また、補因子の役割を明らかにするためには様々な実験手法を用いるため、これについても前倒しで2019年度から始めたいと考えている。マウスへの接種実験を行えなかったため、それにかかる費用を次年度に持ち越し、次年度から接種実験を開始する。
創薬への応用に向けたrasがん遺伝子産物の構造ダイナミクスの分子機構の解明

rasがん遺伝子産物Rasは多くのがんにおいて活性化が認められることから、その機能を阻害する抗癌剤(Ras阻害剤)の開発が切望されている。本研究では、特殊試料マウント法を利用したX線結晶解析によりRasの新規ポケット構造を決定するとともに、Ras阻害剤のRasへの安定結合と作用発現の妨げとなっているRasのポケット開閉運動のメカニズムを明らかにした。また、分子動力学計算の活用により開閉運動の詳細を解析するとともに、特殊結晶化法を利用したRasと低分子化合物との結合メカニズムの解析を通じて、保有するRas機能阻害剤の効率的な構造展開に向けた構造科学的盤情報を収集することができた。Humid air glue-coating (HAG)法を利用した放射光によるX線結晶解析により、野生型H-Ras、ならびにヒトのがんで高頻度に認められるH-RasG12Vの、GTP型における不活性型と考えられるstate1構造の決定に成功した。state2構造については、H-RasG12Vについては、一部電子密度の欠損が確認されていることから、結晶化条件などの精密化とともに、分子モデル構築段階でのシミュレーションの検討が必要と考えられた。野生型H-Ras-GTPを基にしたState1、State 2間の状態遷移の分子動力学(MD)シミュレーションを行った。既に得られている結晶構造に対する検討から、二つの状態を特徴づける反応座標として、Switch Iに属するThr35ならびにSwitch IIに属するTyr64とGTPのγリン酸との間の距離が有用であることを見出した。そこで、2つのstateのいずれかから出発し、もう1つの状態へ容易に遷移するようにサンプリング・バイアスをかけたMDを実行し、どのような分子構造変化によって二つの状態間の遷移が起きるのかを調べた。その結果、2つの反応座標が、同時ではなく順次に変化する経路が主であること、また、「行き」と「帰り」は別の経路を取り、2次元反応座標上で反時計回りの遷移経路となることが観察された。また、この変化の過程において、Mg2+イオンを中心とする静電相互作用が重要な働きを演じることが見出された。これまでH-Ras(1-166)野生型のH32結晶については、HAG法を用いた湿度調整でState 2からState 1への構造転移が起きることを示してきた。今年度は、この転移原因を構造に基づいて詳細に検討したところ、HAG法を用いなくても溶液条件の変化のみで転移を引き起こせることが明らかとなった。つまり、pHや添加する金属イオンの種類や濃度によって、転移が促進あるいは阻害されることがわかった。この結果を踏まえて溶液中での構造転移の実現に向け、展開を検討している。GTPと結合したH-Rasの構造遷移を、ターゲット(目標構造)を設定するPaCS-MD法を用いて解析した。今まで、State 1(Z62A)からスタートしてState 2(Z64A)を目標としたMD計算において、Switch IIは閉じたものの、Switch Iがどうしても閉じなかったが、今回、いきなりState 2を目指すのではなく、まずはTS(遷移状態)構造(Z61A)を目標とし、次にState 2を目標とする、という2段階のシミュレーションを行うことで、Z62A→Z61A→Z64Aの遷移過程を初めて再現することができた。今までのシミュレーションでは、途中でSwitch IIが過剰に閉じすぎることでSwitch Iの変化を阻害していたが、今回はSwitch Iが閉じる際にSwitch IIがわずかに開くことで、State 2への遷移が初めて可能となった。現在、逆向きのZ64A→Z62AのPaCS-MDシミュレーションを行っている。また、State 1からState 2へ向かうMDシミュレーションの途中結果を用いて、構造変形に伴う、Ras周囲の水を含む水素結合ネットワークに対するエントロピーの動的変化の解析も行った。平成27年度の研究計画と照らし合わせて、X線結晶解析についてはほぼ予定通り進んだ。MDを用いたH-Rasの分子構造変化ダイナミクスの解析はほぼ予定通りに進んだが、フラグメント分子軌道(FMO)法による構造精密化や相互作用解析は未着手であり、70%程度の達成度と評価できる。H-Ras-GTPのState 1-2間の構造遷移を、ターゲット(目標構造)を設定するPaCS-MD法を用いて解析するとともに、MDシミュレーションにより得られた結果を用いて、構造変形に伴うH-Ras周囲の水分子を含む水素結合ネットワークに対するエントロピーの動的変化の解析も行った。出発構造・ゴール構造であるState1、State 2に加え、中間構造(実験値:結晶構造)を加えることにより、State 1からState 2への遷移が初めて可能となったが、逆方向への遷移については確認することができなかった。また、昨年度までに明らかにしたHAG法による結晶中でのState 2からState 1への構造遷移メカニズムの解析結果について、研究成果としてSci. Rep.誌に発表した。HAG法以外の結晶中での構造遷移を誘発する手法としてpH変化法を確立した。この手法では、H-Ras分子内に存在するMgイオンと結晶中に存在するCaイオンの濃度変化により構造遷移が促進あるいは阻害されることが明らかになった。さらに、グルタルアルデヒドを用いた結晶の架橋により、構造遷移時に生じやすい結晶性の悪化が若干抑えられることが判明した。この結晶を用いて、低分子化合物の浸漬実験を行った結果、一部の化合物については結合が確認されたが、架橋によって薬剤結合ポケットの一部が塞がれている様子も観察された。

