hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自然言語処理と建物情報モデルを利用した建築基準適合判定手法に関する研究

日本語で書かれた建築基準をコンピュータプログラムに変換し,CADで設計された建物が,これらの建築基準を満たしているかどうかを判定する手法について研究したものである。建築基準法の単体規定(建築物に関する技術的な基準を定めたもの)について,一般化した条文の形式(「条件Aを満たすSは条件Cを満たさなければならない。ただし,条件Eに該当する場合は,この限りでない。」という形式)を定め,この形式に即して記述された技術基準文書をVisual BasicやJavaのようなプログラミング言語で書かれた判定関数に変換するコンバータを作成した。この技術は,建物の設計環境をより知的に,よりインタラクティブに拡張する技術基盤となりうる。それぞれの条件A,C,Eを満たすことを判定する関数は,CADアプリケーションによって異なるため,具体的な事例として,Bentley社のCADソフトMicroStation上でいくつかの判定関数の可能性を検証した。この中で,建物の軒高の算定,最高高さが建築基準法上の指標となる高さのどの区分に属するかの判定,耐火建築物かどうかの判定について検証した。最近のCADソフトでは,建築部材に属性を与えることができるようになったが,この属性を使って前述の算定・判定を行うことができることを確認した。本研究では,建築基準法の単体規定を一般化することによって,応用範囲を拡大し,建築基準法に準じた形式で記述さえすれば,判定プログラムに変換するこひとができることを示した。一方で,法令文と異なり,標準仕様書や企業内で使用されている技術基準の多くは論理的でないことが多く,判定プログラムへの変換には課題も多い。研究で得られた知見は,日本建築学会の技術報告集や年次大会等の学術講演を通して発表する。この課題では,建築基準法のような日本語で書かれた建築基準をコンピュータプログラムに変換し,CADで設計された建物がこれらの建築基準を満たしているかを判定する手法について研究している。初年度である平成20年度には,まず,自然言語処理を扱うための環境を整備した。形態素解析ソフト,係り受け解析ソフト,およびその他のユーティリティソフトを導入した。形態素解析に必要な建築用語辞書は他の研究者から譲り受けたものを変換し,また新たに入力して作成した。これらのソフトによって,日本語で書かれた文章の構造を自動的に解析することができる。建築基準法の内容をコンピュータプログラムに変換するシステムについては,個々の建築基準法の条文から,これが,何について,どうしなければならないと言っているのかを取り出すプログラムを試作した。条文を自然言語処理ソフトに入力してみたところ,完璧に正しい係り受け関係が出力されるとは限らなかったため,手作業で修正するためのプログラムを補足的に作成した。今後,解析で得られた主語,述語,修飾語句等を使って,条文の適合判定を行うコンピュータプログラムに変換する予定である。適合判定プログラムを適用させる相手として建物情報モデル(いわゆるBIM)を想定しているが,広く利用されているBIMツールの中から一つの製品を採用し,操作,機能拡張用のAPIを把握した。併せて,BIMの普及を図るための講習会に多数参加し,設計現場での利用状況を把握した。こうした情報収集の中で得た知見をもとに,BIMの新しい利用方法として,設計内容を判断して技術文書をデータベースから自動的に検索するシステムを提案した。これは直接的には当初の目標に入っていなかったが,研究過程で派生したものである。このアイデアを日本建築学会の技術報告集に投稿し,採用が決定している。
Oryza glaberrima染色体置換イネの作出と評価-逆向形質分析の試み-

台中65号(Oryza sativa L.)にO.glaberrimaを交配したF_1に,台中65号を戻し交配して得られた65個体からなるBC_1F_1集団をもとに,RFLP地図を作成した.RFLP地図は,101マーカーからなり,マーカーの配列およびマーカー間の距離は既報の日印交雑による地図と同じであった.マーカーの分離はほとんどの領域で正常だったが,染色体6のXNpb209からXNpb172の領域では,glaberrimaの対立遺伝子が高い頻度で後代に伝達した.次に,44個体のBC_1F_1に由来する99個体のBC_2F_1を用いて,出穂期と花粉稔性のQTL解析を行った.その結果,出穂期に関しては,染色体1,6,10で1%水準で有意な領域が検出された.染色体1,6のものはglaberrimaの遺伝子が出穂を遅くする方向に働き,染色体10のものは逆であった.花粉稔性に関しては,染色体3,7,10に有意な領域が検出され,いずれもヘテロ接合体の稔性が低かった.染色体10のものは強い作用を持ち,XNpb333近傍の領域でglaberrimaの染色体を持つ個体の花粉稔性はほぼ0%だった.染色体置換イネの作出は,BC_1F_1,BC_2F_1,BC_3F_1において,個体数約100,選抜マーカー数約100の規模でMASを滞りなく進めた.現在,B_3F_2世代900個体のMASにとりかかっている.台中65号(Oryza sativa L.)にO.glaberrimaを交配したF_1に,台中65号を戻し交配して得られた65個体からなるBC_1F_1集団をもとに,RFLP地図を作成した.RFLP地図は,101マーカーからなり,マーカーの配列およびマーカー間の距離は既報の日印交雑による地図と同じであった.マーカーの分離はほとんどの領域で正常だったが,染色体6のXNpb209からXNpb172の領域では,glaberrimaの対立遺伝子が高い頻度で後代に伝達した.次に,44個体のBC_1F_1に由来する99個体のBC_2F_1を用いて,出穂期と花粉稔性のQTL解析を行った.その結果,出穂期に関しては,染色体1,6,10で1%水準で有意な領域が検出された.染色体1,6のものはglaberrimaの遺伝子が出穂を遅くする方向に働き,染色体10のものは逆であった.花粉稔性に関しては,染色体3,7,10に有意な領域が検出され,いずれもヘテロ接合体の稔性が低かった.染色体10のものは強い作用を持ち,XNpb333近傍の領域でglaberrimaの染色体を持つ個体の花粉稔性はほぼ0%だった.染色体置換イネの作出は,BC_1F_1,BC_2F_1,BC_3F_1において,個体数約100,選抜マーカー数約100の規模でMASを滞りなく進めた.現在,B_3F_2世代900個体のMASにとりかかっている.本研究では,Oryza glaberrimaの持つ普遍的形質(特に,葉舌長,無毛性,穂相,雑種不稔,種子休眠性程度,低温ストレス耐性,乾燥ストレス耐性,一年生程度)の遺伝的解明と育種的利用を目的として, Whole Genome SelectionによるOryza glaberrima染色体置換イネの作出とそれらの形質評価を行うことを計画した.本年度に得られた結果の概要は次のようなものである.(3)B_2F_2の育成と選抜: B_2F_1個体には稔性が良いものも見られたので,これについては,B_2F_2種子を収穫した.現在,このB_2F_2を育成中である.(4)戻し交配とB_3F_1の育成:育成したB_2F_1に戻し交配を行い,B_3F_1種子(120系統)を得た.現在,このB_3F_1を育成中である.(1)台中65号(Oryza sativa L.)にO.glaberrimaを交配したF_1に,台中65号を戻し交配して得られた65個体からなるBC_1F_1集団をもとに,RFLP地図を作成した.RFLP地図は,101マーカーからなり,マーカーの配列およびマーカー間の距離は既報の日印交雑による地図と同じであった.マーカーの分離はほとんどの領域で正常だったが,染色体6のXNpb209からXNpb172の領域では,glaberrimaの対立遺伝子が高い頻度で後代に伝達した.(2)44個体のBC_1F_1に由来する99個体のBC_2F_1を用いて,出穂期と花粉稔性のQTL解析を行った.その結果,出穂期に関しては,染色体1,6,10で1%水準で有意な領域が検出された.染色体1,6のものはglaberrimaの遺伝子が出穂を遅くする方向に働き,染色体10のものは逆であった.

