hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遷移金属炭化物表面の原子配列及び電子状態制御による高機能表面の創出

本研究の目的は、セラミックス的な性質と金属的な性質を併せ持つ物性的に興味ある物質系である遷移金属炭化物のうち、白金系貴金属に匹敵するような優秀な触媒活性・選択性を示すモリブデン炭化物(Mo_2C)の単結晶(0001)表面の原子配列及び電子状態を精密にコントロールすることにより高機能表面を創出することである。主に走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて研究を展開し、さらに精密な表面電子状態測定のための走査トンネル分光(STS)を整備した。1.構造選択的新規エッチング反応の発見(【square root】3x【square root】3)R30°-honeycomb構造、c(2x4)-ジグザグ列構造、炭素クラスター構造など複数種の表面炭素組織構造で覆われたMo_2C(0001)表面を酸素ガスに露出すると、表面に強く結合しているはずの表面炭素原子が室温という低い温度でもエッチングを受けること、そのエッチングのされ方に構造選択性があることをSTM観察により見いだした。ジグザグ列をなしている表面炭素原子が選択的に酸素と反応して一酸化炭素として脱離し、下地の(1x1)-Mo層の領域が現れてくる様子が高分解能STM観察により明らかになった。モリブデンカーバイド上の炭素組織構造の特異な反応性を反映した結果と考えられる。2.COプローブ吸着分子の表面ダイナミック挙動の直接観察
刺激応答性グラフト鎖を利用した抗ファウリング膜の開発

1.グラフト鎖の導入ポリエチレン素材の限外濾過膜、精密濾過膜に、アルゴン雰囲気下で高周波低温プラズマを照射し、その後メチルアクリレート、アクリルアミド、イソプロピルアクリルアミドモノマー溶液に浸漬し、グラフト重合によりグラフト鎖の膜表面、および膜細孔壁への導入を試みた。重合条件としては、モノマー溶媒、モノマー濃度、反応温度、反応時間を種々変化させた。その結果、メチルアクリレートは容易にグラフトすることができ、グラフト量の制御も容易であった。アクリルアミドも重合はできたが、重合量の調整は難しく、抗ファウリング性の実験に使用できる膜は得られなかった。メチルアクリレートは感温性が悪く、温度変化によるグラフト鎖の伸縮現象は観察されなかった。感温性ゲルとなることが確認されているイソプロピルアクリルアミドはプラズマグラフト重合が難しく、種々反応条件等を検討したが、残念ながら研究期間内では抗ファウリング性の検討に使用できる膜は得られなかった。今後さらにプラズマ照射条件、重合反応条件を検討していくことが必要であろう。2.抗ファウリング性の評価法の検討膜へのウシ血清アルブミン(BSA)の吸着量の定量方法として、従来のTNBS法を改良した迅速TNBS法を新たに開発した。これによりBSA溶液への膜浸漬実験、BSA溶液の膜透過実験で膜に吸着したタンパク質の直接定量が可能となった。実際にポリエチレン素材以外にも、ポリスルホン、PTFE、ポリアクリロニトリル素材の膜、親水性ポリマーでコーティングした膜のBSA吸着量を測定し、本定量法による抗ファウリング性評価の有効性を確認した。
聴覚フィードバックによるラット超音波発声制御

本研究では聴覚からのフィードバック入力が音声の発声にどのように影響するかについて、ラットを実験動物として実験的に明らかにすることであった。ラットは可聴音の他に超音波を発声するが、その発声は育仔行動・攻撃行動・性行動などの特異的な行動と結び付いて発声されるもので、可聴音の発声と異なり、可聴音成分を含まない独特のおであるので、聴性フィードバックの影響を調べるモデルとして適当と思われた。各年度の研究期間において、ラットの発声する超音波の記録解析から行い、電気刺激による超音波発声および超音波発声の時の呼吸運動の記録解析を行い、自然状態での超音波発声の記録と発声頻度を増加させる行動学的訓練を行い、最終的にラットが無麻酔下で発声するときにその発声音を時間を遅らせて聞かせたときの発声音の変化を記録しようとした。これらのうち超音波発声の記録・解析、超音波発声時の特異的な呼吸運動の記録・解析は行うことができた。自然発声頻度を行動学的手法によって高める訓練では、多くの試行を試み、データを解析したが、訓練前と比較して発声頻度の有意な増加を示すことは困難であった。従ってラットに超音波を自然状態で高頻度で発声させるには餌のポジティブレウォードによる行動学的訓練のみによってではなく、上記の特異的行動を導入し、例えば、妊娠後、育仔行動を行っている母個体を単独で実験箱に入れて使用するなどを行ってみることが必要であろうと思われた。ラットは可聴音の他に超音波を発声するが、その発声は特異的な行動と結び付いて発声されるもので、可聴音の発声と異なり、可聴音成分を含まない独特のものであるので、聴性フィードバックの影響を調べるモデルとして適当と思われた。本年度では、ラット自発発声を行動学的手法によってその頻度を高め、発声機能への影響を調べる系を確立することがまず必要であった。そのためシャトルボックスを購入し、それをパソコン制御するハードウェアの作成とプログラムの作成を行った。またラットをシャトルボックスに慣れさせる訓練を行った。次に聴性フィードバックをかけるための装置の作成について、TDTシステムIIシグナルプロセッシングシステムを購入した。これは最近、開発され普及し始めた音声聴覚研究のために特に作られた装置で、基本的にはA/Dボード・D/Aボードなどに必要なインターフェイス装置を組合せてパソコンから制御できるように作られた装置で、音響実験ができやすいようにシステム化されている。これには定型的実験のために既に用意されているプログラムもあるが、多くの場合、個別の実験にはそのまま利用できず、付属する個別機能のプログラムを組み込んで、自分の実験系のためのプログラムを開発しなければならない。そこで、本実験のために本装置の個々の機能を確かめながら、実験のためのプログラムの作成を行った。さらに動物実験として、ラット発声に影響する神経系について特に反回神経、横隔神経などの発声機能に及ぼす影響についての神経生理学的実験を行った。昨年度に引き続き、ラットの自然発声頻度を行動学的手法によって高める訓練を行った。しかし、記録によれば、発声頻度は訓練前と比較して有意に増加していることを示すことは困難であった。従ってラットに超音波を自然状態で高頻度で発声させるには餌のポジティブレウォードによる行動学的訓練のみによってではなく、上記の特異的行動を導入して行うことが必要であろうと思われた。

例えば、妊娠後、育仔行動を行っている母個体を単独で実験箱に入れて使用するなどすれば、高頻度で聴音波を発声する実験条件を導くことが可能であったと思われる。聴性フィードバックをかけるための実験セットについてはパーソナルコンピュータとA/D・D/AボードおよびTDTシグナルプロセッシングシステムを組み合わせ、それを駆動するプログラムを作成して作ることができた。ラット発声に影響する神経系について、発声中枢を刺激して発声させた場合の反回神経、横隔神経などの活動に記録した。同時に音刺激を与えたが、それによる変化は見られなかった。
高階圧縮実用化に向けた基盤技術開発

