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歯の移動時における末梢循環性間葉系幹細胞の歯根膜組織内への遊走能の解析

今後の研究の展開として、歯肉組織や皮膚組織との遊走能の比較、CXCL12の発現と細胞遊走能との関係性の考察、矯正装置を使用した際の歯根膜領域において間葉系幹細胞の遊走能の評価を行う予定である。当初の計画では矯正学的歯の移動を行ったのちに凍結切片を作成し圧迫測および牽引側領域の歯根表面について遊走能を評価する予定であったが、間葉系幹細胞の尾静脈投与後マウスの致死率が高くまた歯根の破損を避けて摘出を行う手技、矯正装置による適切な矯正力の適用が非常に困難であった。そのため実験動物をラットへの変更を検討し、ラットへの装置の適用および矯正力の負荷については再現可能であることを確認した。現在はラット間葉系幹細胞の特性の評価及び並行して動物実験を並行して行っている。歯根膜は一般に皮膚などの結合組織と比較して代謝回転が速い(Rapid turnover)組織として知られている。平成29年度では、歯根膜線維芽細胞に特異的に発現しているCXCL12の歯根膜組織における間葉系幹細胞の遊走能を明らかにすることを目的に、GFP陽性マウス間葉系幹細胞の尾静脈投与による遊走能の評価を行った。なお本研究に使用した間葉系幹細胞については、血管内移植前に表面抗原マーカーの発現、細胞付着性、多分化能の検討を行った。5週齢ICR系マウスの尾静脈に間葉系幹細胞を尾静脈から投与し凍結切片を作製し、レポーター遺伝子であるGFPの局在から恒常的に循環性間葉系幹細胞の遊走を認めた。投与後3日目の歯根膜組織内においてGFP陽性間葉系幹細胞の遊走が多く認められた。これらの実験の結果から、歯根膜線維芽細胞の早い代謝特性に間葉系幹細胞が寄与していることが考えられる。研究代表者は、以前の研究結果より歯根膜線維芽細胞と皮膚線維芽細胞との遺伝子の網羅的解析から、歯根膜線維芽細胞が間葉系幹細胞の遊走因子であるCXCL12を高発現しており、そのCXCL12が共培養細胞培養実験において間葉系幹細胞を有意に高く遊走することを明らかにした。本研究における歯根膜組織への間葉系幹細胞の遊走についてCXCL12が寄与している可能性が考えられる。今後の研究の展開として、歯肉組織や皮膚組織との遊走能の比較、CXCL12の発現と細胞遊走能との関係性の考察、矯正装置を使用した際の歯根膜領域において間葉系幹細胞の遊走能の評価を行った。当初の実験計画における実験動物をラットに変更するため、それに伴い間葉系幹細胞をラット骨髄由来GFP陽性間葉系幹細胞の特性を評価している。また、歯根の摘出手技については当施設で手技が確立しているため細胞の評価が得られ次第当初の予定通り研究を推進する予定である。今後も同様に研究を速やかにすすめ、成果の発表を行う予定である。当該年度では研究の変更が余儀なくされたことでその研究計画の大幅な見直しが必要となった。また予備実験に使用した器材や試薬については研究代表者の所属する施設の備品を使用していたため新たに物品を購入するに至らなかった。(理由)当該年度では研究の変更が余儀なくされたことでその研究計画の大幅な見直しが必要となった。
植物のダイサーの酵素活性と機能分化

モデル植物シロイヌナズナの4種類の2本鎖RNA切断酵素ダイサー(DCL1DCL4)の酵素活性および機能分化について解析した。DCL3は5'末端にアデニンもしくはウラシルを含み3'末端に1ないし2塩基の突出を有する短い2本鎖RNAを好んで切断すること、一方DCL4は長い平滑末端を有する2本鎖RNAを好んで切断することが判明した。また、DCL3とDCL4では、至適塩濃度、ATPの要求性などの酵素反応条件が異なることを明らかにした。この結果から、植物は酵素活性や基質特異性の異なるダイサーを用いることで、サイズと機能の異なるsiRNAを生合成し、異なる生体反応に対応・適応していることが示唆された。植物には、4種類の2本鎖RNA切断酵素・ダイサーが存在し、遺伝子発現制御、トランスポゾンの転移抑制、ウイルス感染防御など多くの重要な生体反応に関わっている。本研究では、4種類のダイサーの中で、RNA依存DNAメチル化を担いトランスポゾンの転移抑制に関与するDCL3と、RNA干渉を担いウイルス感染防御に関与するDCL4の酵素活性(小分子RNA生成機構)を解析し、ダイサーの機能分化を明らかにすることを目的とした。モデル植物シロイヌナズナの芽生え由来の粗抽出液を酵素画分、種々の長さの2本鎖RNAを基質とした生化学的解析により、DCL3とDCL4がそれぞれ24および21塩基の小分子RNAを生成することを確認し、2種類のダイサーの活性を簡便に検出する実験系を開発した。さらに、DCL3は30-50塩基の短い2本鎖RNAを好んで切断するが、DCL4は50塩基以上の長い2本鎖RNAを好んで切断すること、至適塩濃度、至適Mgイオン濃度、ATP要求性など、DCL3とDCL4の酵素化学的性質が異なることを明らかにした。このように、生体内で機能が異なる2種類のダイサー(DCL3とDCL4)は、基質の認識機構などの生化学的特性が異なることで機能分化していることが示唆された。また、シロイヌナズナに栄養欠乏ストレスを処理し、DCL3およびDCL4の活性を測定したところ、DCL3活性は比較的安定に維持される一方、DCL4活性はイオウや窒素の欠乏で低下し、リンの欠乏で増強されるという結果が得られた。すなわち、栄養欠乏などのストレスに応答する機構にダイサー(RNA干渉機構)が関与することが示唆された。植物には、4種類のダイサーが存在し、遺伝子発現制御、エピジェネティック制御、ウイルス感染防御など多くの重要な生体反応に関わっている。本研究では、4種類のダイサーの中でもRNA依存DNAメチル化(RdDM)に関与するDCL3とmRNAの切断(RNA干渉)に関与するDCL4の酵素活性および小分子RNAの生成機構を解析し、ダイサーの機能分化を明らかにすることを目的とした。モデル植物シロイヌナズナの芽生え由来の粗抽出液を酵素画分、30, 37, 50, 500塩基対の2本鎖RNAを基質として反応をおこない解析したところ、24塩基および21塩基の小分子RNAの生成を確認した。DCL3変異体およびDCL4変異体由来の粗抽出液を用いた解析から、DCL3およびDCL4がそれぞれ24塩基および21塩基の小分子RNAを生成したことを確認した。このように、植物の生体防御に中心的な役割を果たすと考えられる2種類のダイサー(DCL3, DCL4)の活性を簡便に検出することに成功した。また、DCL3は30-50塩基の短い2本鎖RNAを好んで切断するが、DCL4は50塩基以上の長い2本鎖RNAを好んで切断することがわかった。さらに、種々の反応条件で、ダイサー活性を測定したところ、ダイサー活性には、ATPやMgイオンが必要であることなど、ヒトやショウジョウバエのダイサーで知られている特性と同じであった。一方、種々の塩(NaCl)濃度でダイサー活性を測定したところ、DCL3は約150 mMの塩濃度に至適塩濃度があるのに対し、DCL4では塩により活性が阻害されることがわかった。このように、生体内で機能が異なる2種類のダイサー(DCL3とDCL4)は、基質の認識機構や至適塩濃度などが異なることで機能分化していることが示唆された。植物には、4種類の2本鎖RNA切断酵素・ダイサーが存在し、遺伝子発現制御、トランスポゾンの転移抑制、ウイルス感染防御など多くの重要な生体反応を担っている。本研究では、4種類のダイサーの中で、DNAメチル化を担いトランスポゾンの転移抑制に関与するDCL3と、RNA干渉を担いウイルス感染防御に関与するDCL4の酵素活性を解析し、ダイサーの機能分化を明らかにすることを目的とした。

