hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
デング出血熱の重症化機序の解明と治療戦略

フィリピン、マニラ市において78例のデングウイルス二次感染症患者(DF40症例、DHF38症例)の急性期と回復期の末梢血血小板数とPAIgGおよびPAIgMを測定し、血小板数のみならず重症度との相関を検討した。急性期に血小板数は減少するのに対し、PAIgG,PAIgMは増加し、それぞれは血小板数と有意な逆相関を示した。また、PAIgMの増加はDHF進展と有意に相関することが判明した。一方、急性期患者の末梢血血小板の溶出液中には健常者と比較して高い抗デングウイルス活性を検出した。デングウイルス二次感染症において、抗デングウイルス結合活性を有する血小板に付随した免疫グロブリンはその血小板減少機序と重症度に重要な役割を果たすことが推察された。また、血漿中thrombopoetin(TPO)は急性期に増加することから、デングウイルス二次感染症において、デングウイルス感染に伴う巨核球減少が関与することが示唆された。次に、顕著な血小板減少を伴うデングウイルス感染症患者34例(DF18例、DHF16例)を対象として、高用量静注用ヒト免疫グロブリン(IVIG)を0.49/kg/日を3日間投与し、血小板減少の進行阻止あるいは回復促進効果が認められるか否かを前向き比較試験として実施した。入院直後にウイルス学的診断の確定した34症例を封筒法により無作為にA群(IVIG投与+輸液療法)17例、B群(輸液療法のみ)17例の2群に分類した。2群の性別、年齢(平均15歳)、重症度、末梢血血小板数に有意差は認められなかった。A群において、IVIG投与に伴う明らかな副反応は認められなかった。これらの結果から、急性デングウイルス感染症は、ITPとは異なり網内系細胞のFcレセプターを介した血小板クリアランスは主要な血小板減少機序でないことが示唆された。さらに、分化したTHP-1細胞を用いてin vitroの血小板貪食能測定法をフローサイトメトリーを用いて確立した。フィリピン、マニラ市において78例のデングウイルス二次感染症患者においてDF/DHFの重症度を決定した。内訳は、DFが40症例、DHFは38症例であった。これらの患者の急性期と回復期の末梢血血小板数とPAIgGおよびPAIgMを測定し、血小板数のみならず重症度との相関を検討した。ロジスチック分析からPAIgMの増加はDHF進展と有意に相関することが判明した。とりわけ、PAIgMの20ng/10^7platelet以上の増加はDHFの予測因子となることが推定された。一方、急性期患者の末梢血血小板の溶出液中には健常者のそれと比較して高い抗デングウイルスIgG,IgM活性を検出した。これらの成績からデングウイルス二次感染症において、抗デングウイルス結合活性を有する血小板に付随した免疫グロブリンはその血小板減少機序と重症度に重要な役割を果たすことが推察された。さらに、デング

ウイルス二次感染症46症例(DF17症例、DHF29症例)において、末梢血血小板数を制御するとされる血漿中thrombopoetin(TPO)と血管透過性因子として知られるVascular endothelial growthfactor(VEGF)について検討した。血漿TPOは急性期に増加し、回復期まで増加傾向を示した。しかしながら、DF,DHF間の有意差は認められなかった。これに対し、血漿VEGFは急性期に低下し、回復期に正常値まで回復した。急性期の血漿VEGFにDFとDHF間の有意差は認められなかった。これらの結果から、デングウイルス二次感染症において、PAIgG,PAIgMによる血小板減少機序以外に、デングウイルス感染に伴う巨核球減少が関与することが示唆された。また、血漿VEGFがDHFにおける血管透過性に関与する可能性は低いと考えられた。現在、著明な血小板減少を伴うデングウイルス感染症患者に対する大量免疫グロブリン投与に関する研究プロトコールを研究施設の倫理委員会で検討中である。フィリピン、マニラ市において78例のデングウイルス二次感染症患者(DF40症例、DHF38症例)の急性期と回復期の末梢血血小板数とPAIgGおよびPAIgMを測定し、血小板数のみならず重症度との相関を検討した。急性期に血小板数は減少するのに対し、PAIgG, PAIgMは増加し、それぞれは血小板数と有意な逆相関を示した。また、PAIgMの増加はDHF進展と有意に相関することが判明した。一方、急性期患者の末梢血血小板の溶出液中には健常者と比較して高い抗デングウイルス活性を検出した。デングウイルス二次感染症において、抗デングウイルス結合活性を有する血小板に付随した免疫グロブリンはその血小板減少機序と重症度に重要な役割を果たすことが推察された。また、血漿中thrombopoetin(TPO)は急性期に増加することから、デングウイルス二次感染症において、デングウイルス感染に伴う巨核球減少が関与することが示唆された。次に、顕著な血小板減少を伴うデングウイルス感染症患者34例(DF18例、DHF16例)を対象として、高用量静注用ヒト免疫グロブリン(IVIG)を0.4g/kg/日を3日間投与し、血小板減少の進行阻止あるいは回復促進効果が認められるか否かを前向き比較試験として実施した。入院直後にウイルス学的診断の確定した34症例を封筒法により無作為にA群(IVIG投与+輸液療法)17例、B群(輸液療法のみ)17例の2群に分類した。2群の性別、年齢(平均15歳)、重症度、末梢血血小板数に有意差は認められなかった。A群において、IVIG投与に伴う明らかな副反応は認められなかった。これらの結果から、急性デングウイルス感染症は、ITPとは異なり網内系細胞のFcレセプターを介した血小板クリアランスは主要な血小板減少機序でないことが示唆された。さらに、分化したTHP-1細胞を用いてin vitroの血小板貪食能測定法をフローサイトメトリーを用いて確立した。
α化米粉を乳化剤として活用した新規栄養強化粥とアレルギー対応食品の開発