rasがん遺伝子産物Rasは多くのがんにおいて活性化が認められることから、その機能を阻害する抗癌剤(Ras阻害剤)の開発が切望されている。本研究では、特殊試料マウント法を利用したX線結晶解析によりRasの新規ポケット構造を決定するとともに、Ras阻害剤のRasへの安定結合と作用発現の妨げとなっているRasのポケット開閉運動のメカニズムを明らかにした。また、分子動力学計算の活用により開閉運動の詳細を解析するとともに、特殊結晶化法を利用したRasと低分子化合物との結合メカニズムの解析を通じて、保有するRas機能阻害剤の効率的な構造展開に向けた構造科学的盤情報を収集することができた。平成26年度の研究計画と照らし合わせて、X線結晶解析についてはほぼ予定道理進んだ。MDを用いたH-Rasの分子構造変化ダイナミクスの解析はほぼ予定通りに進んだが、フラグメント分子軌道(FMO)法による構造精密化や相互作用解析は未着手であり、70%程度の達成度と評価できる。Rasの分子構造変化ダイナミクスを解析する上で、情報科学的な手法の適用が有効であることが判明したので、今後、これらの手法を取り入れた解析を実行する予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。創薬科学Rasの分子構造変化ダイナミクスを解析する上で、情報科学的な手法の適用が有効であることが判明したので、今後、これらの手法を取り入れた解析を実行する予定である。X線結晶解析が予定より早く進み、消耗品として予定していた費用に余剰が生じたため28年度が最終年度であるため、記入しない。X線結晶解析が予定より早く進み、消耗品として予定していた費用に余剰が生じたため計算化学実験量が増えたため、人件費と物品費に使用するため28年度が最終年度であるため、記入しない。計算化学実験量が増えたため、人件費と物品費に使用するため28年度が最終年度であるため、記入しない。
BSCRT関連因子との相互作用によるカルパイン7/PalBH の生理機能

calpain-7(別名PalBH)はpenta-EF-hand(PEF)ドメインをもたない非典型的カルパインであるがN末端にMicrotubule Interaction and Transport(MIT)ドメインをもつ特徴を有する。このMITがendosomal sorting complex required for transport(ESCRT)関連因子であるIST1と結合することは既に報告したが、本研究ではIST1とともにESCRT-III複合体成分と相同的な配列をもつcharged multivesicular protein(CHMP)1Bがcalpain-7と結合して三者複合体を形成することを明らかにした。一般にMITはCHMPファミリーのC末端に存在するMIT-interacting motif(MIM)を認識すると考えられていたが、calpain-7のMITはCHMP18のC末端領域を欠損させると結合が強くなることを見出し、各種欠損変異体を用いた解析より、CHMP1BがMITと結合するのはCHMP1Bの2番目のα-ヘリックスであることを示した。IST1、CHMP1Bとcalpain-7の三者を同時に発現するとcalpain-7の自己消化した割合が増加した増加した。細胞分画すると三者を共発現させた場合は膜への結合量が増加することが観察され、自己消化率の増加はcalpain-7がESCRTシステムの膜上で作用した結果と推察される。calpain-7は進化的に下等真核生物でも保存されているのに対してPEFドメインをもつ典型的カルパインは比較的高等な動物で保存されている。一方、ALG-2は進化的により保存されておりESCRT関連因子であるALIXやTSG1O1と相互作用する。カルパインとESCRTの間にはPEFドメインとMITドメインを介して密接な関係が存在することを系統的に解析した。calpain 7(別名PalBH)はpenta-EF-handドメインをもたない非典型的カルパインであるが、これまで酵素活性を有するか否か不明であった。N末端側にMicrotubule-interacting and transport(MIT)ドメインを2つもつ特徴を有する。我々はcalpain 7のMITがESCRT-IIIタンパク質と相同性を有するIST1と相互作用することを見出した。IST1のC末端側には2種類のMIT-interacting motif(MIM,MIM1とMIM2)が存在するが、緑色蛍光タンパク質(GFP)を融合させたcalpain 7の各種変異体ならびにFLAGタグ付加IST1の変異体を用いた免疫沈降実験により、calpain7のMITは2つとも、また、IST1のMIMは両方とも結合に関わっていることが判明した。Glutathione-S-transferase(GST)融合MIMタンパク質およびMITの組換体を大腸菌で発現、精製して試験管内で相互作用を解析した結果、MITとMIMは直接結合することが分かった。一方、GFP-calpain 7はHEK293T細胞に発現させると、抗GFP抗体を用いたウェスタンブロットにより30kDa、45kDa付近にバンドが検出された。活性中心と想定されるCys290をSerに置換した変異体ではそのようなバンドは検出されないため、calpain 7が自己消化を起こしたと考えられ、プロテアーゼ活性を有することが示唆された。
ミュケナイ期東地中海世界における物的および人的移動・交流に関する研究