本研究の目的は,高階圧縮と呼ばれるデータ圧縮方式の効率よい処理アルゴリズムを開発することである.ここで「効率よい」とは,次の三つの観点において優れていることである.第一には,データをどれだけコンパクトに表現できるかという圧縮率の観点である.第二には,処理時間とメモリ消費量をどれだけ抑えられるかという計算量の観点である.第三には,圧縮後のデータ自体が,後の情報検索やデータ解析の際にどのくらい利用しやすいかというデータ活用の観点である.既存の高階圧縮の圧縮処理アルゴリズムは処理速度に一番の難点がある.高速に圧縮処理を行うためには,入力データから共通する部分構造をすばやく見つけ出し,ラムダ式として抽出しなければならない.既存手法では,まず入力データを直線状の木構造に変換し,その後,頻出するすべての可能な部分木を探索して,ラムダ計算の逆計算にあたる操作によって木構造をコンパクトにまとめていくという手順を取る.この手法の問題点は,探索すべき部分木の種類が組み合わせ的に増大してしまうことである.申請者らはこれまでに,入力データの繰り返し部分がチャーチ数と呼ばれるラムダ式の整数表現として出現することに着目し,その変換を効率よく行うことで高速に対応するラムダ式を抽出するアルゴリズムを開発している.本年度は,このアルゴリズムの理論的解析を推し進め,その成果をとりまとめた.また一方で,高階圧縮のサブクラスともいえる文法圧縮について研究の進展があった.既存の文法圧縮法であるRePairに対して,理論的に優れた文法を生成することのできる手法MR-RePairの開発に成功した.MR-RePairは,特に繰り返しの多いデータに対して優れた性能を発揮する.人工データおよび実データによる実験を行った結果,RePairに対して最大でおよそ2倍の圧縮性能を達成することを確認することができた.高階圧縮においては,繰り返し部分のラムダ式抽出アルゴリズムについて理論的解析の成果をとりまとめ雑誌論文として投稿を行ったが,未だ採択に至っていない.しかしながら,一方で,文法圧縮について目覚ましい進展があり,データ圧縮分野における著名な国際会議であるData Compression Conference (DCC2019)にレギュラー論文として採択された.これらのことを鑑み,おおむね順調に進展していると結論付けた次第である.本年度,成果の上がった文法圧縮に関してさらに研究を押し進める.具体的には,MR-RePairが生成する文法のサイズが最小文法サイズに比べてどの程度の近似解になっているかの理論的解析を行う.また,一般にはNP困難であると知られている最小文法生成アルゴリズムについて調査を行い,より精度の高い近似アルゴリズムもしくは現実的なデータサイズに対して実行可能な効率よい最初文法生成アルゴリズムの開発に挑戦する.また,高階圧縮に関しては,文法圧縮を介した再圧縮アルゴリズムの開発に取り組む.本研究の目的は,高階圧縮と呼ばれるデータ圧縮方式の効率よい処理アルゴリズムを開発することである.ここで「効率よい」とは,次の三つの観点において優れていることである.第一には,データをどれだけコンパクトに表現できるかという圧縮率の観点である.第二には,処理時間とメモリ消費量をどれだけ抑えられるかという計算量の観点である.第三には,圧縮後のデータ自体が,後の情報検索やデータ解析の際にどのくらい利用しやすいかというデータ活用の観点である.既存の高階圧縮の圧縮処理アルゴリズムは処理速度に一番の難点がある.高速に圧縮処理を行うためには,入力データから共通する部分構造をすばやく見つけ出し,ラムダ式として抽出しなければならない.既存手法では,まず入力データを直線状の木構造に変換し,その後,頻出するすべての可能な部分木を探索して,ラムダ計算の逆計算にあたる操作によって木構造をコンパクトにまとめていくという手順を取る.この手法の問題点は,探索すべき部分木の種類が組み合わせ的に増大してしまうことである.申請者らはこれまでに,入力データの繰り返し部分がチャーチ数と呼ばれるラムダ式の整数表現として出現することに着目し,その変換を効率よく行うことで高速に対応するラムダ式を抽出するアルゴリズムを開発している.本年度は,このアルゴリズムの理論的解析を推し進め,その成果をとりまとめた.また一方で,高階圧縮のサブクラスともいえる文法圧縮について研究の進展があった.既存の文法圧縮法であるRePairに対して,理論的に優れた文法を生成することのできる手法MR-RePairの開発に成功した.MR-RePairは,特に繰り返しの多いデータに対して優れた性能を発揮する.人工データおよび実データによる実験を行った結果,RePairに対して最大でおよそ2倍の圧縮性能を達成することを確認することができた.高階圧縮においては,繰り返し部分のラムダ式抽出アルゴリズムについて理論的解析の成果をとりまとめ雑誌論文として投稿を行ったが,未だ採択に至っていない.しかしながら,一方で,文法圧縮について目覚ましい進展があり,データ圧縮分野における著名な国際会議であるData Compression Conference (DCC2019)にレギュラー論文として採択された.これらのことを鑑み,おおむね順調に進展していると結論付けた次第である.本年度,成果の上がった文法圧縮に関してさらに研究を押し進める.具体的には,MR-RePairが生成する文法のサイズが最小文法サイズに比べてどの程度の近似解になっているかの理論的解析を行う.また,一般にはNP困難であると知られている最小文法生成アルゴリズムについて調査を行い,より精度の高い近似アルゴリズムもしくは現実的なデータサイズに対して実行可能な効率よい最初文法生成アルゴリズムの開発に挑戦する.また,高階圧縮に関しては,文法圧縮を介した再圧縮アルゴリズムの開発に取り組む.
常温直接メタンカップリング反応のための新規協奏機能光触媒の開発