今年度は本研究課題の基盤となるα化米粉の作成条件について検討を行った。本研究課題は最終的にα化米粉を小麦粉の代替品として利用するのではなく、機能性のお粥や乳化剤等として加工食品へ利用することを目的としている。すなわち、使用する米、糊化方法の条件を変えて製造を行い、これらの条件が米粉の糊化度、澱粉損傷度、レジスタントスターチ量等の米の特性に及ぼす影響を検証することは、今後、各加工食品への最適なα化米粉を選定するためにも意義がある内容と言える。今年度、本研究課題で今年度行った内容について述べる。本研究は機能性も視野に入れていることから、一般的に食されている粳米と粳米に比べてアミロース含量が多く、血糖値の上昇を起こしにくいと言われている高アミロース米を用いた。これら2つの米の糊化法として、1つは炊飯工程を行わずに作成する加熱せん断粉砕方式によりα化米粉の作成を行った。2つ目は炊飯した後、凍結乾燥して粉末化する炊飯方式によるα化米粉の作成を行った。米は炊飯条件や炊飯後の冷却条件によってでんぷんの流出量、物性、老化度が異なる。そこで、炊飯法によるα化米粉の作成では、粳米および高アミロース米ともに炊飯器を用いて通常の飯およびお粥を作成し、これらを凍結乾燥してミルを用いて粉末化を行った。米粉を加工食品として利用する際、粒度が物性へ影響を及ぼすことから、本研究で用いる粒度は市販されている米粉の粒度を参考にし、100μmメッシュの篩を通過した粉末とした。今年度行った各種条件によるα化米粉の作成は、来年度以降行う予定である各種条件で作成した米粉の特性分析(糊化度、でんぷん損傷度、レジスタントスターチ量、粒度、電子顕微鏡写真)および、加工食品ごとの最適なα化米粉を選定するための原料作成として重要な基盤研究と言える。当初予定では今年度中に各種条件で作成したα化米粉の糊化度、でんぷん損傷度、レジスタントスターチ量、粒度、電子顕微鏡写真撮影を行い、α化米粉の作成条件が米粉の特性に及ぼす影響まで検証する予定であった。しかし、教育業務の準備に多くの時間を割いたため、研究を遂行する時間が充分に確保することができなかった。また、研究環境の整備にも時間を要したため、当初予定より遅れてしまった。今後は作成したα化米粉の糊化度、でんぷん損傷度、レジスタントスターチ量、粒度、電子顕微鏡写真撮影を行い、α化米粉の作成条件が米粉の特性におよぼす影響について検証する予定である。さらに、特性について分析が終了した後、作成したα化米粉を用いて水で作成したお粥、様々な液体調味料等を加えたお粥を作成した際のテクスチャーへの影響や加工食品への活用法について検証を行う予定である。

今後は作成したα化米粉の糊化度、でんぷん損傷度、レジスタントスターチ量、粒度、電子顕微鏡写真撮影を行い、α化米粉の作成条件が米粉の特性におよぼす影響について検証する予定である。さらに、特性について分析が終了した後、作成したα化米粉を用いて水で作成したお粥、様々な液体調味料等を加えたお粥を作成した際のテクスチャーへの影響や加工食品への活用法について検証を行う予定である。当初予定では作成したα化米の糊化度、でんぷん損傷度、レジスタントスターチ量に必要な試薬および実験機器の購入および、粒度と電子顕微鏡写真撮影を外部委託する予定であった。しかし、研究の進捗状況が遅れたため次年度使用額が派生した。
フィブラート薬物によるＰＰＡＲα非依存的な中性脂肪低下作用の総括的分子機構解明

本研究では、フィブラート薬物を脂肪肝状態マウスに臨床用量相当で投与し、肝臓脂質代謝への薬効を調べた。低用量フィブラートは、PPARα活性化と異なる機構により、肝臓のミトコンドリアβ酸化機能を高め、脂肪肝軽減作用を示した。この新たな薬理作用は、β酸化蛋白の安定化によるものと考えられ、これにはミトコンドリア蛋白の安定性および機能性に重要な内膜リン脂質:カルジオリピンの増加が関与していると推察された。これらの薬理作用は、従来のげっ歯類試験で問題視されていた肝肥大などの非生理的現象を伴っておらず、当該薬物のヒトにおける薬理作用を理解する上で有用と思われる。本研究では、フィブラート薬物を臨床用量相当でマウスに投与し、薬理作用とPPARα活性化の関連性を検証することを目的としている。昨年度までの解析から、フェノフィブラート・クロフィブラート・ゲムフィブロジル・ベザフィブラートの4種のフィブラート薬物について、低用量投与ではマウス肝臓PPARαを活性化しないことを確定した。これらの薬物は全て、高飽和脂肪食により脂肪肝状態を作製したマウスに対して脂肪肝軽減作用を示した。低用量投与群では、脂肪酸トランスポーター(FAT/CD36)やジアシルグリセロール合成酵素(Lpin1)の発現低下が確認され、薬理作用への関与が示唆された。本年度は昨年度の成果を発展させる試みとして、薄層クロマトグラフィー法を用いた肝臓脂質の定性分析を行った。低用量投与群では、肝臓内トリアシルグリセロール及びジアシルグリセロール蓄積量が共に著減しており、Lpin1蛋白量の減少とよく一致した。また、Lpin1はリン脂質合成の重要な中間体であるホスファチジン酸を基質とするため、肝臓内リン脂質含量への影響を同様に調べた。その結果、低用量投与群において、コリン結合型リン脂質など幾つかの生体膜構成リン脂質の増加を検出した。このことから、低用量フィブラートはグリセロ脂質合成において、Lpin1を起点に中性脂肪からリン脂質へ合成配分を変更することで、肝臓への脂肪蓄積を抑制した可能性が考えられた。また、脂質代謝関連分子の発現変動解析を昨年度より検索範囲を広げて行い、新たな薬理作用として脂肪酸取込・運搬に働くL-FABPの発現低下を見出した。昨年度の結果と併せて、低用量フィブラートは肝細胞内への脂肪酸取込抑制に強く作用することが推測された。本年度までの解析から、記述した4種のフィブラート薬物の新規薬理機序に関する一通りの裏付けが行えた。現在、論文作成の準備を進めている。フィブラート系抗高脂血症薬は核内受容体:PPARαを活性化して薬理作用を示す機構が提唱されている。しかし、過去の多くのげっ歯類動物試験で用いられてきた投薬量は、当該薬物の臨床での使用量に比べて著しく過剰である。本研究では、フィブラート薬物を臨床用量相当でマウスに投与し、薬理作用とPPARα活性化の関連を検証することを目的とした。昨年度までの解析から、フェノフィブラート・クロフィブラート・ゲムフィブロジル・ベザフィブラートについて、低用量ではマウス肝臓PPARαを顕著に活性化しないことを見出した。マウスを高飽和脂肪食で飼育し脂肪肝状態を作製した後、これらのフィブラート薬物を低用量で投与したところ、有意な脂肪肝軽減作用が観察された。これらのマウス肝臓を用いて脂肪酸・中性脂肪代謝に関する詳細な解析を行ったところ、肝細胞内への脂肪酸取込の抑制、並びに、トリグリセリド合成抑制を示唆する結果が得られた。さらに本年度は、低用量フィブラートがPPARα活性化を伴わずに、ミトコンドリア(Mt)の脂肪酸β酸化能を高める新たな薬理作用を発見した。低用量投与下では、本機能を担う主要酵素(VLCAD, LCAD, MCAD, TP)の蛋白量が顕著に増加していたが、mRNA発現量は増えていなかった。その他のMt特異的蛋白(COX4, CytC)に関しても、同様に蛋白レベルの増加が観察された。Mt genesisに関する変化は認められなかった。一方、Mt特異的リン脂質であるカルジオリピンの存在量が、低用量投与により顕著に増加していた。本脂質はMt蛋白の安定性及び機能性に極めて重要な役割を担う。低用量フィブラートは肝臓カルジオリピン含量の増加を促すことで、β酸化酵素の安定性を高める可能性が示唆された。本研究からフィブラート薬物の作用機構に関して、従来と異なる新しい知見が得られたと考えている。フィブラート薬物はPPARαを活性化させて中性脂肪量を減少させると考えられている。