最終年度の平成7年は、過去2年間の研究成果を踏まえ、本課題の研究成果発表の準備に充てられた。前年度までに購入した文献や蒐集した論文などの内容を上記テーマに沿って深化させ、またミュケナイ・ギリシア史研究の先達である太田秀通氏・馬場恵二氏との最終的な研究の打ち合わせ、若手研究者とのパソコンを利用しての情報提供・交換により本研究課題の肉付けと総括を行なった。また2年次までの研究成果をまとめ、8月7日に開催された北海道教育大学史学会第39回大会(於:北海道教育大学函館校)において、「ミュケナイ・ギリシアの交易について」の題目で口頭発表を行なった。本研究は、紀元前二千年紀の東地中海沿岸地域に展開されたミュケナイ・ギリシアとシリアやエジプトなどのオリエント諸国との間で行なわれていた物的および人的移動・交流の様相や実態をできるだけマクロ的視点から究明することを主たる目的とした。この研究家第を設定するに当たって,従前から前古典古代史や古代オリエント史の個別研究の成果を前提としながらも、よりグローバルな視点から東地中海地域を総合的に捉えることが必要不可欠であるとの認識に基づき考察すべきであると考えた。その上で、史料に乏しいこの時期に関して、このような視点からの研究を遂行するため、考古学・言語学の研究成果も積極的に採り入れながら実態把握に努めた。またミュケナイ・ギリシアと同時代に併存したエジプトやウガリト、ヒッタイトなどの文献史料も援用した。さらに国内でも研究者の数が極めて少ない分野であるため、最新の欧米の研究成果の入手にも努めた。本課題は極めて広範多岐にわたる内容を含んでおり、3年間という限られた時間の中でその全容を解明するまでには至らなかった。しかし一応研究成果のまとめを作成することができ、本研究がミュケナイ期ギリシア史研究の理解に些かなりとも寄与できたのではないと思っている。本研究初年度においては、大きく2つの作業を計画した。まず第一に本課題に関する研究の概略を太田秀通氏や馬場恵二氏をはじめ古代ギリシア史の研究者と広く意見交換を行い、いろいろなアドヴァイスを得て大まかなアウトラインを構想した。また第二に設備備品費でパーソナルコンピュータ、マッキントッシュLC520及び文献探索ソフト、エンドノート・プラスを購入し、上記課題に関する内外の文献蒐集と分類・整理を行なった。特に関連論文が多数掲載されているBulletin de Correspondance hellenique,Supplement XIX,1990,(L'Habitat Egeen Prehistorique),Aegaeum 7,1991,(THALASSA L'EGEE PREHISTORIQUE)を入手できたことは大きな収穫であった。現在蒐集した文献を順次精続中である。またコンピュータへの文献資料入力も順調に進んでいる。紀元前二千年紀において東地中海において、ミュケナイ・ギリシア人がシリアやエジプトなどのオリエント諸国と活発に交易を行っていたが、それに伴い人々が移動・交流していたことは考古学上の発掘や遺物によって確認される。例えばシリアのアル・ミナ遺跡(L.Wooley,A forgotten Kingdom,Penguin,1953)のようにミュケナイ人の商業交易所も存在していたが,その他でもミュケナイ人との接触の痕跡を示しており、このような東地中海世界の中でミュケナイ・ギリシアが果たした役割を正当に評価しなければならない。本年度は主として史料蒐集と文献整理をおこなったが、次年度は本年度の研究の蓄積を踏まえて、具体的に交易の実態を追求していくつもりである。今のところピュロス出土線文字B

粘土板文書に記載されている交易品を手掛かりに当時のシリア、エジプトとの交易のを仮説する論文を執筆し、また夏のサマーセミナーや研究会などの機会を利用して研究発表をし、さらに多くの研究者の意見、アドヴァイスを受け、情報収集する予定である。本研究2年度においても、大きく2つの作業を計画した。まず第一に前年度に引き続き本課題に題する研究概要について太田秀通氏をはじめ古代ギリシア史研究者と広く意見・情報交換を行い、研究構想の肉付けを行なったこと、第二に設備備品費で購入したパーソナルコンピューターを駆使して、関連文献名の分類・整理を行い、現在のところ168件の文献を入力した。それと並行して未だ入手できない文献を蒐集しているが、海外発注の場合はなかなか入手に時間がかかり、16冊ほどが未だに届いていない。しかし蒐集済の文献は順次精読し、コンピューターへの文献資料入力も順調に進んでいる。本研究は、紀元前二千年紀の東地中海において展開されたミュケナイ・ギリシアとシリア・エジプトなどの古代オリエント諸国との間で活発に行なわれた交易の実体、そしてそれに伴っての人々の移動・交流の痕跡をミュケナイ文書(線文字B)および考古学の発掘や遺物によって確証し、このような東地中海世界の中でミュケナイ・ギリシアが果たした役割を検討することを課題としている。近年の考古学は、例えば従来の発掘に加え、水中考古学や航空考古学と研究方法の多様化と深化によってめざましい成果をもたらしている。このような最新の考古学の成果を吸収しながら、文献史料に乏しいこの時期の東地中海世界における物的・人的移動・交流の有り様を大胆に仮説したい。本研究最終年度の次年度は、本年度までに蓄積した研究成果をもとに、できるだけ具体的に交易の実態を追求していく予定である。まず四月上旬に東京での研究会で、シリアにおけるミュケナイ・ギリシア人の交易活動について報告し、さらにサマーセミナー、北海道教育大学史学会等で研究発表し、さらに多くの研究者の意見を受けながら、本研究課題をまとめていきたい。最終年度の平成7年は、過去2年間の研究成果を踏まえ、本課題の研究成果発表の準備に充てられた。前年度までに購入した文献や蒐集した論文などの内容を上記テーマに沿って深化させ、またミュケナイ・ギリシア史研究の先達である太田秀通氏・馬場恵二氏との最終的な研究打ち合せ、若手研究者とのパソコンを利用しての情報提供・交換により本研究課題の肉付けと総括を行なった。また2年次までの研究成果をまとめ、8月7日に開催された北海道教育大学史学会第39回大会(於:北海道教育大学函館校)において、「ミュケナイ・ギリシアの交易について」の題目で口頭発表を行なった。本研究は、紀元前二千年紀の東地中海沿岸地域に展開されたミュケナイ・ギリシアとシリアやエジプトなどのオリエント諸国との間で行なわれていた物的および人的移動・交流の様相や実態をできるだけマクロ的視点から究明することを主たる目的とした。この研究課題を設定するに当たって、従前からの前古典古代史や古代オリエント史の個別研究の成果を前提としながらも、よりグローバルな視点から東地中海地域を総合的に捉えることが必要不可欠であるとの認識に基づき考察すべきであると考えた。
マルテンサイト変態する合金の双晶境界と相変態のメカニズム