炭素・水素の原料となるメタンは比較的豊富な天然資源である一方で,バイオガスとして再生可能な資源でもあるので有効に活用すべきであり,省資源・省エネルギーな新たなC1化学プロセスの開発が望まれる.2分子のメタンからエタンと水素を直接得るメタンカップリング反応はメタンの有効利用の観点では魅力的であるが,自由エネルギー増加の大きな吸熱反応であり通常の方法では高温を要する.しかし,光触媒は光エネルギーを反応に利用するので,室温では通常は困難である反応でさえも進行させ得る.我々は,金属酸化物種がシリカ上に孤立高分散された光触媒が本反応に有効であることを見出した.本研究では,常温直接メタンカップリング反応のための新たな協奏機能光触媒の開発をめざし,様々な光触媒を設計し,活性を評価し,光励起機構・光触媒反応機構を検討することを目的とした.その結果,シリカ上に二種類の金属酸化物を高分散担持させた場合に高活性なペアサイト(協奏機能サイト)を形成することが確認された.また,新たに半導体光触媒である酸化ガリウムも本反応に光触媒活性を示すことも見出された.更に,反応系に二酸化炭素を共存させ200°C程度に保ちながら光照射を行うと,カップリング反応に加えてメタンの二酸化炭素改質反応が競争的に進行し合成ガスを与えることが見出された.また,白金添加酸化チタンを用いると,室温で水蒸気の共存下で光照射を行うことによりメタンの水蒸気改質反応が進行し水素と二酸化炭素を生成した.その反応は,酸化チタンが光励起し基質分子を励起させ,表面中間体の形成を経て進行することも見出された.炭素・水素の原料となるメタンは比較的豊富な天然資源である一方で,バイオガスとして再生可能な資源でもあるので有効に活用すべきであり,省資源・省エネルギーな新たなC1化学プロセスの開発が望まれる.2分子のメタンからエタンと水素を直接得るメタンカップリング反応はメタンの有効利用の観点では魅力的であるが,自由エネルギー増加の大きな吸熱反応であり通常の方法では高温を要する.しかし,光触媒は光エネルギーを反応に利用するので,室温では通常は困難である反応でさえも進行させ得る.我々は,金属酸化物種がシリカ上に孤立高分散された光触媒が本反応に有効であることを見出した.本研究では,常温直接メタンカップリング反応のための新たな協奏機能光触媒の開発をめざし,様々な光触媒を設計し,活性を評価し,光励起機構・光触媒反応機構を検討することを目的とした.その結果,シリカ上に二種類の金属酸化物を高分散担持させた場合に高活性なペアサイト(協奏機能サイト)を形成することが確認された.また,新たに半導体光触媒である酸化ガリウムも本反応に光触媒活性を示すことも見出された.更に,反応系に二酸化炭素を共存させ200°C程度に保ちながら光照射を行うと,カップリング反応に加えてメタンの二酸化炭素改質反応が競争的に進行し合成ガスを与えることが見出された.また,白金添加酸化チタンを用いると,室温で水蒸気の共存下で光照射を行うことによりメタンの水蒸気改質反応が進行し水素と二酸化炭素を生成した.その反応は,酸化チタンが光励起し基質分子を励起させ,表面中間体の形成を経て進行することも見出された.
外部電子エネルギー注入による埋もれた界面への量子ドット構造形成

制御されたナノサイズのドット構造は、半導体量子効果デバイスや量子井戸光デバイスなど、工学的応用面上注目されている。本研究は、異種材料の界面を形成後、外部から電子線を照射することにより埋もれた界面を改質し、初期界面とは異なる界面構造を作り出したり界面に微細構造を作り出したりする新たな手法を開発することを目的とする。そのため電子線照射が界面反応を引き起こす仕組みの解明と、その反応制御の最適化について研究を行う。また、開発した手法により、実際にナノサイズレベルのドット構造を埋もれた界面に形成することを試みる。
アーム協調型多指ロボットハンドの設計と制御

本研究では,アームに取り付け,アームと協調動作をさせることを前提にした多指バンドを研究対象にした.そして,アームだけでは実現しにくい柔軟動作を広い範囲で行うような多指ハンド・アーム機構の開発を目的とし,多指ハンドの設計,および多指ハンドとアームの協調的な制御方法を研究した。本研究で行ったことを以下に述べる.1.アームの機構解析と多指ハンドの設計本研究では,現存するスカラ型ロボットアームを具体的な対象とし、機構解析を行った.その結果,ロボットによる部品挿入作業などにおいては,アームの慣性質量が大きいために,その手先に外力が作用する際に必要な柔軟な微小運動が実現しにくいことがわかった.また,必要な柔軟動作は一方向でも十分であることがわかった.そこで,アームで実現しにくい柔軟動作を一方向について行う2本指ハンドの設計を行った.設計の際には,ハンド部で4Hz程度以上の操り動作が実現できるように,(駆動力/指部の慣性)の値を決定した.2.多指ハンドとアームの協調的制御方法の開発1.で設計した多指ハンドをアームに取り付けた機構は、運動方向によっては多指ハンドでもアームでも操ることのできる冗長な機構になる.ここでは,把握物体に与えられる目標の運動に対して,振幅の小さい柔軟動作が多指ハンドにより行われ,振幅の大きい動作成分がアームにより行われるような協調的制御方法を開発した.この制御方法により,多指ハンドの動作範囲の狭さと柔軟動作できないアームの欠点が相殺され,広い範囲で柔軟動作を行う多指ハンド・アーム機構を実現することができるとわかった.3.多指ハンドの製作と実験現在までに,アーム単位のインピーダンス制御(手先外力により生じる手先変位の挙動を陽に指定し、実現する制御方法),および製作した多指ハンドの握力制御を含むインピーダンス制御を行った.その結果,アームの動作周波数帯域は12Hz,多指ハンドのそれは5Hz程度であることがわかった.このことより,設計したハンドは、アームで実現しにくい柔軟動作を可能とすることがわかり,現在,2.で開発した制御方法を用いた実験を行っている.本研究では,アームに取り付け,アームと協調動作をさせることを前提にした多指バンドを研究対象にした.そして,アームだけでは実現しにくい柔軟動作を広い範囲で行うような多指ハンド・アーム機構の開発を目的とし,多指ハンドの設計,および多指ハンドとアームの協調的な制御方法を研究した。本研究で行ったことを以下に述べる.1.アームの機構解析と多指ハンドの設計本研究では,現存するスカラ型ロボットアームを具体的な対象とし、機構解析を行った.その結果,ロボットによる部品挿入作業などにおいては,アームの慣性質量が大きいために,その手先に外力が作用する際に必要な柔軟な微小運動が実現しにくいことがわかった.また,必要な柔軟動作は一方向でも十分であることがわかった.そこで,アームで実現しにくい柔軟動作を一方向について行う2本指ハンドの設計を行った.設計の際には,ハンド部で4Hz程度以上の操り動作が実現できるように,(駆動力/指部の慣性)の値を決定した.2.多指ハンドとアームの協調的制御方法の開発1.で設計した多指ハンドをアームに取り付けた機構は、運動方向によっては多指ハンドでもアームでも操ることのできる冗長な機構になる.ここでは,把握物体に与えられる目標の運動に対して,振幅の小さい柔軟動作が多指ハンドにより行われ,振幅の大きい動作成分がアームにより行われるような協調的制御方法を開発した.この制御方法により,多指ハンドの動作範囲の狭さと柔軟動作できないアームの欠点が相殺され,広い範囲で柔軟動作を行う多指ハンド・アーム機構を実現することができるとわかった.3.多指ハンドの製作と実験現在までに,アーム単位のインピーダンス制御(手先外力により生じる手先変位の挙動を陽に指定し、実現する制御方法),および製作した多指ハンドの握力制御を含むインピーダンス制御を行った.その結果,アームの動作周波数帯域は12Hz,多指ハンドのそれは5Hz程度であることがわかった.このことより,設計したハンドは、アームで実現しにくい柔軟動作を可能とすることがわかり,現在,2.で開発した制御方法を用いた実験を行っている.
炎症性サイトカイン受容体を用いた血中炎症誘導・抑制タンパク質の網羅的分析法の開発

