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周期系・準周期系重い電子系に普遍的な新しい量子臨界物性の解明

非従来型の量子臨界現象を示すYb系準結晶Yb15Al34Au51の電子状態を理論的に明らかにするため、これまで解析が行われていなかった、Ybサイトの(1)4f電子の結晶場の効果、(2)4f軌道と5d軌道のオンサイトのクーロン相互作用の効果について研究を推進した。(1)Yb系準結晶Yb15Al34Au51の基本格子構造をなすTsai型クラスターにおける第3殻のYbの正20面体クラスターの頂点に位置するYbの周りの局所原子配置構造を忠実に考慮した結晶場の点電荷モデルを構築した。結晶場ハミルトニアン行列を対角化することにより結晶場エネルギーと固有状態を求めた。Al-Au-mixed siteの存在を考慮したもとでの数値計算により、Ybの周りの各電荷配置を分類し、それぞれの実現確率を求めた。これにより、Ybの4f電子の結晶場基底状態のエネルギーは、周りの電荷配置の違いによってそれぞれ異なる値をとることが示された。その結果、Ybの価数転移の量子臨界点が基底状態相図上で斑点状に多数出現する描像を支持することがわかった。(2) Ybの4f-5d軌道間斥力を取り入れた、Yb系準結晶Yb15Al34Au51の電子状態を記述する有効模型を構築した。基底状態に対する数値計算により、Ybの価数転移の量子臨界点近傍のYb価数の格子定数依存性を計算し、最近の実験による測定結果を定性的に再現する結果を得た。量子臨界点から格子定数の増加につれてYb価数が急激に減少する振る舞いは、基底状態相図における量子臨界点の位置の混成依存性を反映していることを明らかにした。これにより、Yb価数の格子依存性の測定データにおいて、Yb系準結晶Yb15Al34Au51がYbの価数が急激に減少し始めるポイントに位置している実験事実は、この物質においてYb価数の量子臨界点が実現していることを示唆していることを理論的に指摘した。29年度が最終年度であるため、記入しない。準結晶Yb15Al34Au51の電子状態を理解する第一歩として、1/1近似結晶Yb14Al35Au51の電子状態の解析を行った。準結晶と共通の基本格子構造を構成する、同心円状のYb-Al-Auクラスター(Tsai型クラスター)を体心立方格子の格子点に配置させ、Ybの4f軌道とAlの3p軌道についてのタイトバインディング近似に基づく拡張周期アンダーソン模型を構築し、重い準粒子のバンド構造を明らかにした。これまで、Ybが2価と3価の間の中間価数をもつYb系近似結晶では、単位胞あたりに多数の原子が存在するため、第一原理バンド計算の実行が妨げられてきたが、本研究により、重い電子状態がはじめて明らかにされた。圧力下の近似結晶において、最短のYb-Al間距離をもつ第3殻のYb原子と第4殻のAl原子の間の4f-3p電子の電荷移動ゆらぎが著しく増大し、運動量空間のΓ点近傍でほとんど分散をもたないlocalなモードが出現することを見出した。このモードに、最近開発された磁場下の臨界価数ゆらぎのモード・モード結合理論を適用して解析を行った結果、f電子間の強い局所相関の効果により、非常に小さな臨界価数ゆらぎの特徴的温度T0が出現し、磁化率が零磁場極限で温度の-0.5乗のべき的振る舞いを示し、有限磁場下で、温度Tと磁場Bの比で一つのスケーリング関数で表される、T/Bスケーリングの振る舞いを示すことがわかった。この新しい量子臨界現象はまさに準結晶で観測されている。準結晶は近似結晶の単位胞の大きさを無限大にした極限に対応するので、臨界価数ゆらぎの特徴的温度T0は、近似結晶よりさらに小さくなり、測定最低温度より小さくなることを議論した。そのため、圧力下の近似結晶、および準結晶において、本研究で明らかにした機構が実現していると考えられる。実際、最近圧力下(1.9 GPa)の近似結晶でもそれが観測された。これまでの研究により、1/1近似結晶Yb14Al35Au51のYbの4f軌道とAlの3p軌道からなる拡張周期アンダーソン模型を構築し、重い準粒子のバンド構造を明らかにすることができた。その模型から出発して磁化率の量子臨界現象およびT/Bスケーリングの振る舞いが出現することを明らかにできており、研究は順調に進展している。

これにより、Ybの4f電子の結晶場基底状態のエネルギーは、周りの電荷配置の違いによってそれぞれ異なる値をとることが示された。その結果、Ybの価数転移の量子臨界点が基底状態相図上で斑点状に多数出現する描像を支持することがわかった。(2) Ybの4f-5d軌道間斥力を取り入れた、Yb系準結晶Yb15Al34Au51の電子状態を記述する有効模型を構築した。基底状態に対する数値計算により、Ybの価数転移の量子臨界点近傍のYb価数の格子定数依存性を計算し、最近の実験による測定結果を定性的に再現する結果を得た。量子臨界点から格子定数の増加につれてYb価数が急激に減少する振る舞いは、基底状態相図における量子臨界点の位置の混成依存性を反映していることを明らかにした。これにより、Yb価数の格子依存性の測定データにおいて、Yb系準結晶Yb15Al34Au51がYbの価数が急激に減少し始めるポイントに位置している実験事実は、この物質においてYb価数の量子臨界点が実現していることを示唆していることを理論的に指摘した。これまでの理論研究をさらに推進するとともに、準結晶、巨大ユニットセルをもつ近似結晶、および周期結晶の実験研究者と議論を重ね、密接に連携しながら新しい量子現象の発現機構とその普遍性の解明に取り組む。国内および国際会議に参加してこれまでの成果発表を行うとともに、上記の議論および研究打ち合わせを行う予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
ひきこもり本人の語りからみるアイデンティティ構築過程に関する研究