マルテンサイト変態のメカニズムに関しては未だ未解決な点がある。双晶とフォノン分散関係については、フォノン分散関係に異常がある物質では、双晶界面が急峻ではないという相変態のランダウ流の取り扱いがある。さらに変態に前駆した状態ですでにいくつかのバリアントになっていた方がエネルギー的に有利であるという報告もなされている。このように双晶形成とマルテンサイト変態には相関がありそうである。本研究ではマルテンサイト変態のメカニズムについて双晶とのかかわりに着目して調べる。我々はこれまでAuCd合金でζ_2'を生成するマルテンサイトに関して研究を行ってきた。この合金は1:1の組成付近、わずか2%程度の組成の違いで、まったく異なったマルテンサイト相を生成し、変態のメカニズムの研究を行う上で重要なヒントを与えると考えられる。今年度はこのγ_2'マルテンサイトに関しても研究を進めた。まず^<114>Cdアイソトープを用いてγ_2'マルテンサイトを得る組成のAu-47.5at%Cd合金で[ζζ0]TA_2のフォノン分散関係を測定した。γ_2'マルテンサイトではその結晶構造から、ブリルアンゾーン境界でのフォノンのソフニングが期待される。実験の結果、確かにソフニングが起こっている事がわかった。さらに1/3の位置でもソフニングが起こっている事も分かった。また、弾性散乱の測定も行い、その結果[1^^_10]^*の1/2には弾性散乱は現われないが、1/3には現われる事がわかった。さらに、これが時間依存性を示し、次第に強度を増してくる事が明らかになった。
運動意思決定における非合理性の原因解明と意思決定支援システムの開発

高度なスポーツパフォーマンスや精緻な運動制御を実現するためには、意思決定を適切に行うことが不可欠である。それにも関わらず、ヒトは失敗確率の高い運動を計画してしまうことが繰り返し報告されている(Ota et al., 2015; 2016; O'Brien & Ahmed, 2013など)。本年度はこのようなハイリスク行動を改善し、運動意思決定の最適化を支援する方法の開発に取り組んだ。ヒトは無意識の内に対戦相手の運動を模倣することが知られており(Naber et al., 2013)、他者の存在は運動・認知システムに大きな影響を与えている。そこで本研究では、仮想の対戦相手の存在により、最適な運動意思決定が誘導される可能性を検討した。実験課題として競争リーチング課題を開発した。この課題では、リスク下においてどこを狙って運動をするかという意思決定が求められた。実験参加者は、対戦相手なしで総得点を最大化する1人課題と、対戦相手と総得点を競う対戦課題を実施した。実験の結果、1人課題の際は、失敗確率の高い運動計画を選択するものの、相手と初めて対戦する際には、リスクを避けるような消極的な運動計画が取られることが明らかとなった。さらに、リスク最適に行動する強いコンピュータと対戦するよりも、リスク回避的に行動する弱いコンピュータと対戦する際に、最適な運動計画が達成されることが明らかとなった。この理由として、対戦相手の運動意思決定は参加者の意思決定に対して、非線形な影響を与えていることが確認された。以上の結果は、特に消極的で弱い相手との対戦が、運動意思決定の最適化を支援する可能性を示している。これまでの研究で、相手との対戦が運動意思決定の最適化を促すという結果が得られ、順調に研究が進んでいる。また、国内学会発表4件(内、招待講演2件)、国際学会発表1件を行い、研究成果を広く公表できた。今後は、対戦相手がもたらす効果の妥当性として、かなり消極的な相手を設定するとともに、相手の観察条件や相手との協力条件おいても、同様の効果が得られるか否かを検討する。これらの検討により、運動意思決定の最適化を支援する最も効果的な相互作用様式が何かを明らかにすることを試みる。スポーツの試合で本来の実力を発揮することが難しい理由として、成功確率は低いが成功すると大きな報酬が得られるハイリスクハイリターン行動を選択してしまう可能性が指摘されている。本年度はこのような運動の意思決定が非合理になってしまう原因として、1)自分自身の運動の誤差分散を正確に把握できないという仮説と、2)誤差分散と報酬情報との情報統合を正確に把握できないという仮説とを検討した。実験1において、被験者に各ブロック毎のリーチング運動の終末点分散を提示し、リスク下の運動課題を実施させたところ、被験者のリスク遂行方略に変化は見られなかった。この結果は1)の仮説を棄却するものの、実験2において、各試行毎に提示された確率分布をどこに設定するかを問う課題を実施したところ、徐々に最適な設定点への収束が見られた。この結果は、被験者の判断とその際に生じうる結果の確率分布、得られる得点、という3者関係が上手く結びつき判断の更新が行われるときには、最適な意思決定の学習が可能であり、1)の仮説を支持する可能性を示している。次年度以降、この点についてさらに検討を行う。これまでの研究において確率分布提示下のもと、意思決定の改善が可能でないという結果と可能であるという背反する結果が得られており、両課題間の特性を考慮し今後の課題を検討する必要がある。また昨年度までに国内外の学会発表3件、和文総説1件の発表を行い、研究成果を広く公表することができた。

また、国内学会発表4件(内、招待講演2件)、国際学会発表1件を行い、研究成果を広く公表できた。今後は、最適な意思決定までの達成時間が確率分布についての情報量やフィードバック特性と関連するか検討を行う。またこれまで用いてきた運動意思決定の実験室課題を、タブレットやスマートフォンなどで実施できるアプリケーションを開発する。実験参加者をweb上で呼びかけアプリケーション課題を実施させることで大規模なデータ取得を試みる。今後は、対戦相手がもたらす効果の妥当性として、かなり消極的な相手を設定するとともに、相手の観察条件や相手との協力条件おいても、同様の効果が得られるか否かを検討する。これらの検討により、運動意思決定の最適化を支援する最も効果的な相互作用様式が何かを明らかにすることを試みる。
措置入院における保健師のケア技術とケアプログラム開発