花粉稔性に関しては,染色体3,7,10に有意な領域が検出され,いずれもへテロ接合体の稔性が低かった.染色体10のものは強い作用を持ち,XNpb333近傍の領域でglaberrimaの染色体を持つ個体の花粉稔性はほぼ0%だった.(3)B_2F_1,B_3F_1におけるMASは,個体数約100,選抜マーカー数約100の規模で滞りなく進めた.現在,B_3F_2世代900個体のMASにとりかかっている.
難分解性産業廃水処理・再生利用のための新規ナノろ過-菌類-MBR法の開発

本研究はメンブレンバイオリアクター(MBR)として難分解性物質を分解する能力のある菌類を産業廃水処理に利用し、同時に処理水を再利用できるまでのレベルに高度処理する全く新しい処理法の開発を目的としているが、今年度は、市販の芳香属ポリアミド製の海水淡水化用中空糸ナノろ過膜モジュールのハウジング部を取りはずし、裸の浸漬型ナノ濾過膜モジュールを作製し、白色腐朽菌を優占させたリアクターに浸漬させ吸引ろ過し、複数の性質の異なる染料を供給して、その基本特性を明らかにする連続処理実験を行った。その結果は、試作した浸漬ナノ濾過膜モジュールで目標とする性能が未だ達成できず、所期の成果を得るところまでには至っていない。前年度に問題となった試作膜モジュール集水部の構造上の問題は解決したのであるが、染料という難分解性物質によるファイリング対策に対して、試作したナノ濾過膜モジュールが有効ではなかったためである。極めてチャレンジングな課題を設定しているので、もう少し試行錯誤の期間が必要である。現在は、発想を変えて、実績のある浸漬精密ろ過MBRの後段に加圧型ナノ濾過膜を設けるという形での性能試験を開始した。加圧型ナノ濾過膜のブライン水を浸漬精密ろ過MBRに返流し、浸漬精密ろ過MBR-加圧ナノ濾過システムとして連続処理実験を開始している。このシステムでの運転の可能性を探るための単一の染料による予備試験の結果では、高度処理水としての所定の性能を得られている。本研究はメンブレンバイオリアクタとして難分解性物質を分解する能力のある菌類を産業廃水処理に利用し、同時に処理水を再利用できるまでのレベルに高度処理する全く新しい処理法の開発を目的としているが、第一年度上半期は、難分解性産業廃水処理のためのナノろ過-菌類-MBR(メンブレンバイオリアクタ)を開発するための予備的検討として文献調査を行い、また使用する浸漬型ナノろ過モジュールを試作した。試作に当たっては、市販のナノろ過中空糸膜モジュールを改良して菌類リアクタに浸漬して使用できるようにした。その際、別に精密ろ過膜を用いて設計したスペーサ付き中空糸膜モジュールをナノろ過膜モジュールに対しても基本設計に導入する予定であるが、まずはスペーサを用いないで浸漬モジュールを作製し、その基本特性を明らかにする実験を開始した。さらに精密ろ過とナノろ過を用いた場合の違いを明らかにする比較対象実験として精密ろ過膜モジュールを用いた実験も並行して行なっている。試作に当たっては、モジュール集水部の構造上の問題が完全には解決できず、まだ膜モジュールの完成に至っていないが、技術的解決の目処はたっている。また染料廃水を対象として使用する菌類についても白色腐朽菌を選定し、選定した白色腐朽菌による染料分解性能を明らかにする回分試験を行なった。今後は、処理システムを組み上げ、連続処理実験を開始する予定である。
生体機能型遷移金属錯体をメディエーターに用いる有機合成法の開発

(1)ブロモアルケンおよびアルキンのラジカル環化。コバルト錯体-反応性電極で構成される複合金属レドックス系による1-ブロモ-3-オキサ-5-アルキン体のラジカル環化を検討した。非分離セル中、支持塩Et_4NOTsを含むメタノール中、コバルト錯体としてコバロキシム(5mol%)を加え、反応性電極として2枚の亜鉛電極を用いて10V(100-120mA)の定電圧下で電解を行ない目的の環化生成物を好収率で得た。反応性電極の種類として亜鉛が優れており、コバルト錯体としてコバロキシムが5mol%の添加で効率よく循環することがわかった。本法は、反応操作が簡便であり、中性条件が用いられ、塩基に弱い官能基を有する化合物にも適用できる等の特長があった。(2)2-(ブロモメチル)ケトンの1,2-アシル転位。2-(ブロモメチル)シクロアルカノンの1,2-アシル転位による環拡大エノン体への変換を検討した。本変換で循環性コバルト錯体と溶出電極の種類を変え、その影響を調査した。この場合、コバルト錯体として[Co(III)(DO)(DOH)pn]Cl_2、溶出電極として亜鉛が優れていた。
飢餓ストレスによる生体応答の仕組の解明