本研究では、ひきこもり相談から、現代のひきこもりの臨床像を明らかにし、ひきこもっている本人の視点から、アイデンティティの構築過程について検討することを目的とした。その結果、10代では性別にかかわらず、学校の中で体験していることが多く言及されていること、20代以降では性別によって悩みが分化していること、30代は内面と社会からの悩みが共存する可能性が高く、特に男性では40代以降においてもその傾向が継続することが示唆された。また、アイデンティティの構築過程においては、「ひきこもりの自分についての語り」「自分についての捉え直し」「自分と関わることについての語り」の3つの段階があることが示唆された。本研究では、現代のひきこもりの状況を明らかにし、ひきこもり本人の語りから、アイデンティティの構築過程について検討することが目的である。今年度は次の2つを研究課題とした。第一に、内外のひきこもりに関する文献を収集し、ひきこもりの現状や支援について文献レビューを行うことである。臨床心理学を中心に社会学や精神医学等の文献を集め、海外ではアジア圏だけでなく欧米でもひきこもりに類似する現象が見られた。系統立てて整理し、それらをまとめている。第二に、約10年分の初回のひきこもり相談のデータから、ひきこもりに至った要因や背景について、年代・性別ごとにテキストマイニングを用いて分析を行うことである。ひきこもり相談の初回のうち、本人の相談のみを抽出し、頻出する単語から性別×年代ごとに分析を行いその違いについて検討を行った。また、蓄積されたひきこもり相談の解析を行い、アメリカ心理学会(ワシントンD.C.)にて成果を発表した。今年度は、電話とメールによるひきこもり相談内容をもとに、青年期だけでなく、成人期のひきこもりの臨床像を捉えることに焦点を当てて検討してきた。具体的には、親からの初回の相談メールをもとにテキストマイニングを行なった結果、ひきこもり本人が10代では性別の差は顕著ではないものの、20代以上になると差異が顕著になり、女性では健康についての記述が多いのに対し、男性では就労についての記述が多いことが分かった。さらに、ひきこもり本人の電話相談の初回のプロトコルを分析した結果、過去に人から否定されたり、批判されるといった体験が根強くあり、人への怖さを感じていることが分かった。また、ひきこもり本人は、「親に対して迷惑をかけている」という思いと、「親に理解してもらえない」という思いが共存していることが示唆された。さらに、成人期への移行の時期のemerging adulthoodに着目し、テキストマイニングを用いて、ひきこもりの背景を検討した。約10年分の初回相談のデータから、テキストマイニングによる分析を行い、ひきこもり相談の内容の違いを検討した。その結果、ひきこもり本人の相談では、20代において性別の違いが顕著であり、特に男性では学校や職場での不適応が背景にあることが示された。また、年代を重ねることで状況が厳しくなり、心理的負担がより深刻になっていることがうかがわれた。加えて、海外で発表されたひきこもりに関する研究のレビューを行い、ひきこもりという現象がどのように捉えられているのかを検討し、ひきこもりを理解するためには精神障害という医療モデルだけでなく,ひきこもりの背景となる文脈の理解が重要であることが示唆された。また、電話やメールを用いたひきこもり支援の実際や、年代と性別によるひきこもり本人の状況の違いについて国内外の学会で発表を行った。ひきこもり本人の電話とメール相談の内容についてキーワードの抽出を行い、予定通り分析を進めている。最終年度では、ひきこもり本人からの相談をもとに、本人がひきこもっている体験をどのように語り意味づけているのかを検討した。自己と社会との関連を考慮し、ひきこもり本人の語りの変化を考えていく上で、マスタナラティブの枠組みを援用した。ひきこもり本人の相談で5回以上、かつ相談内容から精神疾患が顕著でない事例を抽出した。その結果、「ひきこもりの自分についての語り」「自分についての捉え直し」「自分と関わることについての語り」の3つがあると考えられた。「ひきこもりの自分についての語り」では、ひきこもりの状況や自分が何に悩んで困っているのかという気持ちの吐露が語られていた。その中核には〈孤独感〉があると考えられた。「自分についての捉え直し」のサブカテゴリーとして、〈過去の習慣へのしがみつき〉〈親の侵襲〉(親への思い)があげられた。「自分と関わることについての語り」では、自分自身を対象にして、変化した自分との関わりについて語られていた。そうした語りには、〈親とのかかわりの変化〉と連動していることが伺えた。さらに、相談員の返信から新たな見方を取り入れ、オルタナティブなストーリーが展開され、バーチャルな他者(Other)へ自分について語ることで、自己の再編が起こることが示唆された。研究成果については、第31回国際心理学会議と日本心理臨床学会第35回秋季大会において、ひきこもりの子どもをもつ親からの電話相談の記録を基にして父母の体験の違いや、ひきこもりと不登校時期との関連について発表した。また、2017年12月15日にシカゴ専門職大学院の院生とひきこもりについてシンポジウムを行った。

また、アイデンティティの構築過程においては、「ひきこもりの自分についての語り」「自分についての捉え直し」「自分と関わることについての語り」の3つの段階があることが示唆された。文献については大学図書館を活用して収集した。また、10年分の初回相談についても、抽出ならびに分析も終了している。年代や性別によってひきこもり相談の内容の違いが示され、属性を考慮した支援の方略が示唆された。ひきこもりの電話相談による語りと、メール相談によるテキストをもとに、ライフストーリーの枠組みを用いて、本人がひきこもり体験をどのように語り、意味づけているのかを分析する。さらに、研究成果の発表として、海外の心理専門職の大学院の院生とシンポジウムを行う。臨床心理学次年度は、成人期への移行の課題の検討を中心に行う予定である。具体的には、この約10年にわたるひきこもりのメールや電話相談のデータをもとに、成人期への移行期にあたる「1825歳の時期」に着目し、ひきこもりの背景を明らかにする。また、アイデンティティ探求がどのように展開しているのかを事例を取り上げ、質的に検討していく。
鳥類胚皮膚の分化および形態を誘導する因子の研究