本研究は、措置業務における保健師のケア技術に焦点を当て、保健師の措置業務の現状を把握し、必要なケア内容を明らかにすることを目的とした。第1段階は、保健師への面接調査を分析し、措置業務における保健師のケアを5つのフェーズ57項目に整理し検討した。第2段階は、全国の措置業務担当保健師を対象に、措置業務実態の調査を行った。その結果から、措置業務時における相談・支援スキルの向上に向けた研修及び担当者に過重な負担がかからないような体制整備の必要性がケアの質を担保する上での課題と考えられた。本研究の目的は、精神障害者の措置入院における業務で保健師に必要とされるケアおよび実際に提供しているケアの実態を明らかにし、それに対応したケアプログラムを開発することである。本年度は(1)国内外の文献の検討と、(2)英国の非任意入院制度(措置入院に相当する入院)に携わる承認を受けた精神保健従事者(Approved Mental Health Practitioner:AMPH)の実際の活動に関する調査、(3)措置業務を担当する保健師へのインタビューを実施した。(1)国内の論文に関しては、保健師が実際に措置入院業務を行った事例へのケアに着目したものや業務体制に関するものは数件みられるものの、具体的なケアに言及したものは見当たらなかった。海外に関しては、「compulsory admission」または「involuntary admission」のキーワードで多くの論文があり、英国にAMPHという名称のスペシャリスト(国家が承認した精神保健従事者)が存在した。(2)に関しては、実際に英国において、AMPHの制度や役割、資格、並びに活動内容、AMPHのコンピテンシー等を調査した。AMPHの多くはソーシャルワーカーであったが、非任意入院が必要と思われる者の調査や面接を担っており、その活動は我が国の措置入院業務における保健師の活動と酷似していた。ケアプログラムの検討において、英国のAMPHの活動とも比較していく予定である。(3)に関しては、九州大学医学研究院倫理審査委員会の承認を得て、インタビューを開始した。今後、インタビュー対象者を増やし、検討を進めていく予定である。本研究の目的は、精神障害者の措置入院における業務で保健師が実際に提供しているケアの実態および必要とされるケアを明らかにし、それに対応したケアプログラムを開発することである。本年度は、前年度に行った措置業務を担当している保健師へのインタビューを元に、措置入院業務で保健師に必要とされるケア試案を作成することを目的とした。まず、前年度に続き、措置業務を担当している保健師へのインタビューを引き続き行い、同時にその内容を分析した。インタビュー対象者は措置入院業務を担当する保健師の体制が自治体により異なることや保健師の経験年数等も考慮し対象数を増やした。データ分析の結果から、保健師は、単に対象者の情報を聞きとるのではなく、専門的知識に基づいて、適正に行政処分がなされるよう、24条の適応事例かどうかをアセスメントしながら、本人への対応等を行っていた。更に対象者が地域の中での生活に戻ることを前提に、家族と関係を作り、対象者が医療を継続して受けられるようにケアを実施していることが明らかになり、その観点からのデータ分析を深めていく必要がある。今後は、これらのインタビュー内容をさらに分析するとともに、ケア項目の妥当性を検討するために、ケア項目に関する調査票を作成し、全国保健所の措置業務担当保健師を対象としたアンケート調査を予定している。さらに、精神障害者の措置入院業務における保健師のケアの基準案にもとづいて、ケアプログラム案を作成し、自治体で試行し、ケアプログラムの検証を行う予定である。本年度は、これまでの調査結果から作成した措置入院業務で保健師に必要とされるケア評価尺度試案の精錬と、精神障害者の措置入院に関わる業務において、実際に保健師が提供しているケアの実態および必要とされるケアを明らかにすることを目的として、第2段階、第3段階の研究を実施した。第2段階:ケア評価尺度試案の精錬は、地域精神保健領域の研究者で措置業務の経験を持つ者に、質問紙を用いて、ケア評価尺度試案の適切性並びに専門的立場からの助言を得た。その調査結果をもとに、尺度試案項目の表現方法の修正、項目の削除等を検討し、修正した。第3段階:実際に保健師が提供しているケアの実態および必要とされるケアを明らかにすることと、精錬した尺度試案の検討するために、ケア評価尺度に基づいた調査票を作成し、全国保健所の措置業務担当保健師を対象としたアンケート調査を実施した。調査項目は保健師の属性、措置業務のうち担当している内容、ケア評価尺度試案項目、現在の職務に関する意識等で構成した。結果、自治体により措置業務を担当する体制や保健師の経験年数、研修体制も多様であることが明らかになった。

また、保健師は措置入院業務を行う上で共通性した視点により、対象者や家族等に対応しているが、業務を担う体制が多様であることから、共通性の部分を項目としているケア評価尺度に加えて、自治体の業務体制の違いの部分のケア技術も検討していく必要性が示唆された。
テスト粒子シミュレ-ションによる人工衛星EXOS-CとICEのデ-タ解折