しかし、この薬理機構を支持するげっ歯類試験データは、臨床用量と乖離した高用量の投薬試験に由来している。本研究では、マウスへ臨床用量相当のフィブラート薬物を投与し、その薬効発現とPPARα活性化の関連を明確にすることを目的とした。本年度は、4種のフィブラート薬物について、低用量でマウス肝臓PPARαを活性化しないことを確定し、新たな薬効寄与分子を特定した。また、副作用・安全性に関する重要な情報が得られた。以下に、具体的な研究成果を記載した。13.5%飽和脂肪食で十週間継続飼育した雄マウスは、体重増加、精巣周囲脂肪組織・腎周囲脂肪組織の重量増加、及び、肝臓への中性脂肪・遊離脂肪酸の著しい蓄積を示した。このマウスを同飼料で継続飼育し、フェノフィブラート・クロフィブラート・ゲムフィブロジル・ベザフィブラートを各々低用量で二週間経口投与した結果、全ての処方について、肝臓に蓄積した中性脂肪・遊離脂肪酸の低減作用が認められた。肝臓PPARαの活性化は全く生じていなかった。低用量フィブラートによる脂肪肝軽減作用には、fatty acid translocase発現低下に伴う肝細胞への血中脂肪酸の取込抑制、並びに、lipin1蛋白の発現低下に起因するジアシルグリセロール・トリアシルグリセロール合成抑制が関与していた。一方、同薬物を高用量(低用量の10倍量)で投与されたマウスでは、脂肪肝は改善したが肝臓過酸化物含量は増加した。この現象は、PPARα活性化により脂肪燃焼が激的に亢進し、酸化ストレスが急速に高まったことに起因していた。低用量投与下では肝臓酸化ストレスの上昇は認められず、薬物は脂肪肝状態の緩和に効果的に作用したと考えられた。採択二年目の本年度は、昨年度までに得られた成果を発展させ、成果発表を行える段階に至ることを目標とした。具体的には、既述した4種のフィブラート薬物の新規薬理機序の解析を進めた。これら4種の薬物は、当該薬品類の中でも日常診療での使用頻度が非常に高いため、これらに関する新規薬理機序の提案は、関連領域に与えるインパクトが大きいと予想した。本年度は、当初計画した薄層クロマトグラフィー法による脂質定性分析と新規作用標的の探索を重点的に行った。特に、薄層クロマトグラフィー解析では、本実験に先立ち、各脂質の分離条件の検討と、最適な脂質抽出・精製条件の調整を行う必要があり、本解析までに時間を要することとなったが、既述した重要な結果を得ることができた。また、本年度は大学研究施設の耐震改修工事と重なり、研究活動を十分に実施するための実験スペースや時間を確保できない状況にあった。しかし、研究の優先順位を決定し、論文としてまとめるために必要な解析を優先的に進めたことで、論文作成に必要な一通りの実験データを揃えることができた。従って、概ね順調に研究が進展したと考えている。採択一年目の本年度は、日常診療での使用頻度が高い4種のフィブラート薬物の解析に注力した。当初計画した新規作用標的の探索と酸化ストレスの状態評価を実施し、既述した重要な結果が得られた。また本年度は、今後の解析に必要となる実験手技の確立を行えた。具体的に、少量の凍結組織から細胞核を高純度・高収率で分画する技術を開発した。これにより、核内蛋白に焦点を当てたプロテオーム解析の準備が整った。また、高分離能薄層クロマトグラフィーを用いた単純脂質分析実験の実施条件を決定し、薬理機序の解析に活用した。
電子素子用半導体材料のイオンビーム改質と分析

半導体へのイオン注入で生じる照射損傷の回復に必要な熱処理温度の低減が望まれており、その一つの方法として、イオンビーム照射による結晶成長法(イオンビーム誘起結晶成長法)を用いて、熱処理温度の低減が検討されている。Siの場合、熱処理だけでは500°C程度の加熱が必要なのに対して、イオンビーム照射を行うことで、200°C程度で結晶成長が起きることが示されており、熱処理温度を低減する方法として期待できる。本研究では、次世代半導体素子への応用を考慮しつつ、イオンビーム誘起結晶成長の基礎特性のうち、不純物元素の効果や格子位置への置換について研究を行った。Si中の固溶度と拡散速度が極めて低い3種類の不純物元素(Te、Pb、Bi)をSi結晶中にイオン注入して非晶質層を形成し、その非晶質層をイオンビーム誘起結晶成長した後の不純物元素の分布と格子置換率を調べ、単純加熱による結晶成長の場合と比較した。試料にはCz成長の(100)面Siを使用し、不純物元素をエネルギー100keV、ドーズ量1×10^<15>cm^<-2>で室温注入した。注入後、非晶質層端の重損傷層を除去し、単結晶層との界面を平滑化するため、450°C1時間のアニールを行った。このようにして準備した試料を400°Cに加熱しながら3MeV Siイオンビームをドーズ量5×10^<15>2×10^<16>cm^<-2>の範囲で照射してイオンビーム誘起結晶成長を起こした。またイオンビーム照射しない熱処理だけの試料も用意した。結晶成長後の試料は、1.8MeV Heイオンビームによるラザフォード後方散乱(RBS)/チャネリング法と、中エネルギーイオン散乱分光(MEIS)により分析した。実験結果のうち、不純物元素の深さ分布の変化に着目すると、PbとBiの場合、イオンビーム誘起結晶成長で非晶質/単結晶界面が表面に向かって進行すると同時に顕著な再分布が起き、一部は表面に偏析した。一方、Teの場合には、結晶成長を行っても再分布や表面への偏析はほとんどなかった。これらの差は不純物元素の融点に関係していると考えられるが、熱のみのアニールの場合は、一貫して表面への偏析は起きていないことから、照射誘起拡散が起きていることを示唆している。また、不純物元素の濃度に着目すると、3種類の元素いずれの場合も、固溶度を遥かに上回る濃度でSi結晶中に残留しており、非熱平衡的に不純物元素が結晶中に取り込まれたことが分かる。本研究では、電力制御用半導体素子への応用を考慮しつつ、イオンビーム誘起結晶成長の基礎特性のうち、これまでほとんど調べられていなかった不純物元素の格子位置への置換について研究を行った。この時表面から730870Åの深さまで非晶質層が形成された。この後、非晶質層端の重損傷層を除去し、単結晶層との界面を平滑化するため、450°C1時間のアニールを行った。またイオンビーム照射しない熱処理だけの場合には、525°C20分間の加熱を行った。結晶成長後の試料は、1.8MeV Heイオンビームによるラザフォード後方散乱(RBS)/チャネリング法により分析した。同様に、熱のみのアニールの場合でも固溶度を上回る濃度が得られたが、格子位置への置換率は8087%あり、イオンビーム誘起結晶成長の場合の3970%(2×10^<16>cm^<-2>照射後の値)よりも高かった。