血清プロテオーム解析では血中のタンパク質濃度のダイナミックレンジが非常に広いため、超微量なサイトカインなどのタンパク質を観測することが難しく、炎症関連タンパク質の網羅的な分析は現状のプロテオーム解析法では困難を極める。そこで、本研究では炎症性サイトカイン受容体を用いて受容体に結合する炎症誘導・抑制タンパク質を濃縮し、高感度な液体クロマトグラフィー質量分析計(LC-MS)システムによって濃縮されたタンパク質を網羅的に分析する方法の開発を目指した。まず、幅広い血中のダイナミックレンジの中から超微量な炎症誘導・抑制タンパク質のみを効率よく濃縮するために、遺伝子組換え技術を用いて炎症関連受容体(IL1RとIL6R)の細胞外領域とHalo tagを融合させたタンパク質を作り、Halo tagリガンドビーズに固定化したプローブを作成した。次にこのプローブを用いて受容体の対象となるIL1とIL6が濃縮できることの確認に成功した。また、LC-MS分析の方ではノンポーラス逆相カラムを用いて高感度LC-MSシステムの構築に成功した。この受容体を用いた濃縮法と高感度LC-MSシステムを組み合せることで炎症性サイトカイン受容体と結合する血中炎症関連タンパク質を高感度に分析することが可能となった。さらにこの分析系をCRP抗体陽性血清に応用した。また、ネガティブコントロールとしてHalo tagのみをビースに結合させたプローブについても同様の分析を行い、炎症受容体特異的に増加するタンパク質を探索した。その結果、既知のIL1、IL6以外の炎症受容体に結合するタンパク質を新たに9種類発見することに成功した。血清プロテオーム解析では、血中のタンパク質濃度のダイナミックレンジが非常に広いため、超微量なサイトカインなどのタンパク質を観測することが難しく、炎症関連タンパク質の網羅的分析は現状のプロテオーム解析法では困難を極める。そこで、本研究では複数の炎症性サイトカイン受容体を用いて、様々な炎症誘導・抑制タンパク質を濃縮し、無孔子逆相カラムを用いた高感度な液体クロマトグラフィー質量分析計(LC-MS)システムによって血中の炎症誘導・抑制タンパク質の網羅的な分析法を開発することを目指す。さらに、開発した方法を用いて血中の新規炎症誘導タンパク質候補を探索し、本法が炎症のメカニズム解明、診断マーカーの開発、創薬の開発などに役立つ分析法であることを実証する。研究計画の1年目である平成29年度では、血中の炎症関連タンパク質を集めるために、遺伝子組み換え技術を用いてIL1受容体細胞外ドメインとIL6細胞外ドメインそれぞれにHalo tagを融合した発現プラスミドを作製し、動物細胞にトランスフェクションしてタンパク質合成を行った。次に、この合成した複数のHalo-tag融合受容体とHalo-tagリガンドビーズを反応させ、受容体結合ビーズを作製した。さらに、この作製した受容体ビーズが機能しているかを確認するために、この受容体ビーズと血清を反応させ、LC-MSを用いて血清中の既知のインタラクターが濃縮されていることの確認に成功した。これにより、血中の新規炎症誘導タンパク質候補の探索の準備が整ったと考えている。平成29年度では炎症性サイトカイン受容体を用いた血中の炎症誘導・抑制タンパク質の濃縮ツールの開発を目標にしており、その計画通りに濃縮ツールを作製し、実際に機能することの確認ができている。平成29年度に開発した炎症関連タンパク質の濃縮ツールと無孔子逆相カラムを用いた高感度LC-MSシステムを組み合わせて炎症血清から新規炎症関連タンパク質の探索を行う。それにより、新規炎症マーカー候補を提案するとともに本法の有用性を示す。
ラット標準遺伝子ライブラリーDNAチップを用いた病態関連発現遺伝子の解析

当初計画した以下の研究項目を実施した。(1)標準ライブラリー作製:通常のcDNAライブラリーでは遺伝子発現が一様ではなく、高頻度発現及び中頻度発現遺伝子でcDNAライブラリーの約7割近くを占めるといわれている。そのような遺伝子ライブラリーをそのままチップ化すると発現頻度の高い遺伝子群の重複が多く、全遺伝子種を反映しない、非効率なものとなる。その問題点を解消するため、発現頻度を標準化(ノーマライズ)したライブラリーを作成した。また、そのサブトラクト法以外にも、ヒットピッキング法による標準化を検討した(これらの方法論についてはMethods in Enzymologyに発表)。(2)マイクロアレイによる標準化cDNAチップ作製:上記により作成された各臓器の標準化ライブラリーの内約5000クローンをチップ化し、各臓器において発現する全遺伝子群をカタログ化したチップを作成した。今年度はラット腎臓チップを作成した。このチップを用いて病態時の遺伝子発現の変動をモニター解析した(3)ラット腎臓標準ライブラリーcDNAチップによる疾患動物モデルにおける発現遺伝子解析:上述の標準化cDNAライブラリーをラット腎臓より作成し、更にそのライブラリーをマイクロアレイ化したチップを作成した。また、作成されたラット腎臓標準ライブラリーcDNAチップを用いて、IgA腎症モデルマウスの遺伝子発現プロファイルを解析した。腎標準化cDNAマイクロアレイを用いて、IgA腎症モデルマウスであるHIGAマウスの腎臓における遺伝子発現解析を行った。その結果、組織学的には6週齢では病態が現れていないが、遺伝子発現においてはすでに発現変動が見られることが明らかになった。また、メサンギウム細胞の増殖など明らかな病態が認められる25週齢では、6週齢に比べて遺伝子発現の変動が小さいことが明らかになった。有意な発現変動が認められた遺伝子には、細胞周期や細胞増殖に関連する分子が含まれ、特に成長因子、及びその受容体の発現変動が認められた。その中にはPDGF(platelet-derived growth factor)などヒトIgA腎症患者において発現上昇が報告されている遺伝子、メサンギウム細胞の増殖に関連すると報告されている遺伝子なども存在した。臓器別標準化cDNAマイクロアレイは、様々な遺伝子をランダムに張り付けた一般的なマイクロアレイよりも病態モデル動物の各臓器における遺伝子発現解析に有効であることが明らかとなった。今後は、ノックアウトマウスなどを用いたパスウェイ解析や薬物応答性、副作用に関連する遺伝子群の解析など広く適応を考えている。また、そのサブトラクト法以外にも、ヒットピッキング法による標準化を検討した(これらの方法論についてはMethods in Enzymologyに印刷中)。