ニワトリ胚皮膚は背側に羽毛を、脚部に鱗を形成する。この機構を追求すべく、本研究では羊膜外胚葉を反応系として用い、ニワトリ胚背側および脚の真皮と結合することにより、部域特異的な形態形成および細胞分化が誘導されるかを検証し、各真皮に特異的な物質を探索した。1.羊膜外胚葉における羽毛および鱗の誘導:6・8日胚羊膜外胚葉は背側真皮の影響により典型的羽毛フィラメントを、また、脚部真皮の影響下に典型的な鱗を形成する。ニワトリ・ウズラキメラでも結果は同じ。2.用いたモノクロン抗体の特性:4E12抗体は分化した羽毛フィラメントの羽毛βケラチンと、1F3抗体は羽毛の角質鞘の羽毛βケラチンと反応する。鱗は両抗体に対してほとんど陰性である。3.誘導された羽毛および鱗のケラチン:羊膜外胚葉から誘導された羽毛フィラメントおよび鱗のケラチンは、4E12抗体および1F3抗体に対し、正常の羽毛および鱗のものと全く同じに反応した。これらの結果は羊膜外胚葉より生じた羽毛および鱗が正常な形態と分化をとげていることを示している。(蛍光抗体法・イムノブロット法による)。4.胚背側真皮と脚真皮のポリペプチド成分:誘導力が最もさかんな時期の背側真皮と脚真皮の粗抽出液をHPLCで分画し、各ピ-クを濃縮してSDS-PAGEにかけたところ、部域特異的なポリペプチドバンドをそれぞれ数個検出することができた。このポリペプチドはそれぞれ部域特異的な誘導物質として働く可能性がある。5.胚背側真皮のグリセリンモデル:4項で得られた真皮の成分が誘導因子か否かを検証すべく、真皮グリセリンモデルに表皮を再結合したものに、真皮粗抽出液を与えたところ、羽毛は形成されなかったが、4E12陽性ケラチンをもつ表皮細胞を得た。今後はさらにクリセリンモデルの特性、粗抽出液中の有効成分などの解明に向けて全理をあげたい。
金属代謝異常に起因する神経変性疾患の病態進行の分子メカニズムの解明と予防法の確立

ある種の神経変性疾患においては脳内に数種類の金属の蓄積が認められることが報告されており、脳内の金属代謝を正常に維持することは非常に重要である。一方で、脳内での金属の輸送や代謝の制御に関わる分子や機序の詳細はこれまで明らかとされていない。本研究では、脳内の金属代謝機構を解明するため、脳内への金属蓄積が指摘されている老齢マウスにおいて発現量が変動する金属輸送体を網羅的に解析し、その機能を細胞・個体レベルで評価する。さらに、各種の神経変性疾患モデルマウスを用いて、脳内金属蓄積量と見出した輸送体との関係性を正常マウスと比較評価し、金属代謝の破綻を起因とする神経疾患の発症・進行の分子機序の解明を目指す。
神経メラニン細胞密度とMRIの信号強度の相関:剖検脳と3TMRIによる検討