イオンビーム誘起結晶成長では、イオンがフレンケルペアを形成し、そのうち、原子空孔は不純物元素に対し置換位置を提供するが、格子間原子は不純物元素の拡散を促し、逆の効果を持つ二つの作用が競合して、その結果、熱のみのアニールとは異なる結果が得られたと考えられる。このような結果は、これまで報告されておらず、イオンビーム誘起結晶成長に関する新たな知識を加えることになった。半導体へのイオン注入で生じる照射損傷の回復に必要な熱処理温度の低減が望まれており、その一つの方法として、イオンビーム照射による結晶成長法(イオンビーム誘起結晶成長法)を用いて、熱処理温度の低減が検討されている。Siの場合、熱処理だけでは500°C程度の加熱が必要なのに対して、イオンビーム照射を行うことで、200°C程度で結晶成長が起きることが示されており、熱処理温度を低減する方法として期待できる。本研究では、次世代半導体素子への応用を考慮しつつ、イオンビーム誘起結晶成長の基礎特性のうち、不純物元素の効果や格子位置への置換について研究を行った。Si中の固溶度と拡散速度が極めて低い3種類の不純物元素(Te、Pb、Bi)をSi結晶中にイオン注入して非晶質層を形成し、その非晶質層をイオンビーム誘起結晶成長した後の不純物元素の分布と格子置換率を調べ、単純加熱による結晶成長の場合と比較した。試料にはCz成長の(100)面Siを使用し、不純物元素をエネルギー100keV、ドーズ量1×10^<15>cm^<-2>で室温注入した。注入後、非晶質層端の重損傷層を除去し、単結晶層との界面を平滑化するため、450°C1時間のアニールを行った。このようにして準備した試料を400°Cに加熱しながら3MeV Siイオンビームをドーズ量5×10^<15>2×10^<16>cm^<-2>の範囲で照射してイオンビーム誘起結晶成長を起こした。またイオンビーム照射しない熱処理だけの試料も用意した。結晶成長後の試料は、1.8MeV Heイオンビームによるラザフォード後方散乱(RBS)/チャネリング法と、中エネルギーイオン散乱分光(MEIS)により分析した。実験結果のうち、不純物元素の深さ分布の変化に着目すると、PbとBiの場合、イオンビーム誘起結晶成長で非晶質/単結晶界面が表面に向かって進行すると同時に顕著な再分布が起き、一部は表面に偏析した。一方、Teの場合には、結晶成長を行っても再分布や表面への偏析はほとんどなかった。これらの差は不純物元素の融点に関係していると考えられるが、熱のみのアニールの場合は、一貫して表面への偏析は起きていないことから、照射誘起拡散が起きていることを示唆している。また、不純物元素の濃度に着目すると、3種類の元素いずれの場合も、固溶度を遥かに上回る濃度でSi結晶中に残留しており、非熱平衡的に不純物元素が結晶中に取り込まれたことが分かる。
非線形波動方程式における爆発境界の特異性の解析

本年度は,変分構造を持たない非線形波動方程式の爆発曲線がどのような特異性を持つのか,またその特異性が何に依存するのかを証明した.Merle-Zaag (2012)により,方程式の解が変分構造を持つ波動方程式の爆発曲線が,解が符号変化するときに,微分不可能になることが示されていた.この性質が,非線形項にある程度依存せずに成り立つ一般的なものなのか,変分構造を持つ非線形波動方程式の爆発曲線の特殊な性質なのかは分かっていなかった.そこで,非線形項に未知関数の時間微分導関数を含む波動方程式の爆発曲線を考察した(この波動方程式は変分構造を持たない).この非線形波動方程式の初期値に条件を課した際に,爆発曲線が特異性を持つことを証明した.どのような特異性を持つのか:爆発曲線の特異性に,非線形波動方程式の線形部分の性質が現れる,具体的には波動方程式の特性曲線の傾きが特異性に現れることを証明した.また,ある条件下で特異性は測度を持たないことを示した.さらに,爆発曲線の特異性が現れるところ以外では,波動方程式の解が爆発曲線付近で,ある常微分方程式の爆発解と似た性質を持つことを示した.特異性が何に依存するのか:波動方程式が変分構造を持たない場合にも,解の符号変化やある種の単調性によって,爆発曲線に特異性が発生することを証明した.この証明手法は波動方程式の爆発解の数値解析に基づいている.これらの結果を国際研究集会で発表した.ある初期条件のもとで,変分構造を持たないある非線形波動方程式の爆発曲線の特異性の発生やその形状,原因を明らかにするなど,順調に研究成果を得ている.また,国内外の研究者と共同研究を行っており,順調に研究が進んでいると考えている.変分構造を持つ波動方程式と,変分構造を持たない波動方程式両方の爆発曲線の特異性を解析し,爆発曲線の特異性について,統一的な理論の構築を目指す.国内外の関連分野の研究者と研究交流をし,研究内容について批評を受ける.本年度は,変分構造を持たない非線形波動方程式の爆発曲線がどのような特異性を持つのか,またその特異性が何に依存するのかを証明した.Merle-Zaag (2012)により,方程式の解が変分構造を持つ波動方程式の爆発曲線が,解が符号変化するときに,微分不可能になることが示されていた.この性質が,非線形項にある程度依存せずに成り立つ一般的なものなのか,変分構造を持つ非線形波動方程式の爆発曲線の特殊な性質なのかは分かっていなかった.そこで,非線形項に未知関数の時間微分導関数を含む波動方程式の爆発曲線を考察した(この波動方程式は変分構造を持たない).この非線形波動方程式の初期値に条件を課した際に,爆発曲線が特異性を持つことを証明した.どのような特異性を持つのか:爆発曲線の特異性に,非線形波動方程式の線形部分の性質が現れる,具体的には波動方程式の特性曲線の傾きが特異性に現れることを証明した.また,ある条件下で特異性は測度を持たないことを示した.さらに,爆発曲線の特異性が現れるところ以外では,波動方程式の解が爆発曲線付近で,ある常微分方程式の爆発解と似た性質を持つことを示した.特異性が何に依存するのか:波動方程式が変分構造を持たない場合にも,解の符号変化やある種の単調性によって,爆発曲線に特異性が発生することを証明した.この証明手法は波動方程式の爆発解の数値解析に基づいている.これらの結果を国際研究集会で発表した.ある初期条件のもとで,変分構造を持たないある非線形波動方程式の爆発曲線の特異性の発生やその形状,原因を明らかにするなど,順調に研究成果を得ている.また,国内外の研究者と共同研究を行っており,順調に研究が進んでいると考えている.変分構造を持つ波動方程式と,変分構造を持たない波動方程式両方の爆発曲線の特異性を解析し,爆発曲線の特異性について,統一的な理論の構築を目指す.国内外の関連分野の研究者と研究交流をし,研究内容について批評を受ける.研究の進行状況から,今年度のフランスへの共同研究のための渡航予定を変更した.この助成金は,次年度にスペインで行われる応用数学の国際研究集会への参加,また,フランスでの共同研究のための旅費で使用する予定である.
肝臓病を対象とした超音波断層画像処理システムの開発