本研究ではテスト粒子シミュレ-ションの手法を用いて人工衛星で観測された物理現象の解明を試みた。解折した現象は、ジャコビニ彗星の近傍で観測されたホイッスラ-波と、極域で観測された上昇イオン流(UFI)とイオンコニックスである。以下に主要な解折結果を示す。1.ジャコビニ彗星の近傍で観測されたホイッスラ-波の励起現象。本研究では励起過程として彗星から放出された水イオンによるサイクロトロン共鳴の可能性を検討した。その結果、水が電離した時点では共鳴速度より遙かに速い相対速度を持つため共鳴を起こさない。しかし一部の水イオンのピッチ角が大振幅MHD波により変化し、ホイッスラ-波にトラップされる。さらに、トラップされた一部のイオンはMHD液まで押し戻され、その結果ホイッスラ-波にエネルギ-を与えることをテスト粒子シミュレ-ションは明らかにした。2.UFIのエネルギ-と電子のピッチ角分布からの加速電場の推定。8月28日の観測では、UFIが観測されていない時、電子のピッチ角は対称的な分布であったが、UFIが出現すると非対称に変化した。シミュレ-ションの結果、上昇電子のピッチ角分布から推定される加速域の電位はUFIのエネルギ-と一致することが確認され、衛星下方に加速電場が存在することを証明した。3.イオンコニックスにおける質量・ピッチ角分散。7月24日のイオンコニックスにおいて、軽いトラップされたイオンは高緯度側に、上昇する重いイオンは低緯度側で観測された。計算結果は、dawnーtoーdusk電場により質量の大きいイオンほど低緯度側へE×Bドリフトされ質量分散が起こることを示した。さらに、イオン加速が起きた高度が衛星高度付近の高高度から低高度側に分布したためピッチ角が変化したことも明らかにした。本研究の目的は大きく二つに分けられ、一つは人工衛星EXOS-CとICEで観測された物理現象のテスト粒子シミュレーションであり、もう一つは計算機シミュレーション全般にとって必要不可欠な計算結果の画像化処理システムの開発である。本年度はテスト粒子シミュレーションに関して、アメリカの科学衛星ICEにより観測されたジャコビニ彗星の近傍での大振幅MHD波の解明に主力をそそぎ、EXOS-Cのデータに関してはモデルの検討を行った。一方画像化処理システムはハードウェアの設計を行った。大振幅MHD波のテスト粒子シミュレーションの結果、興味深いホイッスラー波の励起過程が解明された。現象としてはジャコビニ彗星に近づくにつれ、大振幅MHD波に高周波のホイッスラー波が観測された。このホイッスラー波の励起過程として色々な考えが提案されているが、彗星から放出された水イオンによるサイクロトロン共鳴の可能性もある。そこでこれらの励起過程を検討するためにテスト粒子シミュレーションをおこなった。観測事業より磁場モデルは直接偏波の大振幅MHD波と円偏波のホイッスラー波で構成した。計算は彗星から放出された水イオンの動きを追跡した。彗星から放出された水が電離した時点では、サイクロトロン共鳴速度より遙かに速い相対速度をもつため共鳴を起こさない。しかしながら一部の水イオンは大振幅MHD波により徐々にピッチ角をたて、ホイッスラー波に達した時にはMHD波の伝搬方向に対し共鳴速度まで減衰され、ホイッスラー波にトラップされる。トラップによりさらに一部のイオンはホイッスラー波からMHD波に押し戻され、ホイッスラー波にエネルギーを与えることになる。

本研究の目的は人工衛星で観測された現象をテスト粒子シミュレ-ションを用いて解明することである。平成元年度の研究で解析した主な現象は、科学衛星EXOSーDが極域で観測した上昇イオン流(UFI)とイオン・コニックスである。科学衛生EXOSーDは、平成元年2月22日鹿児島宇宙空間観測所から打ち上げられた衛星で、最新の観測器により多くの新しい観測結果が得られており、デ-タ処理が急務とされている。観測デ-タのうち特に1989年8月28日に観測された上昇イオン流(UFI)現象と7月24日に観測されたイオンコニックスに焦点をしぼり、これらの現象の発生のメカニズムを検討した。8月28日に観測されたUFI現象では、UFIが現れない時は電子のピッチ角は対称的な分布であったが、UFIが出現すると非対称に変化した。これは衛星高度より下方に平行電場が存在していることを示唆している。テスト粒子シミュレ-ションを用いて電子の軌道を計算した結果、上昇電子のピッチ角分布から推定される加速域のポテンシャルはUFIのエネルギ-と一致することが確認され、衛星下方に加速電場が存在することを証明した。更に、電子のミラ-ポイントの高度は電場、加速域の距離ではなく、加速域の電位差で決まることを示した。7月24日のイオンコニックスではイオンの質量とピッチ角の分散が観測された。すなわち、質量の小さいイオンは高緯度側に、質量の大きいイオンは低緯度側で観測された。また、ピッチ角分布の中心も低緯度に移るに従い90^。から30^。へと変化した。テスト粒子シミュレ-ションによる検討結果は、dawnーtoーdusk電場により質量の大きいイオンほど低緯度側へE×Bドリフトされたため質量分散が起こることを示した。さらに、イオン加速が起きた高度が衛星高度付近の高高度から低高度側に分布したためピッチ角が変化したことも明らかにした。
肝がんで過剰発現しているHSCOとガンキリンを標的とするがん治療法の開発