平成2425年度の研究により、シロイヌナズナ芽生え由来の粗抽出液を酵素画分とし、32Pで末端標識した50塩基の2本鎖RNAを基質に用いることで、簡便に2種類のダイサー(DCL3とDCL4)の活性を同時に検出する実験系を確立した。平成26年度は、本実験の特徴を生かし、種々の栄養欠乏ストレスを処理したシロイヌナズナを用いて2種類のダイサー活性を解析した。この実験系により、イオウ欠乏ではDCL4の活性が低下すること、DCL4の活性が生体内の酸化還元で制御されていること、リン酸欠乏ではDCL3の活性が低下し、DCL3は、生体内のリン酸濃度により調節を受けていることが示された。これらの実験結果から栄養欠乏ストレスがダイサーの活性調節を通してDNAメチル化とRNA干渉に影響を及ぼすことが示唆された。また、種々の2本鎖RNAをプロトプラスト(裸の細胞)に導入し、その後のDCL4による切断産物(siRNA)と誘導されるRNA干渉反応を解析した。その結果、導入する2本鎖RNAが長い方が効率よくRNA干渉を誘導すること、21塩基対の2本鎖RNA (siRNA)を導入する場合は、5'末端塩基の種類によりRNA干渉誘導効率が異なることなどが明らかとなった。このようにダイサーの機能分化と活性調節の機構の一端を明らかにすることができた。植物細胞分子生物学平成24年度は、32Pで末端標識した50塩基程度の比較的短い2本鎖RNAを基質に用い、シロイヌナズナの粗抽出液を酵素画分として酵素反応を行うことで、簡便かつ高感度に、2種類のダイサー(DCL3とDCL4)の活性を同時に検出する技術を開発した。その結果、基質の認識機構(基質の長さ)、至適塩濃度、ATP要求性などの点で、DCL3とDCL4の酵素化学的性質が異なることで機能分化していることが示唆された。平成25年度には、この研究成果を論文として纏め、核酸科学分野で最も国際的に評価の高いNucleic Acids Research誌(IF: 8.278)に投稿し受理された(Nagano et al., 2014)。このように2種類のダイサーの生体内での機能分化、すなわちRNA依存DNAメチル化とRNA干渉が、2種類のダイサーの基質認識機構の違いが原因であることを示唆する興味深い結果が得られたことは予想以上の大きな進展である。さらに平成25年度は、本研究手法の特徴、すなわち、植物組織を用いて2種類のダイサーの活性を簡便かつ高感度に検出できる点を生かして、種々のストレスを処理したシロイヌナズナを用いて2種類のダイサーの活性を検出した。この実験系では、種々のストレスがDCL3とDCL4の活性に及ぼす影響を調べることで、ストレスがRNA依存DNAメチル化とRNA干渉に及ぼす影響を解析することが期待される。この実験系により、イオウ、リン、窒素などの栄養欠乏ストレスがDCL4活性に影響を及ぼすと同時に、RNA干渉にも影響を及ぼすことが示唆された(2014年3月、日本植物生理学会)。当初は、生体内で24塩基のsmall interfering RNA (siRNA)の生成を担い、RNA依存DNAメチル化(RdDM)に関与するDCL3の活性を詳細に検討することが容易ではないと予想したが、短い2本鎖RNAを基質に用いることでDCL3の活性を簡便かつ高感度で検出し、生化学的に詳細に解析することが可能となった。その結果、既に活性を検出していたDCL4の活性とDCL3の活性を生化学的に比較解析することができた。
ヒトのミトコンドリアおよび核DNAの多型解析

人類集団の遺伝学的研究は、これまで主に血液成分中の蛋白質を指標として行われてきたが、近年の核酸研究の急速な発展に伴いDNAレベルでの解析が可能になった。我々は既に24種類の制限酵素を用いて日本人約260検体のミトコンドリアDNA(mtDNA)を分析し、蛋白レベルの研究では予想されなかった日本人集団内の遺伝的多様性を明らかにし、系統解析によって日本人集団は明らかに異なった2つのクラスターより成り立つことを明らかにしてきた。本研究では、日本国内3地域(静岡、沖縄、青森)において収集した各々60検体の胎盤より、核DNAを精製した。さらに、各人種(白人、アフリカ黒人、アジア人、パブアニューギニア人)約30検体の胎盤より精製した核DNAを各種制限酵素で切断後、種々の染色体由来のDNAをプローブとして、サザンハイブリダイゼーション法によるRFLPを分析した。調べた各種プローブのうちpHs-49(c-H-ras)およびpAW101(D14S1)では、各人種によって特徴的な対立遺伝子に支配される切断型が検出された。これらのプローブを用いて上記の3地域より得た日本人180検体のDNAのRFLP分析を行った。このうちpHs-49での分析では特に多型性が著しく、TaqIでの反応では静岡で7種類、沖縄で8種類、青森で5種類の切断型が観察され、これらは5種類の対立遺伝子(断片サイズ:3.85kb、3.7kb、2.7kb、2.6kb、2.3kb)によって支配される多型現象と考えられる。またそれぞれの遺伝子頻度は日本の地理的に離れた3地域において、かなり類似していることが明らかとなり、ミトコンドリアDNA多型分析で得られた所見とは、様相を異にすることが示唆された。
遺伝子ターゲッティング法を用いた電離放射線高感受性修復欠損マウス系統の樹立