本報告では、肝臓病のなかでも代表的な肝硬変に注目し、超音波断層画像から得られるパタ-ン情報を利用して、コンピュ-タで自動的にそれらの病状の診断を行うシステムの開発を目的とした研究成果を述べている。特微抽出では前処理として2次元FFTによるラスタ-輝線除去フィルタ-、シェ-ディング補正、濃度値の規格化などを行った。また、肝硬変のタイプ分けを行なうための特微量として、同時濃度生起行列によるテクスチャ-のコントラストと、テクスチャ-の一様性を用いることを提案した。そしてコントラストと一様性を2次元空間の軸に取り、このパタ-ン空間をクラスタリングすることにより、上下1タイプを誤差範囲とした場合、100%の確度で肝硬変のタイプ分けを行うことができるようになった。特徴抽出領域の自動選択では、差分プロジェクションを用いた超音波画像部の抽出、骨などによる陰影部分の検出、肝臓領域の認識、血管領域の認識などを行った。超音波画像部の抽出と骨による陰影部分の検出では、良い結果が得られた。血管領域の認識では、アルゴリズムを改良することによりさらに良くなると思われる。肝臓領域の認識でも良い結果が得られ、この方法が実際的にも有効であると考えられる。今後の課題としては、剖検肝を用いた超音波所見と肉眼所見のデ-タを用いて、本方法のタイプ分けにおける確度(的中率)を求め、処理方法の改善を行なうことにより確度を高めることが重要である。また、他の超音波所見(肝表面、肝縁など)による特微抽出を行ない、本方法の特微量と併せて、総合的な診断ができるようにすることが望まれる。肝臓病を対象とした超音波断層画像処理システムの開発を行うために本年度はまず幾つかの設備を整えた。ポラロイド写真のような画像診断デ-タによる画像入力を容易にするために、CCD内蔵のテレビカメラを購入し、さらに20インチのカラ-モニタを導入して結果を見易くすることにした。これらの設備を整えた後で、種々のコンピュ-タ用ソフトを作り、当初の目的を達成できるようにした。本年度は、肝臓病として特にポピュラ-な肝硬変を取り上げ、ポラロイド写真による症例デ-タを画像入力として取り込むことによって肝硬変の進行状況をコンピュ-タで自動診断できるようにすることを試みた。肝硬変の症例診断においては、超音波断層画像における低エコ-病変に着目して進展度の自動診断が可能となるようにした。肝硬変の場合には症例をO型(正常)、I型(低エコ-部分の大きさが3mm以内)、II型(3mm以上5mm未満)、III型(5mm以上)に分けて、これらの症例診断をコンピュ-タで行うことにした。I型は軽度の肝硬変、II型は中程度のもの、III型は重度のものである。ポラロイド写真による肝硬変の症例デ-タを画像処理システムに取り込み、幾つかのアルゴリズムを用いて肝臓の実質パタ-ンの特徴抽出を行った。それらの結果、コントラストに着目してO型とそれ以外に分類し、IIII型についてはテクスチャ解析の手法を適用して分類する方法が有望であることが分かった。コンピュ-タ診断によって得られた結果を専門家の大藤教授、江原助手が見た結果、医師による診断結果とほぼ一致していることが確かめられた。従って、本方法は非常に有望であると考えられるので、次年度も引き続いてこの問題を考え、さらに改良をしていきたいと考えている。また、肝硬変以外にも肝臓がんや脂肪肝の問題などもあるので、次年度にはこれらを総合的に扱えるようにしたい。本年度も昨年度に引き続いて、肝臓病特に肝硬変に注目し、超音波断層画像から得られるパタ-ン情報を利用して、コンピュ-タで自動的にそれらの病状の診断を行うシステムの開発を目的とした研究を行った。

昨年度の研究成果から、特徴抽出では前処理として2次元FFTによるラスタ-輝線除去フィルタ-、シェ-ディング補正、濃度値の規格化などが有効であることが分かったので、年年度もこれを利用した。また、肝硬変のタイプ分けを行なうための特徴量として、同時濃度生起行列によるテクスチャ-のコントラストと、テクスチャ-の一様性を利用した。そして、コントラストと一様性を2次元空間の軸に取り、このパタ-ン空間をクラスタリングすることにより、上下1タイプを誤差範囲とした場合、100%の確度で肝硬変のタイプ分けを行うことができるようになった。すなわち、超音波断層画像のパタ-ン認識により、肝硬変の病状をタイプ0からタイプ3まで、かなり客観的に診断できるようになった。本年度は、特に、特調抽出領域の自動選択について検討したが、差分プロジェクションを用いた超音波画像部の抽出が有効であることが明らかになった。これによって骨などによる陰影部分の検出、肝臓領域の認識、血管領域の認識が可能となった。従って、従来は医師が目視によって経験に基づいた判断をしていた超音波断層画像の診断が、コンピュ-タによって客観的に行える可能性が非常に大きくなってきた。今後の課題としては、剖検肝を用いた超音波所見と肉眼所見のデ-タを用いて、本方法のタイプ分けにおける確度(的中率)を求め、処理方法の改善を行なすことにより確度を高めることが重要である。また、他の超音波所見(肝表面、肝縁など)による特徴抽出を行ない、本方法の特徴量と併せて、総合的な診断ができるようにすることが必要である。
外部刺激に応答して瞬時にヘリシティーを変える超分子系金属錯体の創製

分子のヘリシティーのプログラミングは、スイッチングやセンサーなどの「分子認識」、自己複製や自己増殖など情報をコントロールする「情報機能」、エナンチオマーを作り分ける「触媒機能」という特異な機能をコントロールすることができる。これらの機能は分子メモリーや液晶材料など様々な工業的応用が期待できるため、近年ポリアセチレンやポリシランなど高分子材料を用いて精力的に研究されている。本萌芽研究では、置換活性な金属イオンを中心とした、瞬時なヘリシティー反転スイッチングを、アニオン制御のみならず、溶媒組成を外部刺激として制御することに成功をおさめた。本研究代表者が独自に開発した、光学活性なアミド基含有四座配位子と過塩素酸コバルト(II)から調製した単核コバルト(II)錯体は、硝酸アニオンを外部刺激として瞬時に絶対配置を反転することができる。そこでは、硝酸アニオンのコバルト(II)中心への配位とアミド水素への水素結合がヘリシティー反転に重要な役割を果たす。それらの弱い相互作用は用いる溶媒の性質により制御することが可能である。光学活性四座配位子-硝酸コバルト(II)錯体は、アセトニトリル中で左巻きヘリシティーを有するが、塩化メチレンの比率を高くすると右巻き構造へと反転する事をNMRやCDスペクトルを用いて明らかにした。さらに、その動的反転の半減期は38秒であることも明らかにした。このように、置換活性な金属錯体を活用すると、溶媒をアキラルな外部刺激としてヘリシティーの瞬時な反転が可能であることを明らかにした。本萌芽研究では、置換活性な金属イオンを中心とした、瞬時なヘリシティー反転現象をスイッチとして、超分子体が形成するヘリシティーの自在制御の確立に成功をおさめた。本研究代表者が独自に開発した、光学活性なアミド基含有エチレンジアミン型配位子から調製した、単核コバルト(II)錯体の、アニオン添加など外部刺激による瞬時な絶対配置反転現象を基盤として、ヘリシティー情報のコントロールや増幅を目指すため、(1)この光学活性なアミド基含有エチレンジアミン型配位子の末端に、アキラルなデヒドロフェニルアラニンと2-アミノイソブチル酸からなるペンタペプチドを縮合させた光学活性な4座配位子を新たに開発した。このアキラルなペプチド部分は、エチレンジアミン部位の立体化学を反映した、右巻きの3_<10>らせん構造を有する事を明らかにした。(2)この4座配位子を用いて調製した過塩素酸コバルト(II)錯体は、Λ型の金属中心と右巻きのペプチドらせんをもつのに対して、硝酸イオンの添加により、金属中心がΔ型へと反転し、さらにペプチド部位も、左巻きらせん構造へと反転できることを明らかにした。このように、この超分子-金属錯体は、外部刺激による錯体ヘリシティーの反転現象をペプチドヘリシティーの反転へと伝達し、CD強度として約100倍へ増幅できることを明らかにした。
時空3次元格子ゲージ理論における対称性の破れと超伝導の研究