現代社会ではストレスと無縁ではない。一般的にストレスというと精神的なものをイメージしがちであるが、生体にとっては暑い、寒い、低酸素、低栄養もストレスであるといえる。その時生体内では、ストレスタンパク質(熱ショックタンパク質または分子シャペロン)というタンパク質の発現が多くして対応している。今回飢餓時におけるストレスタンパク質の挙動を探ることで生体内にどのような変化が起きているか考える糸口として我々が長年研究してきたストレスタンパク質の一つである分子シャペロンHsp90とその関連タンパク質であるプロテアソーム活性化因子PA28に着目して研究を行った。Hsp90は飢餓時に発現が上昇することが知られており、そのRNAiは致死であることから、実験者が見いだした、Hsp90と相互作用するプロテアソーム活性化因子であるPA28について線虫で研究を行った。まず、PA28の3'側のエキソンにGFP遺伝子を挿入し、線虫の体内での発現をみたが蛍光は検出できなかった。昨年は野生株におけるPA28のRNAiを行って表現型がみられないことを報告したが、今年度はHsp90の変異体であるdaf-21でのRNAiを行った。しかし、RNAiを行っていない線虫と比べ、表現型に違いがみられなかった。今後は代表的な分子シャペロンの発現を飢餓時の線虫とそうでない線虫で違いがあるかを検討したいと考えている。飢餓時の生体応答の仕組みの解明をする上でまず最初に注目したのは下等な動物である線虫における解析である。最下等な動物といわれている線虫は全長1mmの動物であるが、ほぼ全ての遺伝子が解明されている。また、飢餓時には耐性幼虫という形態をとることが分かっており、本研究の初期の解析にふさわしいと考えた。そこで線虫を用いたときにまず考えられるのが、RNAiという遺伝子を破壊する手法である。我々の研究しているストレスタンパク質Hsp90は線虫でRNAiを行うと致死になり、その変異体はRNAiを行うことで飢餓時に耐性幼虫にならないということが分かっている。つまりHsp90は飢餓時における耐性幼虫の形成に関与していることは判明したが、どのように関与しているかは不明である。そこで、近年我々が見つけたHsp90関連タンパク質である、PA28に着目して研究を行った。PA28は細胞内のプロテアーゼであるプロテアソームの活性化因子として発見されたが、詳しい機能解明はなされていないものである。タンパク質はストレス時に変性するが、それを機能を持つ元のタンパク質にrefoldingするのにPA28とHsp90と共役して行うことを、我々は報告している。PA28のRNAiを行ってストレス時にそれが機能しなければ間接的にHsp90も十分な機能を発揮できないと類推できる。その結果の表現型の解析をすることでHsp90の生体内での働きを見られるのではないかと考えた。そこで、PA28のRNAiをまず野生株で行ったが、表現型は何の変化も見られなかった。次に、Hsp90の変異体であるdaf-21についてRNAiを行ったが、耐性幼虫の形成に改善が若干見られた。それについては追試を行っているところである。次に、FudR(2-deoxy-5-fluorouridine)を用いて、PA28が寿命にどのような影響を与えるか検討した。線虫で飢餓により寿命が伸びるという報告があるが、それについて検討する目的でPA28遺伝子を潰した線虫での寿命を測定した。FudRは核酸の合成阻害剤で、成長を停止させるが、寿命には影響を与えない化合物である。これによってPA28のRNAiを行っていない線虫と比べて寿命に影響を与えることが分かれば現在寿命に関して知られているシグナル伝達系のいずれかに属するか絞り込んで検討できる。その結果、ノーマルの線虫に比べて寿命が短い傾向が見られた。今後はその再現性を見ると共に、寿命に関与する情報伝達系のどの経路に関与しているかについて検討をしたいと考えている。
深い学習を促すデジタル教材―学習方略の選択への介入―

プログラミングと統計学の学習を主な領域として、学習方略への介入を試み、その効果を検証することが本研究の目的である。プログラミングの学習では、いわゆる文系の学生の多くが困難を経験する。学生は教師の解説を理解し、プログラミングを行う必要があるが、授業のペースについていけなくなることも多い。たとえば、エラーが生じたときに対処法がわからず、困惑しているうちに授業は先に進んでしまう。こうした状況に対応するため、文系学生を対象としたMATLABプログラミングの授業と、C言語プログラミングの授業で、使用しているテキストの補足説明を提供するウェブ教材を開発した。教師は基本的に講義は行わず、個別になされる質問に対応する。この授業方法を「教えないプログラミング」と呼ぶことにする。前年度からの研究の進展は、C言語のウェブ教材を追加し(授業で扱う全範囲をカバーできた)期末テスト時に学習方法の調査を行ったことと、MATLABのウェブ教材(これは昨年度と同じ)を利用した学習でのデータを追加したことである。データの詳細な分析はこれから行うが、学習者が大きな困難に直面することはなく、「教えないプログラミング」は少なくとも授業として成立していたと言える。このウェブ教材の重要な特徴として、学習方略への介入を試みていることが挙げられる。たとえば、長いプログラムは部分的に動作を確認しながら完成させることや、理解を深めるための簡単なコードを実行することなどを促している。統計学の学習では、学生が数理的な側面を無視してしまわないよう、数理的側面もテストで問われるということを明示した。その結果、これまでと比較して、数理の問題への正答率は上昇した。いくつかの基本的な学習方略は、テストの成績と弱く関連していた。この知見はこれまでも得られていたものであるが、さらにデータを追加して確認した。学習者がウェブ教材を利用してどのような学習を行うか、「教えないプログラミング」は可能なのか、予定していた検証のための実践は行うことができた。MATLABでのコマンド入力履歴の詳細な分析など、プログラミングでの学習データの分析がやや遅れている。C言語のウェブ教材は拡充できたので、期末テスト時に教材の利用について調査を行った。この分析も行う必要がある。「教えないプログラミング」の授業実践は引き続き行う。最終年度を迎えるので、MATLABでのコマンド入力履歴の詳細な分析など、プログラミングでの学習データの分析や、質問紙調査の分析など、データ分析を中心に研究を進める。プログラミング言語の学習では,心理学などいわゆる文系の学生の多くが困難を経験する.大学などでのプログラミングの授業では教師が解説を行うことが多いと考えられるが,説明がよく理解できなくても授業は先に進んでしまう.テキストを自習することにしても,自学自習に困難を感じる学生は少なくない.プログラミングのテキストの自学自習が難しいのは,テキストが理科系の学生に向けて書かれていることや,理科系のテキストを学習するための学習方略が身についていないことなどが,その原因として考えられる.こうした状況に対応するため,心理学の学生にMATLABを教える授業で,使用しているテキストの補足説明を提供するウェブ教材を開発した.このページをテキストと共に使用して学習することで,学習者は自分のペースでテキストを理解できるようになると期待できる.これは一種のeラーニング,あるいはblended learning環境を提供していると考えられる.このウェブ教材の重要な特徴として,学習方略への介入を試みていることが挙げられる.テキストの学習においては,テキストに明示されていない情報を生成すること,すなわち,自己説明を行うことで,学習が促進されることが明らかになっている.そこで,テキストには書かれていないがMATLABで入力して動作を確認するとよい計算を提示したり,難しい式の意味を解説したりするなど,自己説明を教材に含めた.これらは学習者が自発的に生成する自己説明ではないが,教材に示されている学習を行えば,自己説明と同じ学習を行うことになると考えられる.自己説明の他にも,長いプログラムを完成させる方法の教示など,プログラミングの学習に必要な学習方略をウェブ教材で学習できるようにした.以上に述べた教材開発の他に,本研究プロジェクトの一部として,アクティブ・ラーニングのためのいくつかの試みを行った.申請時の研究計画では,2015年度までにかなり開発の進んだ数学のウェブ教材を利用した研究を行う予定であった.実際には,MATLABの学習に使用するウェブ教材の開発を行ったため,数学のウェブ教材を利用して着手する予定だった研究が遅れている.たとえば,テスト成績と相関のある学習方略の発見や,深い理解を問うテスト課題の作成に遅れがある.プログラミングと統計学の学習を主な領域として、学習方略への介入を試み、その効果を検証することが本研究の目的である。たとえば、長いプログラムは部分的に動作を確認しながら完成させることや、理解を深めるための簡単なコードを実行することなどを促している、MATLABプログラミングのウェブ教材を使用して、「教えないプログラミング」の授業実践を行い、理解を確認する小テストを行った。