神経メラニンイメージング(NMI)の病理学的背景を検討する目的で、剖検脳のNMIと病理組織を対比検討した。また、NMIでの青斑核の信号強度の多寡を元に2群に分類し、脳血流SPECTにより大脳皮質の脳血流量の違いを検討した。その結果、中脳黒質の神経メラニン含有細胞とNMIの信号強度には正の相関を認め、NMIでの高信号は神経メラニン含有細胞を反映していることが確認できた。また、神経メラニン含有細胞が減少している群では、楔前部、楔部、背側後帯状皮質で有意に血流量が低下していた。剖検脳のMR撮像に基づく神経メラニン画像の至適撮像条件の検討:3例の剖検脳を用い3TMR装置により脳幹に直行する断面で、SE法によるT1強調画像、T2強調画像、プロトン密度強調画像の撮像を行い、中脳黒質、青斑核のT1値、T2値の計測を試みた。その結果、T1強調画像に関してはホルマリン固定による影響により良好な画像が得られなかったため、正確な測定結果を得ることができなかった。パーキンソニズムを呈する症例における神経メラニン画像を用いた検討:神経メラニン画像を用いて中脳黒質の緻密層、青斑核を同定し、青斑核と橋被蓋に関心領域を設定し、CSN=(中脳黒質緻密層-上小脳脚交叉)/上小脳脚交叉、CLC=(青斑核-橋被蓋)/橋被蓋を計測した。本手法をパーキンソン病48例、多系統萎縮症4例、進行性核上性麻痺3例に適用し、統計学的に解析した。CSNはパーキンソン病=0.119±0.041、多系統萎縮症0.110±0.029、進行性核上性麻痺0.106±0.060で、CLCはパーキンソン病=0.051±0,004、多系統萎縮症0.056±0.008、進行性核上性麻痺0.069±0,014であった。CSN、CLC共に疾患群間で統計学的有意差は認められず、神経メラニン画像によってパーキンソニズムを呈する疾患を鑑別することは困難であると考えられた。しかしながら、多系統萎縮症や進行性核上性麻痺の症例数が少ないことから、症例の蓄積を図り今後も検討していく必要があると考えられた。剖検脳の神経メラニン画像と病理組織所見の対比検討:2例の剖検例(正常者およびパーキンソン病症例)について検討した。正常例では、神経メラニン画像の高信号域は緻密層を中心に見られ、特に内側部分に広く分布していた。組織像では神経メラニン含有神経細胞数は緻密層の内側部分に多く認められ、高信号域の分布に一致していた。パーキンソン病では、緻密層を中心に見られた黒質の高信号域はほぼ消失しており、黒質の内側と外側の信号強度に差は見られなかった。正常例と比較すると、青斑核および黒質においてともに、神経メラニン含有神経細胞数は減少しており、特にメラニン量が保たれている神経メラニン含有細胞数の減少が明らかであった。パーキンソン病における、神経メラニン画像での黒質の高信号域の消失が、内側および外側ともに同程度であった所見は、神経メラニン含有神経細胞の脱落を反映しているものと考えられた。パーキンソニズムを呈する症例における神経メラニン画像を用いた検討:前年度と同様の手法で、症例の蓄積を行った。神経メラニン画像において、CLC=(青斑核-橋被蓋)/橋被蓋を計測した。パーキンソン病78例、多系統萎縮症5例、進行性核上性麻痺7例に適用し、統計学的に解析した。CLCはパーキンソン病=0.050±0.033、多系統萎縮症0.053±0.O16、進行性核上性麻痺0.058±0.020であった。疾患間で統計学的有意差は認めず、神経メラニン画像によってパーキンソニズムを呈する疾患を鑑別することは困難と考えられた。しかし、症例数が少ないことから多系統萎縮症と進行性核上性麻痺の症例の蓄積を図り、検討する必要があると考えられた。剖検脳の神経メラニン画像と病理組織所見との対比検討:3例の剖検例(正常者、Lewy小体型認知症、パーキンソン病症例)について検討した。神経メラニン画像と顕微鏡下で測定した中脳黒質の神経メラニン細胞数との対比を行った結果、メラニン含有量が保たれている神経メラニン細胞数と神経メラニン画像の信号強度には有意な正の相関が認められた。この結果は、神経メラニン画像における中脳黒質の信号強度には、メラニン含有神経細胞の多寡が重要な要素であることを示していると考えられる。今回の検討から、臨床例での神経メラニン画像における高信号域の病理学的背景は、神経メラニン細胞が主たる要因であることを証明することができた。パーキンソン病を中心にパーキンソニズムを呈する症例における神経メラニン画像と脳血流SPECTとの対比検討

1神経メラニン画像において青斑核と橋被蓋の信号強度を測定し、CLC=(青斑核-橋被蓋)/橋被蓋を算出した。その結果からCLCの閾値を算出し、青斑核の神経メラニンが保たれている群と低下している群の2群に分け、^<99m>Tc-ECD SPECTを用いた局所脳血流量に関して両群に有意差が得られるか否かについて検討した。その結果、青斑核の神経メラニンの低下群では保たれている群に比べ、大脳皮質において撰部、襖前部、帯状回背側部で有意な血流低下を認めた。この結果は、パーキンソニズムを呈する疾患では、青斑核における神経メラニン細胞の減少が進むとともに、大脳皮質の局所的な血流低下を示すことを示しており興味深い。
レーザー光と電子の高効率衝突による高強度・極短パルス・高偏極・陽電子ビームの開発

研究は高エネルギー加速器研究機構のATF試験加速器にておこなった。レーザービームと電子ビームの正面衝突を効率よく実現するための装置、コンプトンチェンバー、を開発し衝突実験をおこないガンマ線(最高エネルギー56MeV)を生成した。実験の成果を以下にしめす。1)パルス当たり約1x10^6ヶのガンマ線を生成2)パルス幅は約30ピコ秒3)ガンマ線の偏極の確認30ピコ秒という極短パルス中に、このような大量のガンマ線を生成した実験はこのエネルギー領域では他に例がない。これによりレーザーと電子の衝突により極短パルスの偏極ガンマ線が効率よく発生できることが実証された。またこのような極短パルス・ガンマ線の偏極度を測った例も他にはなく我々のものが初めてである。これは極短パルス・偏極陽電子生成へ向けての大きな前進である。平成11年度は主として次の3点の研究を行った。1)電子ビーム調整中に凹面鏡を遠隔操作によりビームラインから退避させる装置、および凹面鏡の角度を遠隔操作により真空中で微調整する装置の設計制作。2)穴あき凹面鏡を設計・制作した。3)電子ビームとレーザービームの衝突効率を最適化するための詳細設計。これら3点の、各々の研究実績は以下のとおりである。1)退避機構、角度の微調整機構ともに十分な精度で動くことを確認した。すなわち退避機構は、その動作を繰り返しても位置の再現性が数十ミクロン程度に収まった。また角度の微調整に関しては3マイクロ・ラジアンの分解能で制御できることを確認した。2)制作した凹面鏡を実際に使うレーザービーム(波長532nm)でテストし、予定したように90%の反射率を持ち、また鏡面の加工精度も十分であることを確認した。しかし、使用するレーザービームが極めて高出力(550mJ/pulse)であるため、最大出量でレーザービームを凹面鏡に照射した後、その表面にダメージが観察された。この原因を調べたところガスの付着である可能性が高いことが分かった。現在このダメージを避ける方法を検討中である。3)詳細な検討の結果、コンプトンチェンバーの設計を当初の計画から変更する可能性がでてきた。当初のコンセプト、すなわち「レーザーと電子の完全な正面衝突とレーザービームの強収束を両立させる」自体には変更はない。しかしながら、凹面鏡表面のダメージ等を検討した結果、凹面鏡でのレーザーのスポットサイズを大きくし、そのかわりに凹面鏡の焦点距離を当初予定より長くすることを検討している。この部分は来年度の初めまでかけてさらに詳細に検討し・決定する予定である。平成12年度はコンプトンチェンバー本体を制作し、レーザービームと電子ビームの衝突実験を行った。この実験の成果は以下のようなものである。1)パルス当たり約2x10^5ヶのガンマ線を生成2)パルス幅は約20ピコ秒このガンマ線量は、コンプトンチェンバー導入前の我々自身の値の約70倍である。また20ピコ秒という極短パルス中に、このような大量のガンマ線を生成した実験は他に例がない。実験時のレーザーと電子ビームのエネルギー、強度、パルス幅は各々以下のようであった。・レーザー:エネルギー=2.33eV、強度=400mJ/パルス、パルス幅=4ナノ秒・電子:エネルギー=1.26GeV、強度=1x10^<10>ヶ/パルス、パルス幅=20ピコ秒この実験により、穴あき凹面鏡を電子ビームラインに挿入し、レーザービームと電子ビームの高効率な衝突を実現するというアイデアの有効性が確認できた。なお当初、高エネルギーの電子ビームのハローが凹面鏡の表面に損傷を与えることが懸念されたが、現在までに既に延べ20日ほど実験し、鏡の損傷はいっさい生じていない。なお今回の実験ではレーザー装置は高エネルギー加速器研究機構に既設のものを用いたので、必ずしも本実験に対して最適化されているわけではない。具体的にはレーザーパルスの幅が4ナノ秒であり、これは最適な値より遥かに長く、レーザーパルスのほとんどの部分が有効に利用されていない。したがって今回の実験で示された衝突効率は、この方式の原理的な限界ではない。本来この実験ではレーザーのパルス幅は10ピコ秒前後であることが望ましい。したがってもし新規に10ピコ秒のレーザーを用意できれば、現在の400分の1のレーザー強度、すなわち4mJ/パルスの強度で、現在と同じ数のガンマ線が生成できる。