高温超伝導と関連をもつと思われている時空3次元空間上でのゲージ理論の解析が進行中である。3次元では、表面項を除いてゲージ不変なベクトル場から成る作用であるCherm-Simons項がローレンツ変換に対して不変である。Cherm-Simons項は座標についての微分を一度だけ含むので、この種のゲージ理論は通常のゲージ理論とは性質を異にする。本年度、Cherm-Simons項を持つU(1)ゲージ理論について、(1)正準形式に則り量子化を行い、散乱振幅、荷電粒子間の力等が摂動論の近似により求められ、(2)時空3、4次元でCherm-Simons項をもつゲージ理論の古典解が求められ、(3)明白に共変な形でユニタリー性と矛盾なく量子化が行なえることが示された。(1)では荷電粒子間にダイポール的な長距離力が働くことが示された。物質中ではローレンツ不変性は失われるので、Cherm-Simons項を4次元時空内に埋めこんだローレンツ不変性を持たない理論も役立つ可能性がある。Cherm-Simons項は電流と場との間に通常のMaxwell理論の場合とは異なる関係式を与える。そのため古典解の様子も異なり、有限な大きさの電流をもつ古典解があることが(2)で示された。Maxwell理論にCherm-Simons項を付け加えた理論では自由場が有限な質量をもつ波と、質量をもたない波との2つの成分をもちユニタリー性が自明でない。(3)では、それを明らかにするため明白に共変な方法で量子化し、それに基づき理論の構造をしらべた。零質量に対する波のモードの自由度は実際に観測にかかる自由度となっていないことがわかった。その他赤外発散とそのダイナミックスへの影響をしらべることの研究が進行中である高温超伝導と関連をもつと思われている時空3次元空間上でのゲージ理論の解析が進行中である。その他赤外発散とそのダイナミックスへの影響をしらべることの研究が進行中である
胎児聴覚獲得のメカニズムについての検討-聴覚におけるNMDAレセプターの役割

昨年までの検討で、胎生早期の8日目からすでに蝸牛神経核では膜電位変化を伝播する可能性が示唆されたこと、さらに蝸牛神経核から得られた膜電位変化は2つの部分からなっており、Action potentialとシナプスを介した後のEPSPが主成分と思われる事が明らかとなった。本年度の検討は新生マウスの脳幹スライスをもちいて、NMDA受容体アンタゴニストであるAPV及びnon-NMDA受容体アンタゴニストであるCNQを付加する事により蝸牛神経核における膜電位変化を光学的に捉え検討した。まずVCNにおいてはAPVによりslow signalがほぼ抑制され、なおかつfast signalも一部抑制を受けたが、CNQXではほとんど効果を認めなかった。一方DCNにおける反応は非常に複雑であった。全体的にAPV、CNQXの両者共に効果を認め反応の抑制が認められたが、部分的にAPVの効果が優位である場所とCNQXの効果が優位である場所を認め、部位により反応性に差を認めた。これらの結果より、VCNでは神経伝達がNMDA受容体を介している割合が非常に高く、non-NMDA受容体の関与が非常に少ないと思われた。DCNでは平均すると8割がNMDA受容体、2割がnon-NMDA受容体となるのだが、部位によりその比率に大きな差があり、様々な比率を持った部位が混在していることがわかった。さらにNMDA受容体の比率が核の表層ではその占める割合が少ないが、深層へ行くにつれてその割合が上がっていくことがわかった。表層のNMDA受容体が優位となっている部位はまだ神経連絡の再構築や修飾を必要としている部位なのではないかと考えられた。またこれらのnon-NMDA受容体とNMDA受容体の配列はDCNにおけるtonotopyと類似しており、音情報の神経伝達そのものや生直後の核内での神経連絡を成熟過程で再構築したり修飾したりするのに関係しているのではないかと考えられた。本研究の最終的な目的は、NMDA受容体サブユニットのε1、ε4を人為的に欠失させたミュータント・マウスを用いて、脳幹レベルでの神経伝達を膜電位感受性色素を用いた光学的手法によって検討することによりNMDA受容体サブユニットのε1、ε4の聴覚系における役割および、聴覚伝導路における受容体サブユニットの関与を明らかにすることにある。本年度はニワトリ胚および新生児マウスの脳幹スライスを用いて聴覚伝導路の光学的計測を行った。神野らの方法に準じて、氷冷下に脳幹スライスを作成し、33度の人工脳脊髄液下で膜電位感受性色素NK-3041を付加した。微小電極で第8脳神経を穿刺することで前庭蝸牛の同時刺激を行った。測定装置には浜松ホトニクス社製ARGUS50/PDAを用いた。第8脳神経への電気刺激に応じて蝸牛神経核、前庭神経核の領域から脱分極に伴う光学的シグナルをとらえることができた。時間的空間的な興奮の伝播の様子を可視化することに成功した。さらにこれらのシグナルは節前線維のAPと思われる成分とシナプスを介した後のEPSPと思われる成分からなることがわかった。現在これらのシグナルの薬理学的検討を行っている段階である。
新エネルギー時代に対応した直流型分散エネルギーシステムの研究

現在地球温暖化が進んでいる。太陽電池や燃料電池あるいは風力発電装置からエネルギーが供給されており、いずれにせよ直流で発電されている。家庭電器で使われている機器は直流電源が使用されており、直流で発電されたものが交流になり、それをもう一度直流に変換して使用されるのは極めて効率が低くなり、結果的には炭酸ガス増加に繋がり、地球温暖化に繋がる。エジソンは電力送電技術として直流電圧を採用したが、当時の直流は電圧も使用電圧で負荷が増加すると抵抗のため電力送電が増加し、使用できなかった。しかし、現在は超伝導材料も出来たのでこのようなことは防ぐことができる。また、半導体技術が進歩してくると、電圧変換も直流で可能になった。さらに半導体もシリコンではなくSiCなどになるとどんどん電圧も増加し、損失も少なくなってきた。従ってSiCなどの素子も開発しなければならない。また材料進歩も進み、鉄心材料も高周波かされ、小さい体積で損失も少なくなってきた。このように総合的に考えると直流で送電することが大変活発化することが考えられ、少なくとも配電電圧では直流が将来使用されるようになる。現在唯一の障害は蓄電器にあると考えられ,電気二重層コンデンサなどの開発が進めば、世界各地で直流配電が活用されると考えられる。著者らはこのような観点から各種開発を行うことは、まず第一に多種多様の開発が進み、なおかつ直流配電技術が実用化されれば地球温暖化防止に役立つ。電気製品は現在の家庭生活では欠かせないし、地球温暖化を防ぐには原子力発電と再生可能エネルギーに頼らざるを得ない現状を考えると大いに研究を行うべきと考える。
磁気共鳴画像法による生体脳内免疫細胞動態追跡法の開発