本研究は、Kup70及びKup80遺伝子に変異を導入したES細胞を用いて、Ku遺伝子欠損マウス系統、すなわち電離放射線感受性修復欠損マウス系統を樹立することを目的に研究を進めている。今年度までに、実験モデルマウス作製のための基礎情報を得るための実験を行った。最初に公表されているマウスKup70及びKup80の塩基配列をもとにプライマーを設計し、マウス神経芽細胞腫由来のcDNAライブラリーよりPCR法によって両遺伝子のcDNAを得た。次いでマウスでのKup70及びKup80のmRNAのサイズ及び発現様式を知るために、脳、心臓、肺、腎臓を含む7種類の組織で、それらをプローブとしてノーザンブロット法により調べた。その結果、両遺伝子は調べたすべての組織で発現していることが明らかになった。Kup70は2.4kbの転写物を、Kup80は2.6kbの転写物を発現していた。また、脳ではKup80の2.9kbの転写物も検出された。ところで計画している変異マウス作製法では、ES細胞での相同組み換えの効率が重要であるが、そのためには両遺伝子に高い相同性をもつ塩基配列や偽遺伝子の存在の有無を実験を始める前に知る必要がある。これらの理由からFISH法と遺伝的連鎖マッピング法を用いて、マウスゲノムにおけるKup70及びKup80遺伝子座領域の同定を行った。その結果、Kup70は、マウス15番染色体E領域のマイクロサテライトマーカーD15Mit1より0.7cMテロメア-側に、Kup80は、マウス1番染色体C4領域のD1Mit46より0.7cMセントロメア-側に存在することが判明した。さらに、後者には、偽遺伝子が存在することが明らかになった。これらの情報は、今後の変異マウス作成において重要な知見となる。現在、マウス129系統由来のES(D3)細胞のゲノミックDNAライブラリーより両遺伝子のゲノム断片のクローニングを行い、それぞれの遺伝子について異なったエクソンにneo遺伝子を挿入したターゲッティングベクターを作製するなど、研究は着実に進行している。
伏見院御集(広沢切)の集成と研究

これまでの伏見院御集(広沢切)における本文研究は主として巻子本が中心で、『私家集大成』にしろ『新編国歌大観』にしろ、翻刻されているものはすべてまとまった形で伝えられている巻子本本文のみであった。断簡として伝えられているものの集成は、太平洋戦争の最中である昭和18年刊、国民精神文化研究所編『伏見天皇御製集』までさかのぼらなければならない。ところが最近の古筆研究はめざましく、小松茂美氏の『古筆学大成』に収録されているものだけでもかなりの数にのぼるが、今回の収集によって広沢切は総計一六六葉、六〇〇首を超える断簡が知られることとなった。それらをすべて翻刻し、検索に便ならしめるためパソコンに取り入れ、デジタル化を行っているが、その結果わかったことは、従来すべてが伏見院の自筆とされ、まったく疑われてこなかった広沢切が、実は子息の後伏見院の詠や、同時代の西園寺実兼の詠もその中に混じっていることが判明したことである。筆跡も三者ともに非常によく似ていて、専門家でも判断がつかないほどである。それらの問題についてはすでに前年度の「自筆資料と筆跡の認定-広沢切を中心に-」(雑誌「言語文化」第4号)において述べたが、今年度はより広汎に『古筆と和歌』において古筆資料と和歌文学研究の関係について論じた。伏見院の作品だけの問題ではない。当時の和歌の中心であるいわゆる京極派和歌研究のためにも、出来るだけ多くの、正確な、資料提供は必要である。これまで知られていた巻子本本文をベースに、その後見いだされた巻子本や断簡類のすべてを投入し、問題点をも注記して、伏見院御集の現段階における全集出版を、出来れば平成20年度中に、遅くても21年度中には出版することを目指している。出版社は笠間書院に決定している。ところが最近の古筆研究はめざましく、小松茂美氏の『古筆学大成』に収録されているものだけでもかなりの数にのぼるが、今回の収集によって広沢切は総計一六〇葉、六〇〇首を超える断簡が知られることとなった。それらをすべて翻刻し、検索に便ならしめるためパソコンに取り入れ、デジタル化を行っているが、その結果わかったことは、従来すべてが伏見院の自筆とされ、まったく疑われてこなかった広沢切が、実は子の後伏見院の詠や、同時代の西園寺実兼の詠もその中に混じっていることが判明したことである。それらの問題については雑誌「言語文化」第4号に「自筆資料と筆跡の認定-広沢切を中心に-」として記したが、当時の和歌の中心であるいわゆる京極派和歌研究のためにも、出来るだけ多くの、正確な、資料提供が必要であると考える。これまで提供されてきた巻子本本文をベースに、その後見いだされた巻子本や断簡類をすべて投入し、問題点をも注記して、伏見院御集の現段階における全集出版を次の課題にしたい。

これまでの伏見院御集(広沢切)における本文研究は主として巻子本が中心で、『私家集大成』にしろ『新編国歌大観』にしろ、翻刻されているものはすべてまとまった形で伝えられている巻子本本文のみであった。断簡として伝えられているものの集成は、太平洋戦争の最中である昭和18年刊、国民精神文化研究所編『伏見天皇御製集』までさかのぼらなければならない。ところが最近の古筆研究はめざましく、小松茂美氏の『古筆学大成』に収録されているものだけでもかなりの数にのぼるが、今回の収集によって広沢切は総計一六六葉、六〇〇首を超える断簡が知られることとなった。それらをすべて翻刻し、検索に便ならしめるためパソコンに取り入れ、デジタル化を行っているが、その結果わかったことは、従来すべてが伏見院の自筆とされ、まったく疑われてこなかった広沢切が、実は子息の後伏見院の詠や、同時代の西園寺実兼の詠もその中に混じっていることが判明したことである。筆跡も三者ともに非常によく似ていて、専門家でも判断がつかないほどである。それらの問題についてはすでに前年度の「自筆資料と筆跡の認定-広沢切を中心に-」(雑誌「言語文化」第4号)において述べたが、今年度はより広汎に『古筆と和歌』において古筆資料と和歌文学研究の関係について論じた。伏見院の作品だけの問題ではない。当時の和歌の中心であるいわゆる京極派和歌研究のためにも、出来るだけ多くの、正確な、資料提供は必要である。これまで知られていた巻子本本文をベースに、その後見いだされた巻子本や断簡類のすべてを投入し、問題点をも注記して、伏見院御集の現段階における全集出版を、出来れば平成20年度中に、遅くても21年度中には出版することを目指している。出版社は笠間書院に決定している。
SMESによる負荷平準化の制御法に関する研究