学習者がどのように学習を進めたかを調べるため、毎回の授業で、MATLABでのコマンドウィンドウへの入力をコピーして提出させた。コマンドの入力からは、理想的ではないものの、教員が意図した学習方略が実行されていることが確認できた。小テストの結果から、教員が解説講義を行わなくても、プログラミングの学習が十分に可能であることが明らかになった。統計学の学習では、学生が数理的な側面を無視してしまわないよう、数理的側面もテストで問われるということを明示した。その結果、これまでと比較して、数理の問題への正答率は上昇した。いくつかの基本的な学習方略は、テストの成績と弱く関連していた。MATLABプログラミングの解説教材に加え、C言語の解説教材も作成することができた。学習者がこれを利用してどのような学習を行うか、「教えないプログラミング」は可能なのか、検証のための実践を本年度に行う予定である。統計学の学習では、いくつかの基本的な学習方略が、テストの成績と弱く関連していることが確認できた。数理的側面もテストで問われるということを明示した結果、これまでと比較して、数理の問題への正答率は上昇した。適切な学習方略が、数理の学習において実際に利用されているのか、授業実践において確かめることは難しい。それでも、テスト課題によって学習を方向づけることには成功したと考えられる。プログラミングと統計学の学習を主な領域として、学習方略への介入を試み、その効果を検証することが本研究の目的である。プログラミングの学習では、いわゆる文系の学生の多くが困難を経験する。学生は教師の解説を理解し、プログラミングを行う必要があるが、授業のペースについていけなくなることも多い。たとえば、エラーが生じたときに対処法がわからず、困惑しているうちに授業は先に進んでしまう。こうした状況に対応するため、文系学生を対象としたMATLABプログラミングの授業と、C言語プログラミングの授業で、使用しているテキストの補足説明を提供するウェブ教材を開発した。教師は基本的に講義は行わず、個別になされる質問に対応する。この授業方法を「教えないプログラミング」と呼ぶことにする。前年度からの研究の進展は、C言語のウェブ教材を追加し(授業で扱う全範囲をカバーできた)期末テスト時に学習方法の調査を行ったことと、MATLABのウェブ教材(これは昨年度と同じ)を利用した学習でのデータを追加したことである。データの詳細な分析はこれから行うが、学習者が大きな困難に直面することはなく、「教えないプログラミング」は少なくとも授業として成立していたと言える。このウェブ教材の重要な特徴として、学習方略への介入を試みていることが挙げられる。
層構造白金族ダイカルコゲナイドの2次元的電気伝導及び磁気的性質に関する研究

遷移金属ダイカルコゲナイドMX_2(X=S,Se,Te)の多くは層状構造を持ち、電荷密度波、インターカレーション化合物の生成など数多くの興味を提起し、今日迄広く研究がなされてきた。一方、その非晶質化合物は、電気化学的性能や触媒作用が、結晶状態よりも優れた特性を有することで注目されているが、その原子構造解析や物性データの蓄積は未だ十分なされていない。本研究では、沈殿法により合成した非晶質白金硫化物(Pt_<1-X>S_2)の局所的な原子構造をX線異常散乱法(AXS)を用いて調べ、、結晶構造と比較し、電気化学的特性との関係を検討した。試料はH_2PtCl_6水溶液にH_2Sガスを吹き込むことにより合成した。この試料について高エネルギー物理学研究所の放射光X線源を利用し、PtのL_<III>吸収端(11.562keV)の30及び300eV低エネルギー側のX線を用いて散乱測定を行った。散乱強度のエネルギー依存性からPt周囲の環境干渉関数求め、フーリエ変換によりPtの環境動径分布関数を得た。これとMo Kalpha線を用いて得られた全動径分布関数と比較することによって、CdI_2構造型PtS_2における八面体ユニット(PtS_6)を基本構造としたランダム連結モデルを想定し、最小自乗法を用いて干渉関数にフィッティングを行うことで原子間距離および配位数の精密化を行った。精密化された構造パラメターから非晶質硫化白金の組成はPt過少であって、熱重量分析から算出された組成および密度と一致し、Pt過少による空孔体積の増加、つまり微視的な表面積の増加により電気化学的活性が高められていることが分かった。
細胞膜脂質ドメインの構成とダイナミクスの分子解析