小動物用超高磁場11.7テスラ磁気共鳴画像(MRI)装置を用いて、MRI用の造影剤である磁性酸化鉄ナノ粒子に標識されたマウス生体内の単球・マクロファージの動態を1細胞レベルで経時的に追跡する方法を確立した。超高磁場MRI装置の利用だけでなく、撮像対象であるマウス脳に最適化したプローブコイルの開発や撮像パラメータの改良、使用する磁性粒子の最適化によって、格段に高い時空間分解能を実現し、従来困難とされた1細胞レベルの細胞分布を生体マウス脳内で経時的に追跡することが可能であった。また、病態発生時だけでなく、正常時においても、末梢組織マクロファージが脳内へ浸潤することを視覚的に描出することに成功した。超高磁場11.7T磁気共鳴画像(MRI)装置を用いて、磁性粒子に標識されたマウス生体内の単球・マクロファージの動態を経時的に追跡する方法を確立した。超高磁場MRI装置の利用だけでなく、撮像対象である脳に最適化したプローブコイルの開発や撮像パラメータの改良、使用する磁性粒子の最適化によって、従来に比べ、格段に高い空間分解能を実現し、1細胞レベルの分布を生体マウス脳内で経時的に追跡することが可能であった。正常時および全身炎症時の末梢組織マクロファージの脳内への浸潤の時間的、量的な違いを観察することに成功した。病態発生時だけでなく、正常時においても、脳以外に存在する免疫細胞が脳内に浸潤することを視覚的に描出し、細胞の出入りを非侵襲で経時的に追跡した報告は過去になく、超高磁場MRIと我々の技術改良によって初めて観察したものであり、意義深い研究である。また、同方法を実験的脳虚血モデル動物に適応することにより、虚血障害部位に集積するマクロファージの時間的推移を追跡することが可能であった。超高磁場MRIと磁気粒子を利用した本法を他の病態モデル動物などに応用することで、病態進行や遅延に対する免疫細胞の関与をより詳細に解明することに繋がり、神経と免疫系のクロストークを視覚的に評価する新たな免疫細胞動態評価法となることが期待される。研究代表者は、超高磁場11.7 T磁気共鳴画像(MRI)装置を用いた生体脳内正常時及び病態形成時の免疫細胞動態の視覚化、評価法の開発を目的とし、研究を進めてきた。この方法により、生体に侵襲を加えることなく、脳内の免疫細胞動態を捉えられ、正常時及び神経免疫疾患における免疫細胞の活動と役割を明らかにすることが期待できる。そのためには、細胞レベルの検出感度が必要で、今年度は研究実施計画に即し、空間・時間分解能向上のためのMRI撮像技術の改良と開発を主に行った。第一に、マウス脳撮像に最適化したプローブコイルの開発および撮像パラメータの最適化を行った。プローブコイルはその直径が小さいほど、測定感度が向上する。そのため、生体マウスの頭部にフィットする内径15mmのボリュームコイルを作成した。同時に11.7 T MRIにおける生体脳のイメージングに最適なパラメータの調整を行い、これらにより、10分程度の撮像時間で数十ミクロンレベルの空間分解能を実現することに成功した。第二に、正常および病態モデル脳における免疫細胞の分布を造影剤を用い観察した。免疫細胞動態追跡のための造影剤として、磁性粒子を用い、最適な投与条件を検討した。正常マウスおよびリポ多糖(LPS)の腹腔内投与により炎症を誘導された病態マウス静脈内に最適化した磁性粒子を投与することで、免疫細胞の分布を詳細に捉えられる可能性があることが分かった。本研究結果は、第40回日本磁気共鳴医学会、20th Annual meeting of International Society of Magnetic Resonance in Medicine、8th International Forum on Multimedia and Image Processingにて発表した。また、上記研究結果は、現在論文投稿準備中である。当初の計画では、平成24年度では、マウス脳内の免疫細胞動態観察に耐え得る空間・時間分解能向上のための技術改良と、造影剤の最適化を行い、新しい免疫細胞動態評価法開発の基礎づくりを計画した。現状、おおむね当初の計画通り進んでおり、次年度における正常および病態モデルマウス脳における免疫細胞の関与とその機序の解明を目的とした研究を行う基礎が出来上がったものと考える。当初の計画通り、今年度の研究結果を踏まえ、正常および病態モデルマウス脳における免疫細胞の関与とその機序の解明を図るため、虚血モデルマウスなど各種病態モデル動物を用い、免疫細胞の分布および活動性の違いをMRIを用いて捉える。研究成果は学会発表および論文発表により、社会に広く情報発信する。

当該年度のプローブコイル開発の計画において、中国に在籍する研究者の協力を仰ぐ予定を立てていたが、日本国内で対応することが可能となり、そのための外国旅費が発生しなかった。当該研究費は次年度における研究をより詳細に行うためのモデルマウス購入、および成果発表のための費用として使用する予定である。
磁性超薄膜における軌道磁気モーメントの電界依存性