平成13年度はコンプトンチェンバーの長焦点化を行い、レーザービームと電子ビームの衝突実験を行った。この実験の成果は以下のようなものである。1)パルス当たり約5x10^5ヶのガンマ線を生成2)パルス幅は約20ピコ秒3)ガンマ線の偏極の確認このガンマ線量は、前年度の我々自身の記録の2倍以上も上回るものである。20ピコ秒という極短パルス中に、このような大量のガンマ線を生成した実験は他に例がない。またこのような極短パルス・ガンマ線の偏極度を測った例も他にはなく我々のものが初めてである。実験時のレーザーと電子ビームのエネルギー、強度、パルス幅は各々以下のようであった。・レーザー:エネルギー=2.33eV、強度=400mJ/パルス、パルス幅=4ナノ秒・電子:エネルギー=1.28GeV、強度=1x10^<10>ヶ/パルス、パルス幅=20ピコ秒この実験によりレーザービームと電子ビームの衝突により極短パルスの偏極ガンマ線が効率よく発生できることが実証された。これは極短パルス・偏極陽電子生成へ向けの大きな前進である。
インテグレ-テッド・アンテナに関する基礎研究

昭和62年度より平成2年度までの4年間に,インテグレ-テッド・アンテナの給電機構と放射特性の検討,高分解能時間領域測定法の開発,移動通信における多重波抑圧の検討等を行い,以下の成果を得た。1.インテグレ-テッド・アンテナは放射素子とアクティブ回路等を含む給電系が多層的に構成される。給電系から放射素子を励振するには基板上の小さな開口を用いる電磁結合型励振法が用いられる。本研究では,スペクトル領域モ-メント法によるfullーwave analysisを用いることによって上記給電法を解析した。次に,各種のモデルについて数値計算と基礎的な実験を行い,それらの入力特性,指向性を求めるとともにこの給電法を用いる際に問題となるparallelーplate waveguide modeの諸特性とその抑圧条件を明確にした。2.電磁波の測定において時間領域測定法は有効な計測技術である。しかし,FFTを用いた従来の手法は時間領域において高い分解能を得るには広い周波数帯域を必要とし,狭帯域デバイスの測定には不都合である。本研究グル-プはMUSICアルゴリズムを用いた時間領域測定法を提案した。本手法を電磁波回路測定,アンテナの利得測定等に適用した結果,FFTに比べ15200倍の高分解能性が得られることが明らかとなった。3.高速ディジタル移動通信においては多重波伝搬による周波数選択性フェ-ジングのため著しい特性劣化を生ずる。本研究グル-プはアダプティブアンテナを用いた空間領域処理により多重波を抑圧することを提案した。計算機シミュレ-ションの結果,本手法が高速・広帯域な伝送系ほど良好な特性を示すことが分かった。更に,アダプティブアンテナに必要な参照信号の発生法およびダイバ-シチ技術を併用した高機能処理技術を明らかにした。昭和62年度は本研究の初年度であるので,本研究に関連した諸技術の調査を行うとともに準ミリ波帯をでカバーできる測定システムの構築,および,新しい計測技術の開発を行った.以下に具体的項目を述べる.1.インテグレーテッド・アンテナは放射素子と回路素子が一体化されている.回路素子を搭載している基板から放射素子を励振する方法について調査し,電磁結合型励振法が従来の手法の中では優れていることが分かった.2.一昨年より,酸化物超伝導体の研究が鋭意行われており,臨界温度の著しい上昇が図られている.本研究では超伝導体の調査を行うとともに,それをアンテナ材料として用いたときの基礎的放射特性を理論的に推定した.3.本研究においては,精密かつ迅速な測定が極めて重要となる.そこで,45MHzから26.5GHzまでの広帯域に渡る,反射特性および伝送特性の測定が可能なネットワーク解析測定システムを構築した.4.上記測定システムにおいては,周波数領域における反射・伝送特性のみならず時間領域における解析も可能であるなど,多くの測定機能を有している.その反面,取り扱いが複雑である.今後必要とされる各種の計測に備え,上記測定手法の習熟を行った.5.上記測定システムでは,狭い周波数帯のデータを用いて正確に反射点の位置を推定することが困難であることが分かった.そこで,信号処理技術を用いることにより,高い分解能で反射点の位置を推定できる新しい計測技術の開発を行っている.今後は1で述べた電磁結合型励振法について実験的および理論的に考察を進めるとともに,5で述べた新しい計測技術の性能向上を図り,今後のインテグレーテッド・アンテナの研究開発促進のための実験基盤の整備をする予定である.昭和63年度は前年度の研究結果をふまえて、インテグレーテッド・アンテナの給電部の検討、計測手法の開発、および、信号処理技術のシミュレーション等を行った。以下に具体的項目を述べる。1.インテグレーテッド・アンテナは放射素子とアクティブ回路等を含む給電系が多層的に構成される。