超伝導エネルギー貯蔵装置(SMES)による負荷平準化に関して、その制御方法を提案し計算機によるシミュレーション、ならびに実験による検証を行った。負荷変動分にすべて対応する制御方式ではSMESとして大容量になり経済性が損なわれる。従って、より少容量でのSMESで平準化の効果を上げるために次のような制御方式を提案した。○系統に大きな影響を与えないような小さな負荷変動に対しては負荷平準化の制御を行なわないようにする。この領域を無制御幅として設ける。○無制御幅は負荷基準値を中心に設ける。○負荷基準値は負荷変動の積分要素を加え負荷変動の動きに追随させる。○コイル電流の基準値は負荷変動の変化状況により変化させる。○無制御幅内にある負荷状態ではSMES電流値を基準値に近づけるあるいは保持する。○SMESの電流値と負荷変動量に応じて制御量を変化させ、SMESエネルギーの不足や飽和をさけながら、大きな負荷変動に対して強い制御を行なう。以上のような制御方法をシミュレーションならびに実験により検討した結果、単純に負荷変動に対応する制御ではSMESエネルギーの不足や飽和から平準化動作ができない状況が生じるのに対して、今回の制御では平準化動作を放棄せずに制御を行うことができた。また、SMES電流値を基準値に近づけるあるいは保つことで、より大きな負荷変動に対応できることが示され、制御方式の有効性が確認された。SMESによる負荷平準化の制御法についてシミュレーションにより検討した。従って、より小容量でのSMESで効果を上げるために次のような制御方式を提案した。○無制御幅内にある負荷状態では、SMES電流値を基準値に近づけるあるいは保持する制御を行なう。以上のような今回の制御方式をシミュレーションにより検討した結果、単純に負荷変動に対応する制御ではSMESエネルギーの不足や飽和から平準化動作ができない状況が生じるのに対して、今回の制御では平準化動作を放棄せずに制御を行うことができた。また、SMES電流値を基準値に近づけるあるいは保つことで、より大きな負荷変動に対応できることが示された。また、実験装置として負荷変動パターンを再現できる負荷変動装置を製作した。超伝導エネルギー貯蔵装置(SMES)による負荷平準化に関して、その制御方法を提案し計算機によるシミュレーションを平成10年度に実施した。これを受けて、制御法の有効性を確認するために、平成11年度は実験による検証を行った。従って、より小容量でのSMESで平準化の効果を上げるために次のような制御を方針とした。以上のような制御方式に、これと比較のための単純に負荷変動量に比例した制御を行う方式などを加えて、4つの方式の平準化実験を行った。

単純に負荷変動に対応する制御ではSMESエネルギーの不足や飽和から平準化動作ができない状況が生じるのに対して、提案した制御では平準化動作を放棄せずに制御を行うことができた。また、SMES電流値を基準値に近づけるあるいは保つことで、より大きな負荷変動に対応できることも示された。
弾性傾斜を利用する三次元構造触覚センサ

申請者は過去5年間の研究を通じて、触覚センサを構成する粘弾性体の3次元的な広がりを積極的に利用することによって多様な触覚特徴が非常に容易に取得可能となることを示してきた。本研究ではその中で基本原理の提案がされている音響共鳴型テンソルセル(弾性体内部の空洞に生じる空気の音響的共鳴を利用してその周囲の応力テンソルを計測する手法)を前提とし、これを実用的な触覚エレメントへと発展させるための基礎的問題の検討をおこなった。さらにそれを3次元触覚センサとして効果的に機能させるために弾性傾斜材料(硬さが深さ方向に連続的に変化する弾性体)を利用することを提案し、その有用性について明らかにした。1.音響共鳴型テンソルセル本検出原理を用いた触覚エレメントを実現するための微小超音波送受信子の設計理論を確立し、1.5×3.5mmの微小振動子が共鳴空洞への細管内へ1Pa程度の音圧を発生し(駆動電圧は5V)、100kHz以上の帯域を有することを実験的に確認した。また音響共鳴周波数にロックして発振するアナログ、およびデジタル回路を試作し、3mm径の共鳴空洞を有する弾性体とで触覚エレメントを作製した。そのユニットは3msの時定数のもとで0.5%以内の周波数精度と0.05%以内の周波数安定度を有することが確認された。なお0.1%の周波数の誤差は3μmの変形に相当する。2.弾性傾斜の解明と利用理論的および数値的検討によって、表面での触覚刺激が内部に伝達していく特性が弾性傾斜によってどのように変化させるかを定量的に明らかにした。特に1.弾性傾斜が応力テンソル行列の固有構造に与える影響、特に(1)表面接触広がり次元と応力テンソル行列のランクが対応する規則の保存について、および(2)多重解像度知覚特性、すなわち深さ方向へぼけてゆく特性2.空間周波数軸でみたフィルタリング特性に対する影響について検討したところ、表面から深さ方向へ硬さ(ヤング率)が増加していく弾性傾斜を用いると、弾性体の厚みが有限であっても半無限の広がりを有する弾性体と同様な理想的な伝達特性が実現し、触覚センサとしてより利用しやすい信号処理場を与えることが明らかになった。弾性傾斜作製技術を確立については今後の課題に残された。
ランダム・レージングを利用した革新的発光素子と新学術の創出

ランダム・レージング(RL)の基礎物理に基づき、革新的レーザデバイスを先駆的に創出し、その学術基盤を創出する。RLを実証出来なかった分野で、革新的デバイス物理的応用展開し、ランダム系と周期的規則系の間を繋ぐ新学術を創出につなげる。フォトニック結晶にランダムネスを導入したランダムフォトニック結晶系で局在モードの特性について解析した。ランダムレーザ素子を開発し、光のアンダーソン局在を初めて直接的に観測した。構造体内部に光の局在を誘起する方法として、フォトニック結晶における欠陥モードを利用した方法に加えて、その対極の方法としてランダム系における多重光散乱を利用したアンダーソン局在による方法がある。近年、両者の中間状態であるフォトニック結晶にランダムネスを導入したランダムフォトニック結晶が、光閉じ込めの高効率化に寄与する構造体として注目されている。しかしその局在モードの特性は解明されていないので、ランダムネスを導入した系の持つ局在モードの特性について解析した。2D-FDTD(2次元有限差分時間領域)法により2次元ランダムフォトニック結晶のインパルス応答を研究した。その結果、空間偏差の導入に伴い、光の局在が欠陥モードへの結合からアンダーソン局在モードへの結合へと変化することが示された。得られたQ値は12,000で微小モード領域(2μm^2)に光は局在した。従来は微小レーザ素子実現へ向けたフォトニックバンド端における低群速度光によるレーザ発振は、欠陥モード発振と比べ均一な放射パターンを得られる利点がある。しかしシステムサイズが有限であるため、群速度が完全にゼロとはならず、水平方向への損失が発生する。本手法ではフォトニック結晶構造に空間的なランダムネスを与えることでバンド端の位置をランダムに揺らせ、アンダーソン局在を誘起する。次年度はInP基板に三角格子状に空気ホールを形成、第一バンド端がライト・ライン以下で波長1.55μmに位置するようにホール径、格子定数を選ぶ。同基板はレーザ利得としてInAsP/InP量子井戸構造を含む。空気ホール位置に対し、ランダムに異なる方向に空間変位を与えることでランダムネスを導入する。次年度、ランダムネスの導入によって低群速度光がアンダーソン局在しランダム・レーザ発振する新規素子を開発する。屈折率がランダムな多重散乱系で、Mie散乱が極めて強く散乱平均自由行程が光波長より小さくなり、光が波長オーダーの微小領域内に局在する現象を光のアンダーソン局在という。この系で利得媒質を付与するとレーザ発振する(Randomlasing,ランダム・レーザ)。本研究で初めて2次元スラブ構造のランダム・フォトニック結晶のレーザ発振特性について実験的に実証し、光のアンダーソン局在の直接的な観測に成功した。デバイスは、ガラス基板上のInP薄膜に、半径185nmの円孔を格子定数530nmの三角格子状に作製した構造を持つ。レーザ利得としてInP/InAsP量子井戸構造をもつ。波長1.5μmのTE波がフォトニックバンドギャップ直下の最低次バンド端に位置し、全反射で垂直方向閉じ込める構造である。円孔の位置をランダムな方向にδnmシフトさせ、ランダムな揺らぎを導入した。805nmのLDで光励起すると、δ=0.4と10mmから、レーザ発振が観測できた。δ=10nmの発振スペクトルはブルーシフトした。これはバンドギャップの乱れによりバンド端の状態密度分布が分裂しながらバンド内に引き込まれていることを示し、フォトニック結晶内のアンダーソン局在を示唆している。同一励起条件下において、SNOMによるレーザモードの空間プロファイルを観測した。通常のフォトニック結晶では励起領域内にガウス分布状に広がった周期的なプロッホモードが観測されるが、δ=10mmでは微小領域の局在が観測された。強度分布が空間的に指数関数的な減衰を持つことから、アンダーソン局在であることが確認された。これまでにSNOMにより光のアンダーソン局在を観測した報告は無く、局在現象の直接的な証拠を示すものとして、本成果のインパクトは大きい。アンダーソン局在モード内では新たな光子・電子間相互作用が生じるので、全く新しい光共振器概念の新学術の創出につながる。本年度は、ランダムフォトニック結晶における局在モード特性を重点に解析した。フォトニック結晶の各空気ホールが、ランダムな方向に遷移するようなランダムネスを導入し、各々の空気ホールに対し、ホールシフトする量とホールシフトするホールの数を制御し解析した。360 THzのモードは、フォトニック結晶状態でQ6000に対し、60%のホールを40 nmホールシフトしたランダムフォトニック結晶構造ではQ14000を得た。そして430 THzのモードは、フォトニック結晶状態でQ5000に対し、100%のホールを30 nmホールシフトしたランダムフォトニック結晶構造ではQ13000を得た。以上からフォトニック結晶へのランダムネスの導入に伴い、バンドギャップ両端においてSlow Bloch Modeがアンダーソン局在し、フォトニック結晶状態のSlow Bloch Modeよりも高い共振Q値を示した。