今年度はラット腎臓チップを作成した。このチップを用いて病態時の遺伝子発現の変動をモニター解析した(3)ラット腎臓標準ライブラリーcDNAチップによる疾患動物モデルにおける発現遺伝子解析:上述の標準化cDNAライブラリーをラット腎臓より作成し、更にそのライブラリーをマイクロアレイ化したチップを作成した。また、作成されたラット腎臓標準ライブラリーcDNAチップを用いて、IgA腎症モデルマウスの遺伝子発現プロファイルを解析した。腎標準化cDNAマイクロアレイを用いて、IgA腎症モデルマウスであるHIGAマウスの腎臓における遺伝子発現解析を行った。その結果、組織学的には6週齢では病態が現れていないが、遺伝子発現においてはすでに発現変動が見られることが明らかになった。また、メサンギウム細胞の増殖など明らかな病態が認められる25週齢では、6週齢に比べて遺伝子発現の変動が小さいことが明らかになった。有意な発現変動が認められた遺伝子には、細胞周期や細胞増殖に関連する分子が含まれ、特に成長因子、及びその受容体の発現変動が認められた。その中にはPDGF(platelet-derived growth factor)などヒトIgA腎症患者において発現上昇が報告されている遺伝子、メサンギウム細胞の増殖に関連すると報告されている遺伝子なども存在した。臓器別標準化cDNAマイクロアレイは、様々な遺伝子をランダムに張り付けた一般的なマイクロアレイよりも病態モデル動物の各臓器における遺伝子発現解析に有効である。今後は、ノックアウトマウスなどを用いたパスウェイ解析や薬物応答性、副作用に関連する遺伝子群の解析など広く適応を考えている。(2)ラット腎臓標準ライブラリーcDNAチップによる疾患動物モデルにけおける発現遺伝子解析:上述の標準化cDNAライブラリーをラット腎臓等より作成し、更にそのライブラリーをマイクロアレイ化したチップを作成した。また、作成された臓器別標準ライブラリーcDNAチップを用いて、IgA腎症モデルマウスやブレオマイシン誘導性肺繊維症モデルマウスの遺伝子発現プロファイルを解析した。(2-2)肺標準化cDNAマイクロアレイを用いて、ブレオマイシン誘導性肺繊維症の肺における遺伝子発現解析を行った。マウスにブレオマイシンを気管内投与して、2、5、7、14日後に摘出した肺から得られたmRNAを解析した。
東アジア流通市場における小売ノウハウ・技術の国際移転に関する研究

本研究では、小売ノウハウ(技術)の国際移転モデルを構築し、その可能性を検討することが目的である。筆者は小売ノウハウの海外移転を考察する視点として、小売ノウハウ(技術依存型ないし管理依1存型)を横軸に、それらを規定する決定要因(文化構造、経済過程、企業内外の諸組織)の依存度合を縦軸にとると、同平面空間で4つのサブ空間が出来上がることを明確にした。このモデルに基づいて小売ノウハウを11グループ・35項目に分類し、韓国と中国小売企業を対象に現地調査を行い、小売ノウハウがどの程度本国から現地市場に移転されているのか、またそのノウハウがどの程度修正され現地に移転可能なのか、あるいは移転不可能なのか、不可能な場合それは何故なのか等について検討した。検証結果から言えば、コンビニエンスストア(CVSと省略)では、マーチャンダイジング(MDと省略)関連・教育関連・文化事業関連の小売ノウハウ、特に文化事業関連の類似度が最も低い。ディスカウントストア(DSと省略)では、MD関連・賃貸関連・文化事業関連の小売ノウハウの類似度が低く、CVSと同様に文化事業が最も低い。韓中の比較視点から言えば、CVSの場合、韓国では店舗関連・MD関連・保管物流関連の小売ノウハウの類似度が高いが、中国では情報システム・教育関連の小売ノウハウの類似度が高い。しかし、中国のDSは賃貸関連を除き、韓国よりも全体的に類似度が高い。このような各国小売ノウハウ間のギャップが生じた理由は、移転モデルから言えば、技術依存型小売ノウハウは、マニュアル化やプログラム化ができる技法であり、それらの諸要素は機械そのものであったり、人間と機械の関係に依存しており、その国の技術レベルに関係しても、その国の人々の文化(価値)からは比較的中立的である。それゆえ、適用化(IV空間)または部分的適用化(I空間)の移転プロセスを採ることになる。それに対し、管理依存型小売ノウハウは、殆どの技法が人間に内在化されており、比較的にマニュアル化やプログラム化ができない。またそれらの諸要素は、人間と機械の関係のみではなく、人間と人間の関係に依存する技法である。しかし、マニュアル化もしくはプログラム化しやすい諸要素であっても、それらを規定する3つの決定要因と深く関係すればするほど移転の可能性が低くなる。いわゆる適応化(H空間)または部分的適応化(II空間)の移転プロセスを採ることになる。本研究においては、製造業との比較の視点から海外小売企業における小売ノウハウ・技術の国際移転のモデル化を試み、その可能性について検討することが、その目的である。それゆえ、平成16年度には、まず小売ノウハウの国際移転に関する既存研究をレビューし、その問題点を明らかにした。その上で、その解決すべき事柄の方法論として移転対象となる小売ノウハウ・技術を「技術依存型」と「管理依存型」とに分類し類型化を試み、さらに製造企業の移転研究の成果に依拠しながら、海外小売企業への小売ノウハウの国際移転に関するモデルの構築を試みた。その資料の収集のため、韓国ソウルにある国会図書館やコンビニエンスストア協会・ロッテ百貨店(ソウル・釜山)等を直接訪問し、資料収集を行った。