(1)脂質プローブのキャラクタリゼーションライセニンはスフィンゴミエリンを特異的に認識するポア形成毒素である。ライセニンとスフィンゴミエリンとの相互作用に及ぼすコレステロールの影響は良くわかっていない。われわれはライセニンのオリゴマー化がコレステロールおよびスフィンゴミエリン/ライセニン比により制御されること、その結果ライセニンの活性が変化することを示した。デュラマイシンは19アミノ酸からなる環状ペプチドで、ホスファチジルエタノールアミンに特異的に結合するシンナマイシンと類似の構造をしている。デュラマイシンの脂質特異性はわかっていなかった。われわれはデュラマイシンおよびシンナマイシンがどちらもエタノールアミンリン脂質に特異的に結合すること、結合は膜の曲率に依存することを明らかにした。(2)コレステロールによるエンドサイトーシスの制御われわれはChinese hamsterovary細胞において細胞密度の増加と共に細胞内コレステロールが増大すること、またそれに伴っていくつかの蛍光標識脂質類似体のエンドサイトーシス経路が変化することを見出した。細胞密度に依存したエンドサイトーシスにはコレステロールが重要な役割を担っている。われわれの結果はコレステロールが低分子量GTPアーゼrab11を介してエンドサイトーシスを制御していることを示している。(3)エンドソーム脂質ドメインによる細胞内コレステロールホメオスタシスの制御D-PDMPとガングリオシドGM1を用いた実験により後期エンドソームのビス(モノアシルグリセロ)リン酸(BMP)に富んだ膜ドメインの構造変化が細胞内へのコレステロール蓄積の原因となっていることを示した。またBMP特異的な抗体を用いることにより、マクロファージのコレステロールホメオスタシスがBMPドメインの変化によって影響を受けることを示した。細胞膜上で脂質がどのように配列しているか、ということはほんどわかっていない。脂質ラフトはスフィンゴ脂質とコレステロールに富む膜上のドメインと定義されるが、最近の研究はすべての脂質ラフトが同一の脂質組成を持っているのではなく、さまざまな種類の脂質ラフトが存在することを示唆している。ライセニンは脂質ラフトの主要コンポーネントのひとつであるスフィンゴミエリンに特異的に結合するタンパク質毒素である。これまでにわれわれはライセニンが膜上での脂質の分布状態に依存してスフィンゴミエリンを認識することを報告してきた。ライセニンを用いて生きた状態の生体膜を研究しようとする場合、その毒性が大きな問題となる。今回さまざまなライセニンのミュータントを調製し、スフィンゴミエリンには結合するが毒性を持たないプローブの開発に成功した。無毒ライセニンを用いることによりJurkat T細胞においてはスフィンゴミエリンに富むラフトと糖脂質GM1に富むラフトはそれぞれ別々に細胞膜上に存在することが示された。T細胞受容体の活性化やGM1の架橋はJurkat細胞を活性化するが、カルシウムの流入やタンパク質のリン酸化はスフィンゴミエリンを架橋することによっても誘起される。スフィンゴミエリンの架橋による細胞の活性化のメカニズムの詳細な解析からスフィンゴミエリンに富んだドメインとGM1に富んだドメインとは異なった種類のシグナル伝達のプラットフォームとして機能していることが示唆された。細胞外の物質や細胞膜の脂質、タンパク質はエンドサイトーシスにより取り込まれ、初期エンドソーム、後期エンドソーム、リソソームと輸送されて分解される。後期エンドソームは特徴的な脂質、ビス(モノアシルグリセロ)リン酸(BMP)を大量に含んだ内膜構造を有している。BMPはエンドソーム内膜において固有の脂質ドメインを形成し、後期エンドソームにおける脂質、タンパク質の分解、後期エンドソームからの高分子のソーティングに関与していると考えられている。しかしBMPの構造、代謝、機能はわからないことが多い。平成18年度においてわれわれはBMPドメインの機能とBMPの作る膜ドメインの構造について解析を行った。

1)BMPドメインの機能D-PDMPは糖脂質合成阻害剤であると同時に多剤耐性のがん細胞を抗がん剤に感受性にする、という作用を持っている。われわれはD-PDMPの細胞への作用機構を解析し、D-PDMPは糖脂質合成とは無関係にBMPドメインに蓄積することにより細胞内のコレステロールのホメオスタシスを変化させ、その結果抗がん剤への感受性を付与することを明らかにした。またBMP特異的抗体を用いることにより、BMPドメインがマクロファージにおけるコレステロール代謝に重要な役割を果たしていることを示した。2)BMPドメインの構造自然界のほとんどの脂質においてグリセロリン酸はsn-3の立体配置を示すが、BMPはsn-1-グリセロリン酸構造を持つ、という特徴がある。sn-3-BMPとsn-1-BMPを化学合成し、2つの脂質は物理化学的性質が異なっていることを示した。またBMPは酸1生条件下においてガングリオシドと特徴的な多重膜構造を形成することを示し、遺伝的ガングリオシド蓄積症における特徴的なエンドソームの構造の変化を試験管内で再現することに成功した。
切断近似をしないボルツマン方程式と非線形超局所解析

ボルツマン方程式の初期値問題を粒子間の長距離相互作用を考慮した仮定のもとで考察した。粒子分布が空間変数によらない場合には,確率測度解の枠組みで解の構成と解の平滑化が,物理的妥当な衝突断面積のほぼすべての場合に示された。粒子分布が空間変数による場合も初期値問題の時間局所解と時間大域解が種々の関数空間の設定で得られた。本研究では衝突角度に関する特異性をもつボルツマン衝突積分作用素に対する超局所的解析が重要である。切断近似をしないボルツマン方程式と,関連するランダウ方程式,Kac方程式,フォッカー・プランク方程式などの運動学方程式の初期値問題を考察した.空間非一様な切断近似をしないボルツマン方程式についてソフトポテンシャルの場合は,速度変数についてマクスウェル関数の減少オーダーの仮定をおかなくても,解の一意性が得られることが代表者等の研究で知られていたが,解の存在については未知であった.粒子の衝突前後の速度変数変換について特異性をもつものまで駆使することにより,時間局所解の存在を広範な初期値に対して示すことに成功した.実際,初期値は適当な階数までの導関数が速度変数については多項式オーダーの減衰を,空間変数については一様な局所可積分性をみたせば,時間局所(古典)解の存在が明らかになった(発表論文[2]).また,分数べきの微分作用素に関する関数積のLeibniz公式の理論を用いて,これまでに代表者等によって得られた,空間非一様なボルツマン方程式の局所解の存在定理における,初期値の解空間の微分階数の設定がより制約の少ないように改良することができた(発表論文[1]).空間一様な切断近似をしないボルツマン方程式について,マクスウェル型と呼ばれる衝突積分核が粒子の相対速度によらない単純な場合には,初期値が1点のみのDirac測度以外であれば,弱解の範囲を測度解に広げても必ず平滑効果が起こることが代表者らの研究で明らかになっていた.しかしながら,初期値のエネルギーが有限な場合を除いて平滑効果が時間に対して安定であるか未解決であった.エネルギー(分散)有限より弱いモーメント条件をみたす確率測度に対して,Toscani距離と異なる補完的な距離を導入することにより,この平滑効果が時間無限大まで安定であることが示された(発表[5]).空間非一様な切断近似をしないボルツマン方程式については,代表者らの研究により,大域的平衡解であるマクスウェル分布の周りでの摂動解が,ハードポテンシャル,ソフトポテンシャルのいずれの場合も,初期摂動が空間変数と速度変数に関してある程度の微分可能性を仮定すると存在することが知られていた.これまで,ハードポテンシャルの場合は,技術的な理由でソフトポテンシャルの場合よりも多くの微分階数を仮定する必要があったが,空間変数に関してBesov空間を導入することにより,ほぼ最適(optimal)と思われる3/2指数のBesov空間の微分可能性を空間変数に仮定すれば,速度変数については2乗可積分空間の枠のみで,大域的な摂動解が得られることが明らかになった.空間一様なボルツマン方程式の研究では,マクスウェル型と呼ばれる衝突積分核が粒子の相対速度によらない場合には,初期値が1点のみのDirac測度以外であれば,弱解の範囲を測度解に広げても必ず解の平滑効果が初期エネルギーが無限な場合を含めておこることを前年度までの研究で明らかにしていたが,エネルギーが無限で,1次のモーメントが丁度,有界になる場合の測度解の時間連続性は未解決であった.測度解の空間における,Toscani距離とそれを補完的する距離を導入する際に,補完距離の部分を実部のみ考えることにより,1次のモーメントの処理が可能であることを示した.ボルツマン方程式の球対称解をモデルとして導出されるKac方程式に対し,空間非一様な場合についてマクスウェル分布の周りでの摂動解のGevrey級の平滑効果, Gelfand-Silov級の平滑効果を考察した.Gevrey性は解析性(analyticiy)の一般化であり,Gelfand-Silov性は,基礎空間上とフーリエ空間上の両方でのGevrey性を意味する.前年度に引き続き,空間非一様な切断近似をしないボルツマン方程式について,空間変数に関してBesov空間を導入することにより,ほぼ最適(optimal)と思われる3/2指数の微分可能性の仮定の下,大域的平衡解であるマクスウエル分布の周りの摂動解の時間大域存在を考察した。速度変数については,微分可能性を仮定しない2乗可積分空間の枠のみで大域解の存在がハードポテンシャルの場合は前年度までの研究で得られていたが,ソフトポテンシャルの場合も全く同様な結果が成立することを明らかにした。このソフトポテンシャルに対する結果は,摂動解がみたす線形化方程式の非線形項の評価を従来よりも精密にすることにより初めて可能となった。空間一様なボルツマン方程式の弱解を確率測度の枠組みで,ハード,ソフトポテンシャルの両方の場合について,統一した方法で構成することに成功した。マクスウェル型と呼ばれる衝突積分項が衝突する2粒子の相対速度によらない特別な場合に,前年度までに得られていた結果を,ほぼすべて,より一般なハード,ソフトポテンシャルの両方の場合に明らかにした。