本研究の目的は、(1)強磁性共鳴法(FMR)を用いた強磁性金属超薄膜の軌道磁気モーメントの評価方法の確立と、(2)軌道磁気モーメントの異方性が電界の印加によって受ける影響の解明の2つである。本年度は、前年度の条件出しを基に、Pt/Fe/Pt/MgO及びPt/Co/Mg/MgO薄膜試料を作製し、ゲート電圧を印加した状態でFMR測定を行った。Pt/Fe試料において得られたFMRスペクトルから、正(負)電圧の印加時に、軌道磁気モーメントを反映するg因子の異方性及び、面直方向の異方性磁場Hkが共に増大(減少)していることが分かった。これらの傾向は理論予想や放射光を用いた先行研究と一致しており、軌道磁気モーメントの異方性の変化が垂直磁気異方性の電界変調の起源であることを示している。実際に、g因子の変化から同磁気モーメントの変化を見積もると、Fe層の界面に電荷が蓄積される方向に0.27 V/nmの電界を印加した際に、膜面直方向と面内方向の軌道磁気モーメントがそれぞれ4.0 %増大、2.3 %減少し、同時に垂直磁気異方性が11.2 μJ/m2増大していることが分かった。次に、Pt/Co試料においては、Pt/Fe試料と反対の傾向が得られた。すなわち、Co層の界面に電荷が蓄積される方向に電界を印加した際に、g因子の異方性とHkは共に減少した。これはPt/Fe試料と同様に、軌道磁気モーメントの異方性の変化が垂直磁気異方性の電界変調を誘起している一方で、本系においては、垂直磁気異方性の電界変調方向が強磁性体の種類に依存することを意味している。以上の結果は、強磁性共鳴法が軌道磁気モーメントの評価に有用であることを示し、また、磁性への電界効果の学術的理解を深めるものである。今後、合金化やヘテロ構造化を利用した、変調方向も含めた垂直磁気異方性の電界制御のさらなる発展が期待される。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。ナノスケールの薄膜同士を組み合わせることで接合界面における電子状態を変化させ、特異な物性を見出す研究が盛んに行われている。例えば、「強磁性金属/絶縁体/ゲート電極」構造を用いて電界を印加し、強磁性金属界面の電子密度を変調することで、磁性を制御可能であることが近年報告されている。この電界を利用した磁性の制御は、基礎物理的な興味に加え、磁気メモリの低消費電力化といった応用面からも大きな注目を集めている。磁気メモリにおいて、垂直磁気異方性(PMA)は熱安定性や情報書き込みの観点から重要なパラメータの一つである。理論的には、界面での局在電子の軌道磁気モーメントの異方性(垂直方向と面内方向の差分)と、スピン軌道相互作用が、磁性多層膜におけるPMAの起源であると予想されている。申請者はこれまでの研究において、強磁性共鳴(FMR)法を用いることにより、強磁性金属超薄膜の軌道磁気モーメントの評価が可能であることを示した。そこで本研究課題では、(1)新規開拓した手法の確立と、(2)軌道磁気モーメントの異方性が電界の印加によって受ける影響の解明に取り組んでいる。本年度は、初めにPt/Co/MgO薄膜試料に電界を印加した状態でFMR測定を行い、電界の符号によって共鳴スペクトルが変化することを確認した。次に、共鳴周波数と共鳴磁場の関係から、軌道磁気モーメントを反映するg因子と、PMAを示す異方性磁場を見積もった。ここから、界面における軌道磁気モーメントの異方性とPMAが、共にCoの電子密度が増大(減少)する方向の電界を印加した際に増加(減少)していることを明らかにした。本結果は、電界による磁気異方性変調の起源が軌道磁気モーメントの変化にあることを示唆しており、磁性への電界効果の学術的理解を深めるものである。本研究課題の目的は、(1)新規開拓した手法の確立と、(2)軌道磁気モーメントの異方性が電界の印加によって受ける影響の解明の二つから成る。本年度は、電界を印加した状態で強磁性共鳴(FMR)測定を行い、界面における軌道磁気モーメントの異方性と垂直磁気異方性が共に電界変調されることを明らかにし、(2)の目的を概ね達成した。次年度は、SPring-8にて測定原理の異なるX線磁気円二色性法を用いて軌道磁気モーメントを求め、FMR法と比較することにより(1)の達成を図る。さらに、(2)の系統的な理解を得るため、SPring-8での実験と並行して、強磁性層や下地層の異なる試料に対して本年度と同様の測定を行う。これらにより、本研究課題の達成が見込まれる。本研究の目的は、磁性超薄膜における軌道磁気モーメントの異方性を定量的かつ簡便に測定する手法を確立することである。さらに、同手法を用いて、電界の印加による軌道磁気モーメントの異方性の変化を調査することで、電界による磁気異方性変調との関係を明らかにする。申請者はこれまでの研究において、Pt/Co/MgO薄膜試料に電界を印加した状態で強磁性共鳴(FMR)測定を行い、界面における軌道磁気モーメントの異方性と垂直磁気異方性が共に電界変調されることを明らかにした。

これまでの電界効果に関する実験は、共同研究者に試料を提供して頂き進めてきた。本年度は、本研究室に新しく導入された成膜装置による試料作製を行った。来年度は、本年度に最適化した条件を用いつつ、強磁性層や下地層の元素及びその膜厚を変化させた試料を作製することで、電界効果の系統的な実験を行う予定である。さらに本年度は、ペロブスカイト酸化物SrRuO3(SRO)を用いた新たな電界効果に取り組んだ。SROは遍歴強磁性体であり、バンド構造に起因した、仮想的な磁場(ベリー曲率)が異常ホール効果に影響していると考えられている。この内因的な異常ホール伝導には、フェルミ準位近傍のベリー曲率が主に寄与しているため、電界の印加による電子密度の変化によって大きく変調することが予想される。申請者は、SRO薄膜に電界を印加した状態でホール測定を行い、ある温度において、ホール抵抗の符号が電界の正負によって反転されることを見出した。本結果は、SROの異常ホール効果に内因性が寄与している事を示唆しており、磁性の電界効果に新たな知見を与えるものである。本研究課題の目的は、(1)新規開拓した手法の確立と、(2)軌道磁気モーメントの異方性が電界の印加によって受ける影響の解明の二つから成る。本年度は、これまで共同研究者に提供して頂いた電界効果用の試料を、本研究室に新しく導入されたスパッタリング成膜装置にて作製することを試みた。成膜レートや膜厚の条件出しを行い、作製したPt/Co/MgO試料の垂直磁気異方性が電界によって変調されることを確認した。これにより次年度は、多数の対照試料を用いて、目的(2)に関する系統的な実験を加速的に進めることが見込まれる。また本年度は、遍歴強磁性体であるペロブスカイト酸化物SrRuO3(SRO)における、異常ホール効果の電界変調実験を行った。異常ホール効果の起源の一つとして、バンド構造に起因した仮想的な磁場(ベリー曲率)が知られており、内因性の異常ホール伝導率は電子の占有状態におけるベリー曲率を積分した値に比例する。本系においては、温度に対して異常ホール効果の符号が変化するなど、ベリー曲率が重要な役割を果たすと考えられている。申請者は、SRO薄膜に電界を印加した状態でホール測定を行い、異常ホール抵抗率の符号が反転する温度126.4 Kにおいて、電界の印加によって符号が反転することを初めて観測した。温度の上昇と共にSRO層の磁化は単調に減少することを考慮すると、観測された異常ホール抵抗率の電界変調方向は磁化の変化方向と一致せず、化学ポテンシャルの変化に伴って、占有状態におけるベリー曲率の積分値が変化したためであると考えられる。本研究の目的は、(1)強磁性共鳴法(FMR)を用いた強磁性金属超薄膜の軌道磁気モーメントの評価方法の確立と、(2)軌道磁気モーメントの異方性が電界の印加によって受ける影響の解明の2つである。本年度は、前年度の条件出しを基に、Pt/Fe/Pt/MgO及びPt/Co/Mg/MgO薄膜試料を作製し、ゲート電圧を印加した状態でFMR測定を行った。Pt/Fe試料において得られたFMRスペクトルから、正(負)電圧の印加時に、軌道磁気モーメントを反映するg因子の異方性及び、面直方向の異方性磁場Hkが共に増大(減少)していることが分かった。これらの傾向は理論予想や放射光を用いた先行研究と一致しており、軌道磁気モーメントの異方性の変化が垂直磁気異方性の電界変調の起源であることを示している。