そこで収集された資料と洋文献等を基にして、小売ノウハウ・技術の国際移転のモデルとして、「技術依存型」・「管理依存型」の海外移転と、それらを規定する3つの決定要因(「文化構造」、「経済過程」、「企業内外の諸『組織』」)との間には、例外もあるが、トレード・オフの関係が成立するということを明確にした。つまり、海外小売企業における小売ノウハウの移転の成否は、移転対象となる諸技法がペーパーにマニュアル化可能なのか不可能なのかの度合(X軸)と、それを規定する要因の依存度合(Y軸)によって、その移転のプロセスが異なる。具体的には、同平面空間において、I(不完全適用)、II(適応)、III(不完全適応)、IV(適用)という4つのサブ空間が出来上がる。平成16年度には、以上の研究成果を要約し、香港で行われた「2004 EAMSA Annual Conference」と「日本経営学会第78回全国大会」の国内外の学会で報告を行い、さらに本研究の一部を「雑誌論文(久留米大学比較文化研究)」としてまとめたが、平成17年度には主としてモデルに基づいて実証研究を行い、最終年度には本研究の一部を著書又は論文としてまとめる予定である。本研究においては、海外小売市場における小売ノウハウ・技術の国際移転のモデルを構築し、その可能性について検討することが、その目的である。それゆえ、平成16年度は、移転対象となる諸技法がペーパーにマニュアル化可能なのか不可能なのかの度合と、それを規定する要因の依存度合によって、その移転の仕方が異なるという「国際移転モデル」の構築を試みた。平成17年度は、研究協力者(中国留学生)の協力を得て、すでに構築した小売ノウハウ・技術の国際移転モデルに基づいて上海・カルフールをはじめとする外資系小売企業(メトロ、ローソン、ファミリーマート等)へのアンケート・インタビュー調査(2回)を行った。中国現地小売企業への実証研究の成果から言えば、店舗関連の技術では、店舗設計や什器デザインなどの大半の項目は「殆ど似ていない」が、冷蔵・冷凍設備の項目は「全く似ている」という答えが多かった。マーチャンダイジング関連の技術においても、商品選定や取引ルールなどの過半数の項目は「殆ど似ていない」又は「やや似ていない」という答えが多かったが、プリパッケージングとストアレイアウトの項目は「全く似ている」という答えが多かった。販売関連の技術のうち、販売イベントと広告方法の項目は「やや似ていない」が、接客とアフタサービスの項目は「全く似ている」という答えが多かった。つまり、小売ノウハウ・技術の国際移転は、移転対象となる諸技法がマニュアル化の度合とそれを規定する要因の依存度合によって、海外小売市場において現地適応化戦略又は標準化戦略を採っていることなどが明らかになった。さらに、平成17年度は「久留米大学商学研究・第11巻第1号・4号」にて本研究の成果の一部としてまとめた。平成18年度は韓国現地小売企業へのアンケート・インタビュー調査を行い、本研究の成果を著書又は論文としてまとめる予定である。本研究では、小売ノウハウ・技術の国際移転モデルを構築し、その可能性について検討することがその目的である。平成16年度はその国際移転モデルを理論的に構築し、平成17年度はその移転モデルに基づき、中国上海の小売企業を対象に現地調査を行った。
機械的刺激を用いた新規温度応答性細胞培養表面の開発

伸縮性基材の特性を利用した温度応答性細胞培養表面を新たに開発し、物理的な変化による表面物性変化について評価を行った。その結果、伸展時にはより疎水性を示すとともに温度応答性高分子の密度の減少が確認され、細胞接着には影響はなかったが、ゆっくりとした細胞剥離性を示した。これらの結果から、基材の伸展により固定化した温度応答性高分子の密度、膜厚が制御されたものと推測した。本年度は(1)PDMSの作製および評価、(2)PDMS表面へのPIPAAmグラフト、(3)作製した表面の物性評価、を中心に評価を行った。以下、各項目について成果報告を行う。(1)PDMSの作製および評価:市販のPDMSを複数、、購入し、その中から本研究に適したPDMS素材を選択した。PDMSの伸展、伸長に関する評価は今年度、実施していないが、PIPAAmを修飾した表面で実施する予定である。(2)PDMS表面へのPIPAAmグラフト:PIPAAm表面をPDMS表面に導入するために、シラノール基導入方法、シラン剤の選択および導入方法について検討を行った。その結果、シラノール基導入には極めて弱い条件での酸素プラズマ処理が有効であり、シラン剤導入には3-アミノプロピルトリシランや(3-メルカプトプロピル)トリエトキシシランを利用し水系溶媒の条件下で行うと、効率的なシラン剤導入が行えることを確認した。一方で、同じシラン剤を用いても有機系溶媒を用いた場合では、PDMS内部に導入されている傾向を示した。(3)作製した表面の物性評価:電子線照射により、アミノプロピル化したPDMS表面に温度応答性高分子であるポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PIPAAm)の導入を試みた。当初は、シラン剤導入なしの表面での固定化も行ったが、PIPAAmの導入効率とその後の細胞培養による評価から、シラン剤を導入し、PIPAAmの導入効率を高めることで、目的とする温度応答性表面が構築できることがわかった。これらの結果からより、詳細な固定化PIPAAmの最適化を行うという課題は残るものの、PIPAAmを導入する一連のケミストリーを確立した。また、プレリミナリーな結果ではあるが、伸長させたPIPAAm固定化PDMS表面とそうでないPIPAAm-PDMS表面からの細胞を剥離させた場合、前者からの細胞剥離挙動は後者と比較すると遅い傾向を示した。すなわち、当初、期待したように機械的刺激によりPIPAAmの高分子鎖の運動が制御されていると推測される。(1)作製した表面の物性評価:FT-IR/ATR法によるグラフト量の測定、表面濡れ性(接触角)の評価をおこない、PIPAAm固定化PDMS表面の特性を明らかにした。ESCA(X線光電子分光分析装置)による表面分析では、PIPAAmの固定化を確認するとともに、大気環境下においてPIPAAmがPDMS層に一部、もぐり込み、液中においてPIPAAm鎖が現れる性質を有する可能性が推測された。実際、原子間力顕微鏡(AFM)による大気中および液中環境下におけるPIPAAm-PDMS表面の観察の比較から液中測定(20°Cおよび30°C)において、PIPAAm由来と思われるパーティクル様の形状がより鮮明に観測できたことからも、その可能性が強く示唆された。(2)収縮時および伸張時におけるPIPAAm層の膜厚の評価:基材PDMSの収縮、伸縮にともなうPIPAAm層の固定化密度および接触角変化について新たに作製した専用のデバイスを用いて評価を行った。その結果、伸展させた方の固定化密度が低く、接触角はより疎水性を示す傾向を示した。この結果より、伸展により固定化密度が減少し、その結果、疎水性が向上したことが考えられた。当初、予定していたエリプソメトリーによる膜厚評価は、依頼分析を行った結果、超薄膜のPIPAAmを測定するには非常に薄い膜厚であることから、本測定には適さないことが判明した。(3)伸縮、収縮による細胞接着性、剥離性の評価:これらの結果をもとに伸張させたPIPAAm-PDMS表面で細胞接着および剥離の評価を行った。PPIAAm-PDMSを伸展させた場合と伸展させない場合のそれぞれの状態で細胞を播種し、細胞接着および剥離挙動の評価を行った。その結果、細胞播種後24時間の細胞接着性はPIPAAM-PDMSの伸展、非伸展に関わらず同等であった。一方、細胞播種24時間後からの細胞剥離挙動は伸展させた表面から細胞剥離がより遅かった。この違いは伸展により見かけの固定化量が減少したためと考えた。この結果も上記の考察を支持した。
観光地整備のためのホスピタリティ・デザインの構築