具体的には,衝突積分項の角度因子が特異性をもつ自然な仮定のもとでは,エネルギー有界な初期値が1点のみのDirac測度以外であれば,弱解の範囲を測度解に広げても必ず解の平滑効果が起こる(解が時間t>0で無限回微分可能な関数になる)ことを,ハードポテンシャルの場合は,モーメント獲得(gain)と呼ばれる性質をみたす解に対して,ソフトポテンシャルの場合は,任意のオーダーのモーメントが有限な解に対して,示すことができた。マクスウェル型で有効であった確率測度空間のフーリエ像に導入されるToscani型距離とそれを補完するために導入した距離が,一般な空間一様なボルツマン方程式にも適用可能であることを示したことは,今後の研究において意義があると思われる。空間一様なボルツマン方程式の測度解の平滑効果に関しては目標をほぼ達成できた。実際,エントロピー有界を仮定しないで考察可能な衝突積分項に対する仮定のもと,エネルギー有界な初期値が1点のみのDirac測度でなければ,弱解の範囲を測度解に広げても解が時間t>0で無限回微分可能な関数になることを明らかにした。マクスウェル型と呼ばれる衝突積分項が衝突する2粒子の相対速度にはよらない特別な場合は,エネルギー無限な初期値に対してさえも平滑効果が示された。また,測度解の構成については,フーリエ変換を経由して,従来のToscani型距離とそれ補完するために導入した距離を用いて,ソフト,ハードポテンシャルの両方の場合に対して統一して取り扱うことができる方法を確立し,特にソフトポテンシャルの場合には,エネルギー無限な初期値に対してまで解の構成に成功した。空間非一様なボルツマン方程式に対し,空間変数,速度変数について,従来よりも少ない微分可能性でマクスウエル分布の周りの摂動解の時間大域存在を示すことができた。これは,2粒子の衝突角度,相対速度,いずれに関しても特異性をもつボルツマン方程式の衝突積分項を少ない微分可能性で評価することで可能となったものであり,空間非一様なボルツマン方程式の弱解のregularity (正則性)の研究とも関連した成果である。空間一様なボルツマン方程式の弱解を前年度につづき,確率測度の枠組みで考察した。衝突項の角度因子の特異性について切断近似をしない場合,マクスウェル型を除き,解の一意性は一般には成立しないことが知られている。しかしながら,ハードポテンシャルの場合は,角度因子の特異性に応じた適当なオーダーの速度モーメントに関する局所時間積分が有界でエネルギーを保存する任意の弱解は,実は時間正で直ちにすべてのオーダーの速度モーメントが有界であるという性質をみたすことが明らかになった。これにより,初期値が単独のディラックマスでないならば,ほぼ,すべての弱解(測度解)が時間正でシュワルツ急減少関数空間に属することが示された。ソフトポテンシャルの場合も,解の一意性に拘わらずすべての弱解について,初期値のモーメント有界性が保存されることが明らかになり,ハードポテンシャルの場合に対応する解の平滑化に関する一般的な命題が得られた。本研究では確率測度解をフーリエ変換像を通して解析してきた。今までエネルギー有界(2次モーメント)までの確率測度しか,そのフーリエ像の特徴付けができていなかったが,フーリエ像の対称な高階差分とその積分を考察することにより,任意のオーダーのモーメント有界な確率測度をそのフーリエ像で特徴付けすることに成功した。これにより,任意の指数についてMonge-Kantorovich-Wasserstein距離と同等な(一般化された)Toscani型距離が得られた(指数2は,1999年にToscani-Villaniにより示され,指数2より小さな場合は前年度までに代表者らの研究で明かとなっていた)。
高エネルギー陽子衝突実験における重い右巻きニュートリノの探索