1.HSCOの過剰発現が抗アポトーシス作用を示す機序を解析し、がん抑制タンパク質p53の発現には影響を与えないが、転写因子活性を抑制することを見出した。2.HSCOの活性を抑制するようなHSCO変異体の作成を試みた。C端又はN端を10アミノ酸削ると、強い細胞死の誘導活性が認められた。この時、カスパーゼ3が活性化されており、アポトーシスであった。これは細胞質において変異タンパク質が凝集体aggresomeを作ることに関連すると考えられた。凝集体形成及びアポトーシスは、肝細胞癌で発現亢進している分子シャペロンAPG-2の高発現により抑制された.3.ガンキリンと結合するMAGE-A4全長は、細胞増殖に影響を与えないが、そのN端210アミノ酸を削るとアポトーシス誘導効果の強い変異体となることを見出した。これは、BcL-xLの発現抑制、p53タンパク質の増加、Miz-1との結合によるp21転写の阻害等を介していた。ヒト細胞中でも、間接的にカスパーゼを介した機序により類似の分子がMAGE-A4全長から産生されること、DNA損傷によりその量が増えることを見出した。マウス個体への移植腫瘍にMAGE-A4変異体を投与すると、腫瘍増殖の抑制が見られた。抗がん剤としての可能性及び正常MAGE-A4の生理機能が示唆された。4.ガンキリンがMdm2と直接結合し、p53の量を減らすことを見出した。ガンキリンmRNAに対するRNAiをがん細胞株(U-2OS、Huh-7)の培地に添加したところ、アポトーシスが誘導され、増殖が50%抑制された。5.X線結晶回折によりヒトガンキリンの構造を明らかにした。アンキリンリピートの数は、アミノ酸配列から推定していた6個ではなく7個であった。
国民学校期における放送教育の歴史的研究

本研究は、国民学校における放送教育の理論と実相を、国民の動員という総力戦体制下の課題との関連のなかで明らかにし、そこに日本型メディア教育の歴史的問題状況を浮かび上がらせることを目的とする。1国民学校におけるラジオを「聴く」習慣形成の問題化、2少国民を聴取対象とした「国民学校放送」の成立過程、3「聴く」習慣の形成をめぐる「訓練」の実相の三つの視点から、国民学校期における放送教育の展開を明らかにし、日本のメディア教育がどのような問題を含みこんで成立してきたのかを歴史的に検討する。
歯槽骨由来細胞と歯根膜由来細胞の相互作用に関する研究

(目的)歯周組織再生誘導法(GTR法)で示される歯根膜細胞の根面に沿った誘導と新生セメント質の形成に歯槽骨由来細胞の関与が考えられる。そこで細胞培養系を用いて両細胞間の相互作用について検討することを目的とする。(方法)ヒト歯槽骨および歯根膜由来細胞を培養し、両細胞ともアルカリホスファターゼ(ALPase)活性が経時的に変化することから酵素活性のピーク前後(培養7日目および20日目)に培養上清を回収した。HABCの7日目に回収した上清を「AB-1」、20日目に回収した上清を「AB-2」とした。同様にPDLCも「P-1」、「P-2」とした。HABCに「P-1」あるいは「P-2」を、PDLCに「AB-1」あるいは「AB-2」を用いて培養し、それぞれの細胞のコントロール群と培養14日目の細胞増殖とALPase活性について比較検討した。(結果)HABCの細胞数は、コントロール、「P-1」および「P-2」間で違いは認められなかった。一方、PDLCの細胞数は、「AB-2」を用いたものがコントロールと比較して約2倍の増加が認められた。ALPase活性は、HABCは「P-2」を、PDLCは「AB-2」を用いた場合コントロールに比較して約2倍高い活性値を示した。以上のことからPDLCは、ALPase活性のピーク後、すなわち「stable stage」のHABCの影響を受けることによって活性化されることが示唆された。今後両細胞の相互作用の経時的変化について検討する予定である。(1994年3月10日72th International Assosiation for Dental ReseachatSeattleでポスター発表)(目的)歯周組織再生誘導法(GTR法)で示される歯根膜細胞の根面に沿った誘導と新生セメント質の形成に歯槽骨由来細胞の関与が考えられる。(1994年3月10日72th International Assosiation for Dental ReseachatSeattleでポスター発表)
有機ラジカル分子のフェリ磁性

p-CDTVラジカルを合成・単離し、その結晶の磁化率(χ_M)をSQUID磁束計を用いてT=0.05K300Kの温度範囲で測定した。χ_MはT=0.70K近傍で急激な上昇を示し、さらに低温で飽和に達した。交流磁化率χ_<nc>もT=0.70Kでピークを示した。さらに、比熱(Cp)も0.70Kでλ型のピークを示し、また、磁場の増加と共にこのピークは消失し、ブロードな山が現れた。以上の結果からp-CDTVは強磁性キューリー温度T_c=0.70Kをもった、有機強磁性体であることが明らかとなった。T_c=0.70Kは有機強磁性体の中で2番目に高いキューリー温度である。2.1,5-Dimethyl-6-oxo-および-thioxo-verdazylラジカルの分子磁性表題のVerdazylラジカル類、約15種の合成に成功した。高温領域(77K300K)での磁化率(χ_M)測定結果は、これらのラジカルが、いずれも大きな負のWeiss定数(Θ)の値をもつことを示した。即ち、分子間には強い反強磁性交換相互作用(J)が働いていることが明らかとなった。3.有機フェリ磁性体の研究m-Phenylenebis(nitronylnitroxide)バイラジカルを合成し、ニトロキシドモノラジカルとの混晶の単結晶作成を試みた。現在までのところ、同一結晶中にモノラジカルとバイラジカルを同時に含む単結晶を得るには至っておらず、さらに、検討を行っている。
鉄基スピンナノクラスター集合体における巨大磁気損失の発現と電磁波吸収材料への展開