観光地の空間を、公共空間(道路や広場)と沿道商業施設とに大きく分け、それぞれについて、ホスピタリティ表現が型として整理された。公共空間では、不等幅員道路型、車道中央部図舗装型などが重要な型として抽出された。沿道商業施設では、入り隅建物型、3種の神器設置型などが、同様に重要な型として抽出された。観光地整備に使えるように、整理した型ごとにデザイン・ポイントを整理した。集客につながる観光地の魅力が国宝や世界遺産、国立公園などの「資源」を主とするのであれば、資源はすぐに作れるものではないので、多くの疲弊している観光地はなかなか活性化できないということになる。しかしよく観察していると、多く集客している観光地では、道路などの公共空間でも、人を誘いもてなす表現、つまり、ホスピタリティ表現が多いことに気が付く。観光地の魅力がこの「ホスピタリティを表現することを目指したデザイン」をホスピタリティ・デザインと定義して、ホスピタリティ・デザインを観光地整備に使えるように整理しようとするものである。本年度は昨年に引き続き事例収集をおこない、新たに商業施設では、「三種の神器型」「入口舗装型」公共空間では「ベンチ高密度配置型」「区画線非直線型」などを整理した。加えて、それぞれの型ごとのホスピタリティ・デザインの形を整理し、それを基にデザイン原則を整理しつつある。例えば「三種の神器型」では「挨拶の装置:迎客の装置:集客の装置=3:2:1」である。しかしよく観察していると、多く集客している観光地では、道路などの公共空間でも店舗などの商業施設でも、人を誘いもてなす表現、つまり、ホスピタリティ表現が多いことに気が付く。観光地の魅力がこの「ホスピタリティ表現の量と質」でも決まるとすると、これは資源と違いすぐにもどこにでも作れるので、観光地の活性化ツールとして有効といえる。そこで本研究は、「ホスピタリティを表現することを目指したデザイン」をホスピタリティ・デザインと定義して、ホスピタリティ・デザインを観光地整備に使えるように整理しようとするものである。本年度は、京都、金沢、伊勢などの多客観光地と利用者の少ない観光地とを現地調査し、ホスピタリティ表現とその対極の反ホスピタリティ表現の事例を収集した。収集した事例は、大きく公共空間と沿道商業施設とに分けて、それぞれについてホスピタリティの具体的内容とその表現形を型として整理した。商業施設では「どうぞお入りください」と人を店内に誘うホスピタリティとその表現形として「入口開口型」、「入口ハの字構成型」「正面商品棚型」など、対極の「入ってくるな」という反ホスピタリティとその表現形として「入口閉口型」、「正面通路型」など。公共空間では、車よりも人を大事にするホスピタリティとその表現形として「休憩スペース自己領域形成型」、「休憩スペース中央設置型」、「図構成舗装型」など、さまざまなものが整理できつつある。最終年度となる本年度は補完的な事例収集をおこない、3年間で収集した事例とそれまでの手持の事例を分析し、主に公共空間と沿道商業施設とに分けて、ホスピタリティ表現を型によって整理し、体系化した。それらのホスピタリティ表現を設計するという観点からホスピタリティデザインに再整理し、ホスピタリティデザインを使ってホスピタリティを表現していく整備をホスピタリティディベロップメントと定義して、その整備ポイントを整理した。観光学当初の計画ではホスピタリティ表現の型整理と同時並行でホスピタリティ・デザインの整理を行うこととしていたが、ホスピタリティ表現の型整理を十分おこなってある程度体系化した後の方が、デザインの整理がスムーズにいくと途中で考えるようになった。そこで、初年次はホスピタリティ表現の方の整理を中心に行い、その型に基づいて二年次はホスピタリティ・デザインの整理をおこなってきた。型の整理の後にデザインの整理をおこなうことでより体系的に整理できている。計画では、ホスピタリティ表現の型整理と同時並行でホスピタリティ・デザインの整理をおこなうこととしていたが、ホスピタリティ表現の型整理をじゅうぶんおこなってある程度体系化した後の方が、デザインの整理がスムーズに行くと途中で考えるようになった。そこで、初年次はデザインを意識しながらもホスピタリティ表現の整理を中心におこなった。ホスピタリティ・デザインの整理は2年次におこなう予定である。

当初計画通り、ホスピタリティ表現の型の整理体系化、ホスピタリティ表現を実現するためのホスピタリティ・デザインの要点の整理等をおこなっていき、ホスピタリティ・デザインの原則を取りまとめ、概念を整理し、ホスピタリティ・デザインを構築して、最終的に観光地の活性化に役立つ形で研究成果を取りまとめる。当初計画通り、事例の補足的収集、ホスピタリティ表現の型の整理体系化、ホスピタリティ表現を実現するためのホスピタリティ・デザインの要点の整理等をおこなっていき、最終的に観光地の活性化に役立つ形で研究成果を取りまとめる。初年度収集したデータをもとにホスピタリティ表現の型整理とデザイン整理を中心におこなったため、旅費が余ったものである。今年度はもともと現地調査をおこなう予定ではなかったが、データ収集の補完が必要なことが昨年度途中で明らかとなったため、次年度現地調査を行うことにする。本年度分26万円強を使わなかったが、事例収集旅行(3人)のタイミングが合わず次年度に廻したため、旅費賃金が余ったものである。次年度はその旅行をおこない、事例収集をほぼ終える予定である。
超ナノ微結晶ダイヤモンド／アモルファスカーボンによる新規太陽電池の創製