世界最高エネルギーの陽子加速器を用いた衝突実験において、これまで発見されていない重い新粒子の探索を目指して研究を行なった。新粒子の発見のために、「ミュー粒子」を用いた衝突事象選別(トリガー)の効率90%以上でのデータ取得と、械学習技術の粒子識別への適用の研究の2つを遂行した。まず、ミュー粒子トリガーの効率を90%以上とするため、検出器の異常への対処方法の改良を行なった。検出器に異常が発生した際、これまでは対症療法的な処理がされており、その原因の究明が十分にされていなかった。私は、異常を発見した際にデータからその原因を分類し、どのような処理をすべきかを明確に定めることで、高い効率でデータ取得ができる仕組みを作成した。同時に、異常ノイズ事象検知システムの判定システムの改良・運用を行った。このシステムでは、検出器の情報をリアルタイムに処理して、多量の信号が見られた時にトリガーを一時的に停止することで、読み出し自体がストップすることを避けることができる。多量の信号、というのは具体的には一定以上の数の検出器が、一定時間以上信号を出し続けた場合のことである。この数・時間のパラメータを最適化し、より高い精度で異常ノイズを判定しつつ、通常の事象の時はなるべくノイズ判定しない条件を定めた。このシステムの導入により、ノイズによりデータ取得が停止してしまう時間を70%以上削減することができた。機械学習の粒子識別への適用に関しては、複数の検出器の情報を組み合わせるアルゴリズムの新開発を行なった。今年度は、電子とミュー粒子の識別の開発に取り組み、これまでの手法に比べて15%程度、誤識別率を下げることに成功した。今年度計画していた「ミュー粒子トリガーの改良」と、「機械学習を用いた粒子識別」の2つの研究について、以下に記す。まず、ミュー粒子トリガーの改良に関しては、計画の通り90%以上の効率、および停止時間の削減に貢献することができた。特に、当該年度はデータ取得の最終年であり、取得できたデータ量が多かったため、ミュー粒子トリガーの効率を高く維持できたことで、より多くの統計量で新粒子の探索を行うことができる。次に、機械学習を用いた粒子識別に関しては、当初想定していなかった課題により、やや計画より遅れている。これは、タウは粒子が複数の粒子に崩壊するため、粒子識別に条件が複雑になる傾向があることに起因する。これに対して、電子やミュー粒子は寿命が十分長く検出器内では崩壊しないため、識別条件は比較的簡単である。今年度は、機械学習による粒子識別自体の手法の確立のため、電子とミュー粒子の粒子識別の研究を行なった。また、機械学習への入力変数として、これまで使われていなかった検出器情報を利用する研究を行なったが、識別精度大きな向上には繋がらなかった。総じて、研究計画に対してやや遅れているが、電子やミュー粒子の粒子識別にも機械学習が利用できることが分かった。今後、タウだけでなく電子やミュー粒子を用いた新粒子探索にも応用できる可能性がある。本年度は電子・ミュー粒子の粒子識別に機械学習を利用する研究を行なった。この結果、機械学習を用いることによる改善は、低い運動量でより大きくみられるということがわかった。この傾向はタウ粒子に対する粒子識別でもみられているが、電子・ミュー粒子の方が改善が大きいことがわかっている。研究課題で探索する「重い右巻きニュートリノ」は高い運動量の粒子を出すため、機械学習による改善は当初想定していたより小さいということが判明した。ここで、私は「電弱ゲージーノ」に注目した。電弱ゲージーノはダークマターの候補であり、もし発見できれば直接新物理の証拠となる。この粒子は低い運動量の電子・ミュー粒子・タウ粒子に崩壊することがあり、また、このとき、宇宙にあるダークマターの量をうまく説明できることが知られていて、非常に注目されている。機械学習を用いた粒子識別をフルに活用して新物理の証拠を掴むため、この粒子の探索に切り替える予定である。

今年度は、電子とミュー粒子の識別の開発に取り組み、これまでの手法に比べて15%程度、誤識別率を下げることに成功した。今年度計画していた「ミュー粒子トリガーの改良」と、「機械学習を用いた粒子識別」の2つの研究について、以下に記す。まず、ミュー粒子トリガーの改良に関しては、計画の通り90%以上の効率、および停止時間の削減に貢献することができた。特に、当該年度はデータ取得の最終年であり、取得できたデータ量が多かったため、ミュー粒子トリガーの効率を高く維持できたことで、より多くの統計量で新粒子の探索を行うことができる。次に、機械学習を用いた粒子識別に関しては、当初想定していなかった課題により、やや計画より遅れている。これは、タウは粒子が複数の粒子に崩壊するため、粒子識別に条件が複雑になる傾向があることに起因する。これに対して、電子やミュー粒子は寿命が十分長く検出器内では崩壊しないため、識別条件は比較的簡単である。今年度は、機械学習による粒子識別自体の手法の確立のため、電子とミュー粒子の粒子識別の研究を行なった。また、機械学習への入力変数として、これまで使われていなかった検出器情報を利用する研究を行なったが、識別精度大きな向上には繋がらなかった。総じて、研究計画に対してやや遅れているが、電子やミュー粒子の粒子識別にも機械学習が利用できることが分かった。今後、タウだけでなく電子やミュー粒子を用いた新粒子探索にも応用できる可能性がある。本年度は電子・ミュー粒子の粒子識別に機械学習を利用する研究を行なった。この結果、機械学習を用いることによる改善は、低い運動量でより大きくみられるということがわかった。この傾向はタウ粒子に対する粒子識別でもみられているが、電子・ミュー粒子の方が改善が大きいことがわかっている。研究課題で探索する「重い右巻きニュートリノ」は高い運動量の粒子を出すため、機械学習による改善は当初想定していたより小さいということが判明した。ここで、私は「電弱ゲージーノ」に注目した。電弱ゲージーノはダークマターの候補であり、もし発見できれば直接新物理の証拠となる。この粒子は低い運動量の電子・ミュー粒子・タウ粒子に崩壊することがあり、また、このとき、宇宙にあるダークマターの量をうまく説明できることが知られていて、非常に注目されている。機械学習を用いた粒子識別をフルに活用して新物理の証拠を掴むため、この粒子の探索に切り替える予定である。
脳虚血・低酸素障害における選択的脆弱性とミトコンドリア代謝障害

脳虚血障害時の脆弱性脆弱性発生にミトコンドリア障害が関与する可能性の検討のため、(1)砂ネズミ両側総頚動脈結紮モデルに於いて、免疫組織学的手法と局所微量定量代謝解析法の組み合わせにより、障害発生部位と非発生部位とで虚血中および血流再開後におけるエネルギー代謝の変動を比較検討した。海馬、大脳皮質、視床のいずれにおいても障害発生部位では非発生部位に比して、虚血中のエネルギー代謝の障害の程度は同様であったが、血流再開後のエネルギー代謝の回復の遅延が認められた。以上より、選択的脆弱性の発現にはミトコンドリア障害が関与している可能性が示された。(Ueda H et al.,J.Neurochem.,1999)(2)砂ネズミ両側総頚動脈結紮モデルに於いて、脳虚血の中心部の表在小動脈では血管攣縮が虚血2分後より発生した。この際には、血管周囲組織のミトコンドリアのチトクローム酸化酵素の急激な還元化とATPなど高エネルギーリン酸化合物の枯渇がほぼ同時に観察された。このことからミトコンドリア障害が血管反応性とも密接に関連している可能性を示した。(Ueda H et al.,Abst.Soc.Neurosci.1999)以上、虚血障害発生におけるミトコンドリア障害の重要性につきおもに代謝解析の面から証明し得た。この際には、血管周辺組織のミトコンドリアのチトクローム酸化酵素の急激な還元化とATPなど高エネルギーリン酸化合物の枯渇がほぼ同時に観察された。(Ueda H et
自己形成ボイドを用いた応力緩和による異種基板上への高品質結晶成長技術の開発