しかし、ランダムネスを過度に導入することで、バンドギャップが消滅することから、アンダーソン局在は崩壊し、系全体に光が拡散したので、共振Q値は非常に低くなった。これにより、ランダムネスを導入する時にホールシフトさせる距離やホールの個数において適切な条件をとることでフォトニック結晶内を伝搬するSlow Bloch Mode波を高Q値のアンダーソン局在モードとして閉じ込めることが可能であることを明らかにした。将来展望としては、フォトニックバンドギャップが崩壊する過程についてより詳細に検討することで、バンドギャップを保持しつつランダムな構造揺らぎを与える新構造の提案・実証が求められる。これにより、より光閉じ込め効率の高いアンダーソン局在を促す構造が得られれば、高共振Q値・小モード体積が要求されるマイクロ光技術へ展開が可能となる。本年度の研究で初めて2次元スラブ構造のランダム・フォトニック結晶のレーザ発振特性について実験的に実証し、光のアンダーソン局在の直接的な観測に成功した。デバイスはInP/InAsP量子井戸構造を持つランダム・フォトニック結晶である。成果は国際会議で複数回発表し好評を得た。論文は投稿中である。Order to disorder optical phase transitionin random photonic crystals」をApplied Physics Bに刊行し、注目された。24年度が最終年度であるため、記入しない。
ペプチド作動性チャネルの細胞外ドメイン内空間がチャネル機能に及ぼす影響

本研究では、軟体動物アメフラシのFMRFamide作動性Na+チャネル(AkFaNaC)の細胞外ドメイン内空間の底部に存在する陰性リング構造がチャネル機能におよぼす影響を解析した。その結果、552、556位のアスパラギン酸にCa2+が配位することでチャネル機能が制御されており、これまでの実験結果の多くはCa2+結合状態を加えたアロステリックモデルにより説明出来ることが明らかになった。また、FaNaCの細胞外ドメイン構造に存在する7ヶ所のSS結合の機能的意味合いを検証する研究、並びにラットの酸感受性チャネルにおけるAkFaNaCの552, 556位に相当する部位の機能解析実験に着手した。本研究は、神経系に発現するリガンド作動性チャネルの中で、進化的に特異な位置を占めるペプチド作動性チャネルの構造と機能を解明するために、チャネルの細胞外ドメイン内に存在する空間がチャネルのゲート機構とイオン透過性におよぼす影響を明かにすることを目的としている。平成27年度は、軟体動物アメフラシのFMRFamide作動性Na+チャネル(AkFaNaC)の細胞外ドメイン内空間の底部に存在する552位、および556位のアスパラギン酸が作る陰性リング構造がチャネル機能におよぼす影響を詳細に検討するために、552位、556位変異体チャネル、および両者の二重変異体チャネルの機能とそのCa2+依存性を詳細に解析した。その結果、野性型チャネルは細胞外Ca2+により阻害されるが、その阻害曲線には3つの成分が認められ、552、556位のどちらのアスパラギン酸の負電荷を取り除いた場合でも、低濃度側の2つの成分が消失することがわかった。552、556位変異体においても1mM以上の高濃度Ca2+により阻害される成分は野性型と変わらなかったので、高濃度Ca2+による阻害部位は別に存在しており、おそらくチャネルフィルター近傍であろうと予想された。また、チャネルの活性化や脱感作の解析から、552、556位のアスパラギン酸の負電荷は、細胞外Ca2+と相互作用することでチャネル機能を制御する部位となっていることが明らかになった。現在、これらの成果を論文にまとめるために準備を進めている。平成27年度の研究計画としてあげていたアメフラシのペプチド作動性チャネル(AkFaNaC)の556位変異体の機能解析、並びに552位と556位の二重変異体の機能解析は順調に進んでおり、平成27年度の成果とこれまでに得られた研究成果をもとにして、学術論文の作成に着手している。機能解析実験が順調に進んでデータが蓄積した結果、その整理と解析に多くの研究時間を費やしたため、当初予定していたマイマイのFaNaCにおける変異体作製とヒドラのペプチド作動性チャネルのクローニングは遅れている。しかしながら、前述のように、主たる解析を進めているチャネルであるAkFaNaCの機能解析実験の成果を論文作製に着手できる段階にまで進めることが出来ており、研究全体としてはおおむね順調であるといえる。その結果、552、556位のアスパラギン酸の負電荷は、細胞外Ca2+と相互作用することでチャネル機能を制御する部位となっていることが明らかになった。平成28年度は、平成27年度の実験研究の成果を論文にまとめるために、実験データを説明出来るチャネルの状態モデルの検証を行った。その結果、10状態のアロステリックモデルにより、これまでの実験結果の多くが説明出来ることがコンピュータシミュレーションにより示されたので、生理実験の結果とシミュレーション実験の結果を合わせて論文を作製し、現在、投稿中である。また、このチャネルの細胞外ドメイン構造を維持するために必要と思われる7ヶ所のSS結合を個別に切断する変異体の作製を行い、その機能解析の予備的な検討を終了した。現在、これら変異体の機能解析を進めており、細胞外ドメイン構造維持に必要なSS結合と、チャネル機能特性の維持に必要なSS結合が区別されつつある。本研究課題における中心的な実験計画の一つであるアメフラシのペプチド作動性チャネル(AkFaNaC)の552位、556位変異体の機能解析による細胞外ドメイン内空間の最底部に存在する二重の陰性リング構造の機能的役割に関して、平成27年度に得られた研究成果を含めた学術論文の作製をすすめた。この過程で、新たに得られたデータを含めて、これまでに得られているデータを包括的に説明できるチャネルの状態遷移モデルを検討した。コンピューターシミュレーションを用いて、いくつかの妥当なモデルの検証を行った結果、Ca2+結合状態、Ca2+非結合状態、Ca2+阻害状態を含む10状態からなるアロステリックモデルにより、現在得られている多くのデータが上手く説明できることがシミュレーション実験により示された。