給電系から放射素子を励振するには、基板上の小さな開口を用いる電磁結合型励振法が用いられる。従って、誘電率の異なる基板を介しての上記励振法の解析が重要である。本年度は、スペクトル領域モーメント法によるFull-wave analysisを用いて電磁結合型励振法の理論的解析法を定式化し、各種のモデルについて数値計算を行った。更に、給電部と励振部の基礎的な実験を行った。2.ネットワークアナライザを用いた電磁波回路測定において時間領域解析法は極めて有効な計測法である。しかし、FFTを用いた従来の方法は、時間領域において高い分解能を得るには広い周波数帯域に渡る測定データを必要とし、アンテナのような狭帯域な系の測定には不都合である。そこで、スーパーレゾリューション技術を用いることによって高い分解能を与える、新しい時間応答推定の計測法を提案した。実験の結果、FFTの約1/34の周波数帯域幅で所要の時間領域解析が可能であること等が示された。3.本研究の一つのターゲットである移動通信では多重波伝搬により特性が劣化する。そこで、アダプティブ信号処理技術により、多重波の抑圧を行うことを検討した。シミュレーションの結果、上記処理技術は高速ディジタル移動通信系に有効であると期待できることが示された。今後は、1で述べた電磁結合型励振法について更に理論的および実験的に考察を進めるとともに2で述べた新しい計測技術を発展させる予定である。平成元年度は前年度までの研究成果をふまえて、インテグレ-テッド・アンテナの給電機構と放射特性の検討、時間領域測定法の開発、および、移動通信における多重波抑圧に関するシミュレ-ション等を行った。以下に具体的な内容を述べる。1.インテグレ-テッド・アンテナは放射素子をモノリシック集積回路に組み込むことを目指したものであり、放射素子とアクティブ回路等を含む給電系が多層に構成される。本年度はスロットとダイポ-ルを組み合わせた円偏波アンテナの給電系の特性と放射特性をフ-リエ変換モ-メント法によるfullーwave analysisを用いて解析した。特に、トリプレ-ト給電機構を用いたときに問題となるparallelーplate waveguide modeの挙動について詳細な検討を行った。更に、上述のアンテナの入力特性、指向性等につき実験を行った。2.ネットワ-クアナライザを用いた電磁波回路測定において時間領域測定法は有効な計測技術である。しかし、FFTを用いた従来の手法は時間領域において高い分解能を得るには広い周波数領域に渡るデ-タを必要とし、アンテナのような狭帯域な系の測定には不都合である。本研究グル-プではMUSICアルゴリズムと呼ばれる手法により高分解能な時間領域測定を行うことを提案している。実験の結果、本手法に親和性の良い被測定物の場合、FFTの1/200の周波数帯域幅で所要の測定が可能であることが示された。3.ディジタル移動通信においては多重波伝搬による周波数選択性フェ-ジングのため著しい特性劣化が生ずる。
宇宙ガンマ線検出器Si/CdTe半導体コンプトンカメラの分子イメージングへの応用