本研究では,従来の薄膜成長で常識であった「欠陥や表面凹凸のない高品質基板を用いる」という概念の打破に挑戦する.すなわち,基板表面近傍に存在するボイド(特異構造)を用いた内部応力緩和により,異種基板上への高品質結晶成長技術を実現することを最終目標とし,Si基板上の窒化物半導体成長で解析・実証する.そのために,1) Si基板表面炭化によりSiC薄膜直下に自己形成される空隙(ボイド)を積極的に利用し,「表面平坦な自己形成ボイドSiC/Si基板」を作製する,2)基板との物性値差により生じる内部応力をボイドで緩和させること,表面平坦なSiC薄膜を成長下地とすること,の2点により,SiC/Si基板上に高品質窒化物半導体層を成長する,3)ボイドの存在による内部応力緩和と窒化物半導体層の結晶性との相関を定量的に解析することにより,さまざまな異種材料成長系に適用可能な普遍的な学理を構築する,を行う.平成30年度は,Si表面炭化実験は学外の研究協力研究室に設置の装置を利用して行った.基板表面の原子ステップを変化させるため,Si基板のオフ角依存性を検討した.異なる面方位のSi基板についてオフ角がついたものとないものを同時に炭化した.いくつかの条件で炭化したが,いずれもオフ角の有無の影響は見られなかった.炭化前または炭化中に明瞭なステップが現れなかった可能性や,オフ角および方向が適切でなかった可能性がある.一方,得られたSiC/Si基板上にGaNを成長した.ここで,SiCに対するGaNの濡れ性が低いことが知られており,濡れ性の向上にAl原料先行供給が有効である.Al原料分圧・供給時間を変化させたところ,最適なAl先行供給条件を用いて,表面平坦なSiC/Si基板上に表面平坦かつ単一配向の連続GaN膜を得ることに成功した.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,従来の薄膜成長で常識であった「欠陥や表面凹凸のない高品質基板を用いる」という概念の打破に挑戦する.すなわち,基板表面近傍に存在するボイド(特異構造)を用いた内部応力緩和により,異種基板上への高品質結晶成長技術を実現することを最終目標とし,Si基板上の窒化物半導体成長で解析・実証する.そのために,1) Si基板表面炭化によりSiC薄膜直下に自己形成される空隙(ボイド)を積極的に利用し,「表面平坦な自己形成ボイドSiC/Si基板」を作製する,2)基板との物性値差により生じる内部応力をボイドで緩和させること,表面平坦なSiC薄膜を成長下地とすること,の2点により,SiC/Si基板上に高品質窒化物半導体層を成長する,3)ボイドの存在による内部応力緩和と窒化物半導体層の結晶性との相関を定量的に解析することにより,さまざまな異種材料成長系に適用可能な普遍的な学理を構築する,を行う.平成29年度は,研究代表者が所属機関を異動したことにともない,上記の目的を達成するため,Si表面炭化を行う小型反応装置,COガス除害設備の立ち上げ・配管接続等を行った.除害設備・炭化反応炉の真空系については正常に動作することを確認した.一方,反応炉の加熱については,熱電対による測温に工夫が必要であることが,ヒータ出力が不足していること,炉部材から外部への放熱が当初予想より大きいこと,が判明した.測温・放熱の問題については平成29年度にほぼ解決できたが,加熱については平成30年度に引き続き検討する.研究代表者の所属機関異動にともなう装置の立ち上げに時間を要したため.また,炭化反応炉の加熱部および測温部の不具合・故障が相次いだ上,加熱部に改造が必要なことが判明したため.本研究では,従来の薄膜成長で常識であった「欠陥や表面凹凸のない高品質基板を用いる」という概念の打破に挑戦する.すなわち,基板表面近傍に存在するボイド(特異構造)を用いた内部応力緩和により,異種基板上への高品質結晶成長技術を実現することを最終目標とし,Si基板上の窒化物半導体成長で解析・実証する.そのために,1) Si基板表面炭化によりSiC薄膜直下に自己形成される空隙(ボイド)を積極的に利用し,「表面平坦な自己形成ボイドSiC/Si基板」を作製する,2)基板との物性値差により生じる内部応力をボイドで緩和させること,表面平坦なSiC薄膜を成長下地とすること,の2点により,SiC/Si基板上に高品質窒化物半導体層を成長する,3)ボイドの存在による内部応力緩和と窒化物半導体層の結晶性との相関を定量的に解析することにより,さまざまな異種材料成長系に適用可能な普遍的な学理を構築する,を行う.平成30年度は,Si表面炭化実験は学外の研究協力研究室に設置の装置を利用して行った.基板表面の原子ステップを変化させるため,Si基板のオフ角依存性を検討した.異なる面方位のSi基板についてオフ角がついたものとないものを同時に炭化した.いくつかの条件で炭化したが,いずれもオフ角の有無の影響は見られなかった.炭化前または炭化中に明瞭なステップが現れなかった可能性や,オフ角および方向が適切でなかった可能性がある.一方,得られたSiC/Si基板上にGaNを成長した.ここで,SiCに対するGaNの濡れ性が低いことが知られており,濡れ性の向上にAl原料先行供給が有効である.

Al原料分圧・供給時間を変化させたところ,最適なAl先行供給条件を用いて,表面平坦なSiC/Si基板上に表面平坦かつ単一配向の連続GaN膜を得ることに成功した.1) Si表面炭化によるSiC/Si基板の作製本研究の要となる,「表面平坦な自己形成ボイドSiC/Si基板」を得るための炭化条件を確立する.まず炭化実験に必要な炭化反応炉の改造を行う.炭化実験の制御パラメータとして炭化温度・CO分圧・基板オフ角の3点を検討し,これらが表面平坦性やボイド密度・サイズに与える影響を明らかにする.2)窒化物半導体の結晶成長・結晶性評価1)で作製した自己形成ボイドSiC/Si基板上に,窒化物半導体(本研究ではGaN単層から開始し,AlGaN層を中心とする)を成長する.1)・2)で作製したSiC/Si基板および窒化物半導体層についてさまざまな評価を行い,SiC/Si基板の状態が窒化物半導体層の結晶性に与える影響を調べる.具体的には,表面平坦性・結晶配向性・膜厚・ボイド密度およびサイズ等の構造評価,転位密度等の微細構造評価,電気・光学特性評価を行う.なお,1)と2)は可能な限り並行して進め,得られた結果を互いにフィードバックする.3)内部応力の解析窒化物半導体層の結晶性が良好な試料とそうでない試料を中心に,マクロ・ミクロ両方の観点から内部応力を解析する.2)で得られた結果との相関を調べることで,SiC/Si基板のボイドが,内部応力の緩和を通して窒化物半導体層の結晶性向上に与える影響を定量的に考察する.以上の知見から普遍的な学理を抽出し,提案手法を他材料系にも広く適用可能な技術として確立する.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。