当初の実験計画としてあげていた、FaNaCと関連するヒドラのペプチド作動性チャネルのクローニングとマイマイのFaNaCにおける機能解析と変異体作製は、それぞれ予備実験を終了した段階で中断した。これは、本研究課題を計画した段階では考えていなかったAkFaNaCのSS結合変異体の作製実験を先に進めるためである。AkFaNaCの細胞外ドメイン構造の維持は細胞外ドメイン内空間の保持に必須であるが、AkFaNaCおよびその同族体チャネルである上皮性ナトリウムチャネル、酸感受性チャネルでは、機能的な細胞外ドメイン構造を維持するのに必要と思われる7ヶ所のSS結合が完全に保存されている。そこで、それらのSS結合を個別に切断する7種の変異体チャネルの作製を行った。機能発現実験に関しては、まだ予備的な段階であるが、チャネル機能を崩壊させるSS結合変異体と機能が維持されるSS結合変異体が区別できそうである。本研究は、進化的に特異な位置を占めるペプチド作動性チャネルの構造と機能を解明するために、チャネルの細胞外ドメイン内に存在する空間がチャネルのゲート機構とイオン透過性におよぼす影響を明かにすることを目的としている。平成27年度は、軟体動物アメフラシのFMRFamide作動性Na+チャネル(AkFaNaC)の細胞外ドメイン内空間の底部に存在する552位、および556位のアスパラギン酸が作る陰性リング構造がチャネル機能におよぼす影響を検討するために、552位、556位変異体チャネル、および両者の二重変異体チャネルの機能とそのCa2+依存性を解析した。その結果、細胞外Ca2+が552、556位のアスパラギン酸と相互作用することでチャネル機能を制御することが明らかになった。平成28年度は、これまでの実験データを説明出来るチャネルの状態モデルのシミュレーション実験を行い、10状態のアロステリックモデルにより実験結果の多くが説明出来ることが明らかになった。また、これらの成果をまとめた論文を作製し投稿した。さらに、FaNaCの細胞外ドメイン構造に存在する7ヶ所のSS結合を個別に切断する変異体の作製実験に着手した。平成29年度は、前年度に開始したFaNaCの細胞外ドメインに存在するSS結合の機能的意味合いを検証する研究を継続した。また、FaNaCに構造が類似するラットの酸感受性チャネル3(rASIC3)において、AkFaNaCの552, 556位に相当する部位に変異導入したチャネルを作製し機能解析を行った。なお、前年度に投稿したAkFaNaCのCa2+感受性と552、556位アスパラギン酸の関係に関する論文は、軽微な修正の後に受理された。本研究では、軟体動物アメフラシのFMRFamide作動性Na+チャネル(AkFaNaC)の細胞外ドメイン内空間の底部に存在する陰性リング構造がチャネル機能におよぼす影響を解析した。その結果、552、556位のアスパラギン酸にCa2+が配位することでチャネル機能が制御されており、これまでの実験結果の多くはCa2+結合状態を加えたアロステリックモデルにより説明出来ることが明らかになった。また、FaNaCの細胞外ドメイン構造に存在する7ヶ所のSS結合の機能的意味合いを検証する研究、並びにラットの酸感受性チャネルにおけるAkFaNaCの552, 556位に相当する部位の機能解析実験に着手した。
人工衛星による磁場観測デ-タ解析を中心とした磁気圏電離圏結合の研究

1.大磁気嵐中に「あけぼの」衛星で観測された長周期脈動。1989年10月の大磁気嵐中に「あけぼの」衛星によってPc4帯のULF波動がL=3近くで観測された。波の周期は約100秒で、通常のL=3での磁力線共鳴基本周期の2倍以上という特異な波動である。磁場及び電場の観測デ-タを用いて波のポインティングベクトルと位相の解析を行なった結果、この波は寄数次の振動モ-ドの磁力線定在波であることが示された。さらにプラズマ波動観測から求めた電子密度を考慮して総合的に検討した結果、このような大磁気嵐時には、酸素等の重イオンが電離層から磁気圏に供給され、粒子質量密度が増加することにより磁力線共鳴振動周期が通常より極端に長くなることが明らかになった。2.「あけぼの」衛星の精姿勢決定「あけぼの」衛星の磁場デ-タを解析する場合、通常の姿勢デ-タ(各種姿勢センサ-から自動決定された姿勢)を用いて座標変換を行なうと、スピンに同期した振幅80140nTの変動が全磁力の残ってしまう。そのままでは磁場の微細変動等の目的の解析ができないので、独自の精姿勢決定を試みた。即ち、1)磁気静穏時の磁場の観測値と理論値の差から磁力計の感度、バイアス、オフセットと3軸直交度を補正する。2)衛星本体及びマストの先の磁力計部での衛星のスピン軸方向を、それぞれ太陽センサ-と磁場デ-タを用いて別々に求め、マストのねじれを検出する。3)マストのねじれ分を補正した変換マトリックスを求め、それによる磁場デ-タの座標変換を行なう。これらの各種補正を行なうことにより、スピンの影響による磁場変動が数nT以下に低減した。またマストのねじれやスピン軸のずれなど、衛星工学上重要なパラメ-タが明らかになった。
職員の「意識変容」に働きかける職場環境・職員集団づくりのためのモデルの構築