分子イメージング分野において、人体に投与した複数の放射性薬剤を追跡する、あたらしい診断法の実現が望まれている。本研究では、ASTRO-H衛星(2014)の検出器技術を応用した、Si/CdTe半導体コンプトンカメラのプロトタイプ機を用いた基礎実験をおこなった。マウスに投与した2種類の放射性薬剤を同時に画像化することに成功し、複数薬剤を同時追跡できる可搬型のイメージングシステム実現にむけて見通しを得た。宇宙用半導体コンプトンカメラを分子イメージングに応用するためには、線源の3次元的な分布を画像化することが必要である。2014年打ち上げ予定のASTRO-H衛星搭載のコンプトンカメラをベースとして、3次元撮像のための最適な検出器配置や画像再構成法に関して、粒子追跡法によるシミュレーション研究を進めた。撮像対象の周りにリング状に検出器を配置することで、正八面体の頂点に配置した6つの点線源を、2-3mm程度の空間分解能で正しく再構成できることがわかった。実験的に実証するために、3次元構造をもつファントムをコンプトンカメラに対して高精度で回転させ、リング状配置により得られるデータを模擬した疑似データを取得して解析を進めたところ、834keVのガンマ線に対して線源の断層画像を得ることに成功した。このようなシステムが実際に小動物撮像に有効であることを実証するために、ヨウ素(I, 364keV)とストロンチウム(Sr, 514keV)をマウスに同時に投与して、6時間イメージングしたデータの解析を進めた。その結果、ヨウ素が甲状腺、腹部、生殖器に集積すること、ストロンチウムが頭蓋骨、背骨、骨盤に集積することを画像化することに成功した。特に、ガンマ線のエネルギーの高いストロンチウムの集積を精度よくモニタリングすることは、従来機器では不可能であったことである。これらの成果は、宇宙用機器が分子イメージングの領域でも極めて有望な検出器であることを示すものである。平成22年度に進めたモンテカルロシミュレーションに基づいて、プロトタイプ機の製作と性能評価をおこなった。プロトタイプ機は次期X線天文衛星ASTRO-Hの硬X線検出器(HXI)検出器をベースデザインとするもので、両面シリコンストリップ検出器(Si-DSD)と両面カドテルストリップ検出器(CdTe-DSD)から構成される。素子のストリップピッチは250μm、サイズは3.4cm角、厚さは0.5mm(Si-DSD)、0.75mm(CdTe-DSD)である。平成23年度前半には、素子と読み出しアナログASICをマウントした検出器トレイの単体動作チェックを進めた。コンプトンカメラとして組み上げたときに、システムを安定して動作させるためには、この段階での検出器トレイのスクリーニングが重要である。特に、CdTe-DSD検出器のスペクトル性能と歩留まりとを考慮して、スクリーニング条件を決定する作業を進めた。結果として、15°Cにおいて250Vのバイアスを印加した状態で、動作テストを行うことが、スクリーニングに有効であることがわかり、長時間スペクトル安定性を備えたCdTe-DSD検出器を効率よく選び出すことができるようになった。平成23年度後半には、単体動作試験をクリアした検出器トレイを積層し、Si-DSD2層、CdTe-DSD3層の計5層からなる、コンプトンカメラプロトタイプ機を製作した。点線源を用いた評価試験をすすめ、角度分解能、検出効率、視野など基礎パラメータの測定をおこなった。コンプトンカメラによる3Dイメージングを実現するには、複数台のコンプトンカメラで被写体を多角度から撮像する必要があるが、これまでに3台のプロトタイプ機を製作した。
核内受容体による非アルコール性脂肪肝炎発症経路の解明と治療応用への基盤構築

肝臓HNF4α欠損マウス(KOマウス)はNASHを発症するが、PPARαの欠損によりNASHが改善する。KOマウスでFATP1, CD36, CideAの発現増加が認められ、ダブルKOマウスで発現低下することが分かった。また、KOマウスではFATP1のプロモーターにおけるPPARαのDNA結合活性と肝臓での脂肪酸量が増加していることが分かった。このため、内在性脂肪酸がPPARαを活性化し、PGC1αによりPPARα標的遺伝子が転写活性化され、NASHが誘導されると推測された。非アルコール性脂肪肝炎(NASH)は脂肪肝から肝硬変、肝細胞癌へと進行する予後不良の疾患である。NASHの原因は様々であり、確立された治療法は存在しない。我々は、肝臓特異的HNF4α欠損マウス(KOマウス)が、NASHを発症し、KOマウスに核内受容体PPARαを欠損させたダブルKOマウスはNASHを改善することを見出した。本研究では、HNF4αとPPARαを介したNASH発症機構の解明とNASH治療薬開発への応用を目的としている。KOマウス肝臓では、PPARαのmRNAおよびタンパク質の発現の低下、加えてゲルシフトアッセイによるDNA結合活性が低下していたため、KOマウス肝臓で発現が上昇しているPPARα標的遺伝子3種類について、ChIPアッセイによる肝臓内でのPPARαのPPARα結合部位(PPRE)への結合能を解析した。その結果、3種類のPPARα標的遺伝子すべてについて、KOマウスでPPARαの結合能の上昇が認められた。一方、PPARβ、PPARγ、PGC1αについてはPPREへの結合能にKOマウスで変化は認められなかった。従って、PPARα標的遺伝子群を転写活性化している因子はPPARβ、PPARγではなくPPARαであることが明らかになった。以上の結果から,KOマウス肝臓では、PPARαタンパクの発現量は低下しているが、内在性リガンドにより活性化され、その結果PPARα標的遺伝子群の発現を上昇させていることが示唆された。非アルコール性脂肪肝炎(NASH)は肝癌などに進行する予後不良の疾患であり、治療薬はない。我々は肝臓特異的欠損マウス(KOマウス)がNASHを発症することを見出した。さらに、PPARαを欠損させたダブルKOマウスは脂肪肝が改善することを見出している。そこで、KOマウスではPPARαの活性化が脂肪肝発症に関与していると推測し、KOマウスにおけるPPARαの内在性リガンドである脂肪酸の同定を試みた。肝臓の全脂質中の24種類の脂肪酸の比率を測定したところ、KOマウスにおいて比率が変動している脂肪酸は認められなかった、このため、KOマウスにおいてはPPARαは特定の脂肪酸によってではなく、脂肪酸の量が増加したことによって活性化されたと推測された。このため、KOマウスでの脂肪酸代謝に関与する様々な遺伝子の発現を解析したところ、脂肪酸の取り込みに関与する遺伝子の発現が増加すること、そしてその発現はダブルKOマウスでは発現が低下することが明らかになった。非アルコール性脂肪肝炎(NASH)は肝癌などに進行する予後不良の疾患である。我々は、肝機能を制御する核内受容体HNF4αの肝臓特異的欠損マウス(H4-KOマウス)がNASHを発症し、H4-KOマウスにPPARαを欠損させたダブルKOマウスはNASH改善することを見出している。しかし、H4-KOマウスは脂肪酸酸化遺伝子の発現増加にも関わらず、PPARαが発現減少する矛盾を生じたため、脂肪酸酸化遺伝子の発現誘導を解析した。クロマチン免疫沈降の結果、脂肪酸酸化遺伝子のプロモーター中のPPAR結合配列(PPRE)へのPPARαの結合活性がKOマウスで上昇していることが分かった。さらに、PPARαのコアクティベーターであるPGC1αの発現がKOマウスで上昇しているため、その発現上昇機構を解析した。この結果、KOマウスで発現低下しているmiR-194の強制発現によりPGC1αタンパク質の発現が増加することが明らかになった。すなわち、HNF4αの発現低下によりmiR-194が発現減少した結果、PGC1αの発現が上昇し、PPARαの転写活性化を誘導することが示唆された。また、KOマウスにおいて脂肪滴の伸長に関与するCideAの発現が顕著に増加し、ダブルKOマウスでは発現低下することも明らかになった。従って、KOマウスではPPARαの活性化によりCideAの発現が誘導され、KOマウスにおける脂肪肝形成の一因であることが示唆された。PPARαの活性化機構が分かってきた。またKOマウスの脂肪肝発症に関与する遺伝子候補も同定できたため。分子細胞生物学PPARの標的遺伝子により脂肪肝がおきるかどうかを培養細胞やマウスを用いて解析する、PPARαの活性化によるPPARαの転写活性化が検証できた。