平成27年度の研究では,ホウ素ドープ超ナノ微結晶ダイヤモンド/水素化アモルファスカーボン混相(UNCD/a-C:H)膜のキャリア伝導メカニズムの解明に取り組んだ.UNCD/a-C:H膜のキャリア伝導について,主成分である炭素(C),ドーパントのホウ素(B),終端原子の水素(H),構造欠陥のダングリングボンドに注目して,考察を行った.アンドープ膜において,炭素由来のダングリングボンドの存在を示すESR信号が検出され,ダングリングボンドを含んでいることが確認できた.標準試料Mn2+を基準にして,アンドープ膜の欠陥密度は10+22 cm-3と見積もられた.この欠陥密度は,一般的なa-Cと同程度である.アンドープ膜でのキャリア伝導は,a-Cと同様にダングリングボンド欠陥由来の局在準位を介したHopping伝導が支配的であると推察される.ダングリングボンドとドーピングの関係について,窒素ドープ膜では,ESR信号は検出されたものの高い電気伝導度のため信号強度が低く,定量は困難であった.その一方で,ホウ素ドープ量の増加に伴ったESR信号強度の低下が見られた.このホウ素ドープ膜で見られたESR信号強度の低下は,ESR活性なダングリングボンド数の減少を意味しており,この原因として,(1)欠陥密度の減少,(2)電子密度の増減に伴うFermi準位位置のシフトによる欠陥の帯電状態の変化が考えられる.前者はホウ素の炭素ダングリングボンド終端によるダングリングボンド数の減少,後者はp型化に伴う欠陥の帯電状態の変化によるESR不活性化に由来するものと推察される.以上の結果から,ホウ素ドープUNCD/a-C:H膜のキャリア伝導は,欠陥準位を介したものではなく,ホウ素により形成される局在準位を介したHopping伝導が支配的であると結論付けられる.UNCD/a-C:H膜中に取り込まれるホウ素原子の配置は,a)炭素ダングリングボンド終端,b)炭素原子を終端している水素との置換の2つが考えられることが明らかになった.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度での研究は,超ナノ微結晶ダイヤモンド/アモルファスカーボン混相膜(以降UNCD膜)によるホモpn接合形成のための基盤研究となる,ホウ素(B)および窒素(N)ドープによるp型およびn型UNCD膜のキャリア濃度制御を含めた伝導型制御法を確立することに注力した.今回はUNCD膜の欠陥構造に寄与すると考えられる水素に着目し,水素含有量の異なるp型UNCD膜を作製・評価することで水素化と光・電気特性の相関解明を試みた.膜中の水素原子はUNCD結晶粒を終端して存在しており,電気特性および受光特性に大きく寄与していると推察される.本研究では,電気的な評価にて, UNCD膜の水素化により,水素化しないものに比べて試作したヘテロ接合ダイオードの整流特性が2桁以上の向上することがわかった.これはダイオード逆方向電圧印加時のリーク電流の低減を意味しており,リーク電流の抑制は光電変換特性の向上に大きく貢献する成果である.上述のダイオード整流性向上の要因として, UNCD膜の構造的観点から,(i)キャリアトラップを誘発する不対電子の水素終端, (ii)炭素原子の結合の変化が関わっていると考察される. (i)に関しては,水素化によるUNCD膜中の欠陥構造の変化を電子スピン共鳴(ESR)測定でのシグナルに違いで観測することができたが,一部シグナル強度が弱く絶対量による比較までには至らなかった.今後の課題として絶対量の見積りが必要ある,また(ii)に関しては,放射光を用いたNEZAFS, XPS測定を実施することでUNCD膜中の化学結合状態の解明を試みた結果,水素化によって炭素のsp31 (sp2+sp3)の増加が確認された.UNCD膜の水素化によりUNCD結晶に由来するsp3結合が増加することで,膜中で電気伝導率が高いアモルファスカーボンマトリックスの寄与が律速され,粒界の効果が顕著に現れたためと考察している.今年度の研究では, UNCD膜の光電気特性に及ぼす水素化の効果を検証し,光・電変換素子として用いるには水素化は必要不可欠であることを明らかとした.平成26年度での研究は,超ナノ微結晶ダイヤモンド/水素化アモルファスカーボン混相(UNCD/a-C:H)膜へのホウ素,窒素ドープ膜それぞれの光電気物性と膜構造との相関を明らかにすることを目的とした.前年度に引き続きUNCD/a-C:H膜におけるキャリア伝導機構を探るため,ホウ素ドープ膜に関して,電気特性に大きな影響を及ぼす水素化の影響を検証した.膜作製時の水素雰囲気圧力により水素含有量の調整が可能であることを確認した上で,電気特性と膜構造の評価を行った.非水素化膜は室温で約1000 S/cmの高い電気伝導度を持つ半金属的ふるまいを示す一方で,水素化膜はHopping伝導が優勢な半導体的ふるまいを示すことが明らかとなった.この起源を探るため,水素化と欠陥構造に付随する不対電子の観測を試みたが,電気伝導度の関係上ESR信号の取得が困難であり議論するまでには至っていない.これに対してNEXAFS測定による局所的な炭素の化学結合状態の評価では,非水素化膜はsp2結合に由来する特有のPI*軌道が観測された.

このsp2結合がバンドギャップ間に局在準位を形成して半金属的な伝導を誘起しているものと考察している.水素が持つ(i)原子状水素による炭素sp2相の選択エッチングおよび(ii)炭素原子の終端効果によって,sp2結合由来の局在準位形成が抑制され,ホウ素が形成する局在準位を介したHopping伝導が優勢になると考えられる.また,硬X線を用いた光電子分光法によりB, Nドーピングによるキャリア密度の変化の膜内部の電子状態の観測を試みた.Bドープ膜ではドープ量の増加に伴ってFermi準位が価電子帯側に近づき,Nドープ膜では対照的にFermi準位から遠ざかる傾向が観測された.詳細は解析中であるが,これら結果はp,n型化にそれぞれ対応しており,単膜での電子状態の初めて観測することができた.平成27年度の研究では,ホウ素ドープ超ナノ微結晶ダイヤモンド/水素化アモルファスカーボン混相(UNCD/a-C:H)膜のキャリア伝導メカニズムの解明に取り組んだ.UNCD/a-C:H膜のキャリア伝導について,主成分である炭素(C),ドーパントのホウ素(B),終端原子の水素(H),構造欠陥のダングリングボンドに注目して,考察を行った.アンドープ膜において,炭素由来のダングリングボンドの存在を示すESR信号が検出され,ダングリングボンドを含んでいることが確認できた.標準試料Mn2+を基準にして,アンドープ膜の欠陥密度は10+22 cm-3と見積もられた.この欠陥密度は,一般的なa-Cと同程度である.アンドープ膜でのキャリア伝導は,a-Cと同様にダングリングボンド欠陥由来の局在準位を介したHopping伝導が支配的であると推察される.ダングリングボンドとドーピングの関係について,窒素ドープ膜では,ESR信号は検出されたものの高い電気伝導度のため信号強度が低く,定量は困難であった.その一方で,ホウ素ドープ量の増加に伴ったESR信号強度の低下が見られた.このホウ素ドープ膜で見られたESR信号強度の低下は,ESR活性なダングリングボンド数の減少を意味しており,この原因として,(1)欠陥密度の減少,(2)電子密度の増減に伴うFermi準位位置のシフトによる欠陥の帯電状態の変化が考えられる.前者はホウ素の炭素ダングリングボンド終端によるダングリングボンド数の減少,後者はp型化に伴う欠陥の帯電状態の変化によるESR不活性化に由来するものと推察される.以上の結果から,ホウ素ドープUNCD/a-C:H膜のキャリア伝導は,欠陥準位を介したものではなく,ホウ素により形成される局在準位を介したHopping伝導が支配的であると結論付けられる.UNCD/a-C:H膜中に取り込まれるホウ素原子の配置は,a)炭素ダングリングボンド終端,b)炭素原子を終端している水素との置換の2つが考えられることが明らかになった.27年度が最終年度であるため、記入しない。超ナノ微結晶ダイヤモンド(UNCD)膜の水素化を行うことでUNCD膜とn型Siによるヘテロ接合ダイオードにて逆方向電圧印加時でのリーク電流を抑えることが可能であり,ダイオードの整流性向上できることがわかった.これは今後の受光特性の向上に大きく期待できる成果の一つであると考えられる.27年度が最終年度であるため、記入しない。前年度は水素化の効果を検討することでUNCD膜のp,n型層としての電気特性の制御の確立を軸に進めてきた.