本研究の目的は、職場内における人材育成システムのモデルづくりとその実際の運用である。まずは、教育工学や哲学など他領域にける知見を取り入れながら、理論的にモデルの構築を行い、実際に、社会福祉の現場である協力施設(児童養護施設)において適用可能かどうかについてシミュレーションを行ったところまでが本研究の成果であり到達点である。今後は、シミュレーションにもとづき、実際に社会福祉現場において運用を行い、その経過をモニタリングしながら、モデルを精緻なものへと微調整すると同時に、研修の体系化の精緻化を行うことになる。本調査研究は、「職員の『意識変容」に働きかける職場環境・職員集団づくりのためのモデルの構築」を研究課題として掲げ、職場内での人材育成システムの構築に資することを目指している。研究期間3か年の2年目にあたる平成25年度は、人材育成のシステム化に向けて、職場内における研修(OFF-JT)およびOJTを連動させた仕組みとしての体系化を課題として設定していた。昨年度に引き続き、2つの児童養護施設を対象として、職員との共同作業による人材育成の体系化に取り組んだ。その結果、得られた知見を簡潔に述べるならば、人材育成には2つの循環を取り入れることが必要であるということである。一つは、「研修内容と連動させた実践の場の循環」、もう一つは、「育てられる人と育てる人の循環」を仕組みのなかに盛り込むことである。当該研究では、職員の「意識変容」が必要であると考えているが、研修で学んだことを実践で繰り返し検証すること(研修内容と実践の循環)によって、「意識変容」は促進される。また、その学びを他者に語ること、すなわち、自分の言葉で表現すること(育てられた体験を育てる体験へと還元する、人の循環)によって、さらに、「意識変容」は促されると同時に、職員集団としての意識・方向性の統一につながり、集団としての力量の形成・蓄積・継承に貢献しうると考える。研究期間3か年の初年度にあたる平成24年度は、次の2つの研究課題を設定した。1.これまでの調査研究結果、先行研究および他領域の学問的知見の批判的検討と融合による理論的基盤の整備と分析枠組みの明確化、2.児童養護施設職員を対象としたインタビュー調査によるデータ収集・分析による理論的基盤および分析枠組みの修正・補強である。人材育成のプロセスにおいて必要とされる職員の「意識変容」を促す具体的なアプローチ(実践モデル)の構築を目指す本研究において、当該年度の研究実績は、次の2点に集約される。「意識変容」を促すアプローチの検討を行うためには、まずは、「意識変容」を阻害する状況、構造上のメカニズムを理解することが必要となる。そのことを理解するための理論的枠組みとして、MRIの理論的アプローチが有効であることを職員を対象としたインタビュー調査の事例から導きだすことができた。また、人材育成において重要な点として、「レディネス」の概念を具体化することが重要であることも合わせてインタビュー調査から明らかにすることができた。「レディネス」とは、学習成立のための準備性のことであるが、人が育つ現場では、レディネスとして、まずは、所属感を育む働きかけが必要であること、そのうえで、職業的アイデンティティの形成を支える仕組みを構築していくことが不可欠である。所属感の重要性を強調することに新奇性があるとは言えないが、人材育成の基盤として、人材育成を行う側がこれまで以上に、自覚的に、研修内容や提供方法において、所属感の醸成を図る形で設定する必要があることを確認した。本調査研究は、「職員の『意識変容』に働きかける職場環境・職員集団づくりのためのモデルの構築」を研究課題として掲げ、職場内での人材育成システム(OJT・OFF-JT)の構築を目指すものである。研究期間3か年の最終年度にあたる平成26年度は、理論的に構築した社会福祉現場における人材育成システムのモデルを実際に、社会福祉現場(施設)に適用しうるのか否かを検討することを課題としてあげていた。社会福祉学以外の研究領域の知見を取り入れながら、人材育成システムのモデルを理論的に構築し、実際に適用する場合のシミュレーションを調査協力施設である児童養護施設とともに行ったところまでが今年度の到達点である。理論的に構築した人材育成システムの特徴は、以下の2点に集約される。1.職員同士の人間関係の円滑化と人材育成を連動させる仕組みとして構築する。人間関係の円滑化が人を育て、人を育てることが人間関係の円滑化をもたらす仕組みづくりを行う。2.職場内のOFF-JTとしての研修、OJTの提供に際しては、最適な研修提供時期、研修内容の設定を現場実践との連動性をふまえて、設定する。また、育てる人と育てられる人の循環を生み出す仕組みをつくり出し、現場(施設)全体で人材育成に関与する仕組みをつくる。協力施設の人材育成に関するこれまでの取り組みをふまえながら、上記2点の特徴を備えたOFF-JTとしての研修の体系化を3年を1クールとして構築した。OJTやその他現場の実践との連動性に関する具体的な中身の検討は、今後の課題として残された。ソーシャルワーク

平成25年度は、平成24年度に準備を行った、モデル構築のための理論的基盤の整備をもとに、実際に職場での人材育成に導入していくことを目指していた。この点については、昨年度に引き続き、2つの児童養護施設の協力を得て、試行的に一部導入を行うことができた。当初は、1年間で体系化を完了する予定ではあったが、実際には、一部導入と限定的となった。その理由は、以下の通りである。現在の社会福祉の現場の状況に鑑みるならば、職場内で人材育成をある程度、完結しうる仕組みが必要であると考える。そのためには、職員みずからが、企画し、実施し、検証するというプロセスをともに経験することを通して、その体験を次の世代に伝え、継承し、蓄積していくということが不可欠である。そのため、体系化を急ぐのではなく、集団的に議論を重ね、丁寧に、かつ確実に実践を通して積み上げていくプロセスを作り出すことを優先し、一部導入として限定している。平成26年度には、残された部分についての検討を重ね、導入に臨む予定である。以上のことから、「おおむね順調に進展している」と考える。平成24年度は、モデル構築のための理論的基盤の整備を主たる目的としていた。その点に関しては、社会福祉の領域における理論的基盤の脆弱性を補強するために、教育工学、心理学、社会学、経営学、哲学など他の学問領域における人材育成の知見に学び、応用可能性を見出すことができた。また、社会福祉領域における理論化のために有益と思われるリフレクション(reflection)の概念に着目する必要があることについて、研究会等への参加、および職員を対象とするインタビュー調査から示唆を得ることができた。上記研究調査から得られた諸点から、おおむね順調に進展していると考える。平成24,25年度に引き続き、2つの児童養護施設を対象とした調査研究を継続する。2つの施設はともに、それぞれの施設の事情を勘案しながら、また、これまでの研修や人材育成の仕組みをできる限り生かす形で、人材育成システムの構築に向けた取り組みを模索している。本年度は、最終年度であることから、人材育成システムとしての体系化に向けた研究成果のまとめを行うと同時に、課題を明確にする。先にもふれたように、実践(取り組み状況)としては、体系化に向けた一部試行的実施というのが現段階の状況である。全体的な体系化の構築を目標として、社会福祉現場の職員と共同で、現場の実態に即したモデルとなるように協議を積み重ねる予定である。次年度に引き続き、2つの児童養護施設(大阪府・滋賀県)を対象としたインタビュー調査を継続する。滋賀県の児童養護施設では、職員研修の体系化の検討を前年度末から開始しており、今年度は、実際に職場内においてOJTを含めた職員研修(人材育成の試み)を実施しながら、研修内容・提供方法・提供時期の検証を行う予定である。
鉄系超伝導体における超伝導ギャップの位相構造の解明