非接触給電システムにおける電磁波漏洩の抑制や電気電子機器・デバイス間の電磁波干渉による誤動作の防止を念頭として、kHz帯域からGHz帯域までの超広帯域電磁波吸収を実現する鉄基スピンナノクラスターハイブリッド材料の創製と磁気損失発現機構の解明を目指す。今年度、ハイブリッド材料実現のために必要となる高飽和磁化鉄基ナノ粒子について、純鉄程度の飽和磁化を有し、かつ、磁気異方性が大きな窒化鉄に着目した。不活性雰囲気中で化学的手法を用いて合成した純鉄ナノ粒子に対し、水素ガス、および、アンモニアガスを用いた還元雰囲気低温熱処理、および、低温窒化処理を行った。化学的手法によって得られる純鉄ナノ粒子では、平均粒径は10nm程度で均一なものの合成直後に界面活性剤が多く含まれる。粒子表面に対するプロセスガスの接触確率を向上させるため、還元・窒化処理の前段階で真空加熱処理を施し、界面活性剤の除去を試みた。その結果、界面活性剤重量が半分程度まで低減することが分かった。得られた純鉄ナノ粒子に対し200°C以下の還元雰囲気低温熱処理を行った結果、純鉄ナノ粒子が微結晶相あるいはアモルファス相からbcc相となることがX線回折結果から分かった。その後、150°C以下の低温窒化処理を行うことで、体積分率で約70%の準安定窒化鉄相ナノ粒子を得ることに成功し、300Kで205 emu/gの飽和磁化を得ることができた。また、酸化鉄ナノ粒子では、種々の鉄原料、溶媒、界面活性剤を用いて反応温度や反応時間を最適化することにより、平均粒径9nm程度のマグネタイトナノ粒子を得ることができた。酸化鉄ナノ粒子では粒径ばらつきが少し大きいものの、窒化鉄ナノ粒子と同程度の大きさが得られており、次段階として、すでにハイブリッド化に必要な分散技術の構築に着手している。また、窒化鉄は純鉄に比べ約一桁磁気異方性が大きいため、GHz帯域を中心とする高周波帯域での磁気共鳴を起源とする電磁波吸収の実現が期待される。これらの知見をもとに、次年度以降、溶媒中の均一分散技術、粒子配列技術、ならびに、配列評価技術の構築を行い、動的磁気特性の評価を通して、磁気損失機構の理解の深化につなげる。異種の粒子を均一混合したハイブリッド材料や自己組織化配列材料の実現には、共凝集法を中心としたハイブリッド化技術の前段階として、それぞれの粒子の溶媒中への均一分散技術の構築が必須となる。次年度以降、溶媒中の粒子濃度を中心に単分散条件を見出す。また、共凝集プロセスでは、異種粒子の混合比率に合わせて、添加する溶媒種の選定と添加量の最適化を図り、それぞれの粒子が偏在しないように均一に混合したハイブリッド材料の実現を試みる。
単一磁束量子回路における動作速度の量子力学的極限の追究

本研究は、高速性と低エネルギー性を両立する超伝導単一磁束量子回路(SFQ回路)により、量子力学的不確定性(ΔE Δt h)に迫る領域での論理回路の動作を追究することを目的としている。平成30年度は、まず確立しているニオブ集積回路で単一磁束量子回路の高周波設計をさらに追求し、動作実証を進めた。複雑で大規模なビット並列型演算回路などの高速動作実証に成功しており、およそ20,000素子を集積した8ビット整数アレイ型乗算器については、半導体分野で著名な国際会議であるISSCCにて発表している。一方で、比較的低い臨界電流密度をもつ集積回路プロセスを用いて低エネルギー回路の試作も行った。ジョセフソン接合を縮小し、臨界電流値を従来の1/4から1/8に低減化した小規模回路について、アナログ回路シミュレーションを中心に設計した。配線要素やフリップフロップ、それらを組み合わせたシフトレジスタについて正常動作を4K温度環境下にて確かめた。得られた動作マージンがシミュレーション結果と一致しない点があり、現在、その原因を調査するため、より詳細な解析を進めている。なお、高速低エネルギー性を追求する別の手法として、半磁束量子を情報担体とした回路についても平行して数値計算を中心に解析を進めている状況である。また、本研究で用いる窒化ニオブ接合の作製、1K未満での素子特性評価のための環境構築についても進め、次年度以降の研究のための準備を着実に進めることができた。本研究においては、高速性と低エネルギー性の両面の追究が鍵である。今年度については、まだ別々のアプローチとなるが、単一磁束量子回路の高速性については、これまでの設計技術を基盤にさらに発展させ、大規模回路の実証に成功するなど洗練されたものとなったと考える。低エネルギー化についても、低臨界電流値のジョセフソン接合の回路動作に成功し、基本的な設計方針を確認することができた。今後は、窒化ニオブ接合に置き換えて回路動作を実証する必要があり、ばらつきへの耐性を検討する余地がある。また、動作マージンが期待通りとならない点については、製造ばらつきと、熱雑音による影響を取り入れた定量的なシミュレーション、実験による温度依存の調査等を実施して原因を追究する計画である。以上から、本研究は概ね順調に進展していると考えられる。今後は、高速性と低消費電力性の両面を追求して設計した、単一磁束量子回路において、タイミング揺らぎやビット誤り率を精密に計測することにより、論理回路における量子力学的揺らぎの効果を明らかにすることを目指す。次年度以降、(1)デバイス作製プロセス、(2)回路設計、(3)高周波精密計測の3つの項目に対して以下のように進める。項目(1)のデバイス作製プロセスについては、窒化ニオブを用い、回路作製に適用可能な特性をもつジョセフソン接合の作製を進める。特に集積回路作製の観点から、微小ジョセフソン接合の均一性の評価を行い、微細加工や障壁層構造について検討を行う。項目(2)の回路設計については、アナログ回路シミュレーションを用い、低消費電力性と高速性の両面から回路パラメータの最適化を行う。タイミング揺らぎを評価するため、まずはリング発振回路などの設計を行う。項目(3)の極低温高周波計測については、低エネルギー化した小規模SFQ回路やリングオシレータを、液体ヘリウム温度以下の低温で評価することを目指す。通常の設計による回路と比較することで、各種特性の温度依存関係を明らかにする。このための、系統的なデータを効率よく得るための測定環境の構築についても進める。