分光イメージング走査型トンネル顕微鏡を用いて、鉄系超伝導体LiFeAsとFeSeの超伝導ギャップと電子状態を調べた。LiFeAsでは、いくつかの欠陥が超伝導ギャップ内に準粒子束縛状態を形成することを見出した。FeSeに関しては、双晶境界が時間反転対称性を破る特異な超伝導状態を誘起している可能性を指摘した。また、準粒子干渉効果からバンド分散を決定し、FeSeの有効Fermiエネルギーが10 meV以下と異常に小さく超伝導ギャップと同程度であり、BCS-BECクロスオーバー領域にあることを明らかにした。さらに、軌道秩序を反映すると考えられる強い面内異方性を準粒子干渉パターンに見出した。鉄系超伝導体では、その高い超伝導転移温度をもたらす機構として、非連結Fermi面間のネスティングに起因するスピン揺らぎ機構が提唱されている。この機構によると、波数空間のΓ点近傍のホールFermi面と、M点近傍の電子Fermi面で、超伝導ギャップの位相が反転する、いわゆるs±波超伝導が実現する。このことを確かめるためには、ホール面と電子面に開く超伝導ギャップ間の位相差を実験的に検出する必要がある。STM/STSを用いて観測されるBogoliubov準粒子の干渉効果の磁場依存性により、位相構造の決定が可能であるが、これまでこのような実験が行われた例は、Fe(Se,Te)に限られている。Fe(Se,Te)ではs±波超伝導を示唆する結果が得られているが、この系はTeドーピングによる欠陥を含む乱れた系であるので、よりクリーンな系での実験が望まれている。本研究では、京大、カールスルーエ工科大グループからTeを含まない高純度FeSe単結晶試料の提供を受け、Bogoliubov準粒子干渉効果の磁場依存性の測定を行った。超伝導状態でのトンネルスペクトルは清華大グループの先行研究同様V字型をしており、超伝導ギャップにノードが存在することが示唆された。超伝導ギャップ以下のエネルギーでの準粒子干渉パターンをFourier解析したところ、Fe(Se,Te)の場合と同様、電子面間の散乱とホール面電子面間の散乱に相当する波数を持つ二つの信号が観測された。それぞれの信号強度は、磁場を印加すると前者は増加し、後者は減少した。この振る舞いはs±波で期待されるものであり、ノードが存在しても、全体としてホール面と電子面間の超伝導ギャップの位相は反転していることが示唆された。鉄系超伝導体における超伝導ギャップ構造の普遍性と物質依存性に関して情報を得るため、FeSeの電子状態をSTM/STSで調べた。FeSeは最も簡単な結晶構造を持つ鉄系超伝導体であるが、非磁性の斜方晶相で超伝導が発現する他、超伝導ギャップにノードを持つなど、ユニークな特徴を有している。FeSeは、試料作製が困難であり、これまで高品質な試料はMBEで作製した薄膜の形でしか得られていなかった。今回、京大、カールスルーエ工科大グループから高純度単結晶試料の提供を受けることができたので、基板からの歪の影響等を完全に排除した実験が可能になった。分光イメージング測定を行ったところ、明瞭な準粒子干渉効果の観測に成功した。分光イメージをFourier解析した結果、干渉パターンは、一次元的な分散を示す電子バンドと、複数の正孔バンドに起因することが分かった。興味深いことに、電子バンドと正孔バンドの分散方向は直交している。このような電子状態の強い面内異方性は、斜方晶歪だけで説明することは困難であり、この系で軌道秩序が重要な役割を果たしていることが示唆される。得られたバンド分散から見積もられるFermiエネルギーはいずれのバンドでも高々10 meV程度しかなく、超伝導ギャップの大きさと同じオーダーである。このような状況は通常の弱結合超伝導体とは大きくかけ離れており、これまでにない超伝導状態が実現されている可能性が示唆される。現在、電子輸送特性の測定結果との比較を行い、どのような超伝導状態が実現されているのか検討を行っている。化学気相輸送法で作製された高純度FeSe単結晶の電子状態と超伝導をSTM/STSで調べた。FeSeは最も簡単な結晶構造を持つ鉄系超伝導体であるが、軌道秩序を反映した正方晶直方晶転移を示すとともに、それに伴う電子状態の大きな面内異方性を持つ。また、Fermiエネルギーが高々10 meVと極めて小さく超伝導ギャップエネルギーと同程度であり、いわゆるBCS-BECクロスオーバー領域にある。このような異常な超伝導体は他に例が無く、非常に興味深い研究対象である。本年度は、FeSeの直方晶相における双晶界面が超伝導に与える影響と、超伝導ギャップの空間構造について研究を行った。FeSeは超伝導ギャップに節を持ち、双晶界面を挟んだ2つのドメイン間でギャップの相対的な位相が反転する。

この符号反転は双晶界面においてエネルギーゼロの準粒子束縛状態をもたらすはずである。しかし、双晶近傍でSTSを行ったところ、束縛状態はゼロではなく、有限のエネルギーに現れることがわかった。この結果は、超伝導ギャップが実数である限りは説明できず、双晶が虚数成分を誘起していること、すなわち時間反転対称性を破ることを強く示唆する。双晶近傍の超伝導物性の実験研究はほとんど例が無く、今後の展開が期待できる。超伝導ギャップの空間構造に関してはトンネルスペクトルに現れるギャップの大きさを空間的にマッピングしたところ、周期的な変調構造を見出した。この超伝導ギャップの空間変調は、昨年度見出した準粒子干渉と強い相関があり、Fermiエネルギーにおける状態密度が小さい場所でギャップが大きい。この超伝導ギャップのFriedel振動は、Fermi波数がコヒーレンス長と同程度というBCS-BECクロスオーバー領域の特徴を反映したものと考えられる。渦糸芯状態でもFriedel振動が観測されている。今後の解析によってBCS-BECクロスオーバー領域を理解する上で有用なデータを提供できるものと期待している。26年度が最終年度であるため、記入しない。低温物性26年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度納品が遅れていた超伝導マグネットが納品され、実験が順調に推移し始めた。。FeSeが極めてユニークな超伝導体であることが判明し、さまざまな新しい情報が得られつつある。FeSeの電子状態が当初期待しよりもはるかに多彩な側面を持つことが明らかになりつつあるので、当面、FeSeの研究に注力する。準粒子干渉効果の磁場依存性、超伝導ギャップに与える双晶の影響、渦糸の電子状態等を明らかにすることを目標にする。当面FeSeの研究に注力するが、ペロブスカイト型ブロック層を有する超伝導体Sr2VFeAsO3の単結晶試料を入手する目途が立ったので、本物質の研究も行いたい。納品予定であった超伝導マグネットシステムが、業者の都合で平成24年度に納品されなかったため、補助金の繰り越しを行った。超伝導マグネットシステムはすでに納品され、問題なく稼働しているので、本装置に予定していた予算額はすでに使用済みである。新しく導入したマグネットのクライオスタットの蒸発量が少なく、液体ヘリウムの使用量が少なくて済んだ。国際会議に出張するため、その旅費等に充てる予定である。