しかし、PPARαのリガンドの同定は進行中であるが、まだ同定には至っていない。今後は、PPARのリガンドの同定を行う。また、マウスを用いてNASH改善の検証や肝癌との関連性を解析する。
鉄系超伝導体における超伝導とnematic相の関係解明

SeサイトにSドープしたFeSeにおける対形成機構がnematicityの影響を強く受けることを昨年度までに見出し、論文として発表した。nematic相、正方晶相それぞれにおける超伝導ギャップ構造をより詳しく調べるため、電子温度90mKに到達できる希釈冷凍機STMを用いて、20μeV程度の超高分解で超伝導ギャップスペクトルを調べた。その結果、nematic相にあるFeSeの超伝導ギャップは異方的ではあるがノードは無く、ギャップの最小値が0.1meV程度のフルギャップ超伝導であることが示唆された。この0.1meV程度のギャップ様構造はnematic臨界濃度近傍でも観測されるがギャップ内に有限の状態が観測された。これが、単なるギャップ異方性によるのか、本質的にギャップレス状態になっているのか、今後検討する必要がある。FeSeにおいては、超伝導ギャップとFermiエネルギーの大きさが一桁程度しか違わないために、超伝導転移温度以上でpre-formed電子対による擬ギャップが期待されるが、実験を行ったところ、擬ギャップは無いことが分かった。これは、FeSeがマルチバンド超伝導体であることに起因することを議論し、論文として発表した。Teドープ試料に関しては、トポロジカル表面状態を持つTeドープ量が60%近傍の試料に対して渦糸芯の超高分解能トンネル分光を行い、Majorana準粒子に起因すると考えられるゼロエネルギー束縛状態を見出した。また、多数の渦糸を調べたところ、ゼロエネルギー束縛状態を持たない渦糸の存在も判明し、その割合が磁場とともに増加することが分かった。これはMajorana準粒子間の相互作用に起因する可能性が高い。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。鉄系超伝導体における超伝導とnematic相の関連を明らかにするため、FeSeの電子状態を走査型トンネル顕微鏡による分光イメージングで調べている。今年度は、Seサイトを同じ価数を持つSで置換してnematic相を系統的に抑制し、その際に電子状態にどのような変化が生じるか研究した。nematic相はSを17%以上ドープすると抑制され、最低温まで正方晶相が保たれることが報告されている。今年度はSを最大23%まで置換した7種類の試料に対して実験を行い、準粒子干渉効果の解析からバンド構造を、高エネルギー分解能トンネル分光によって超伝導ギャップを、それぞれ調べた。FeSeの準粒子干渉パターンは3つの正孔的な分枝と1つの電子的な分枝から構成され、nematicityを反映して強い面内異方性を持つ。S置換に伴い異方性が小さくなるとともに11%程度ドープしたところで正孔的分枝が2本になることが見出されたが、nematic相の臨界濃度17%では、バンド構造に顕著な変化は見られなかった。消失した正孔的分枝は電子バンドのDiracコーンに関連すると考えているが、最終的な結論にはさらに詳しい検討が必要である。超伝導ギャップに関しては、FeSeはギャップに強い異方性があるが、Sをドープしてもnematic相にある限りトンネルスペクトルの形状はほとんど変化せず、超伝導ギャップがSの影響をほとんど受けていないことが分かった。一方、臨界濃度以上のSをドープすると、超伝導ギャップは大幅に抑制されることが分かった。この結果は、静的なnematic相の消失は超伝導に不利であることを示唆している。また、臨界点近傍で転移温度の上昇や超伝導ギャップが大きくなる傾向がみられないことから、nematic相の揺らぎが超伝導発現に寄与していないことも示唆された。S置換系に関して準粒子干渉の実験が非常に順調に進み、研究期間全体を通じて取得すべきデータを今年度ほぼ全て取得することができた。その結果、Nematic相と超伝導の関係の一つの側面は明らかになった。一方、もう一つの研究対象であるTe置換系に関しては、十分な大きさの試料がまだ得られていない。昨年度までにSeサイトにSドープしてnematicityを系統的に抑制したFeSeにおける準粒子干渉パターンのデータを取得したが、準粒子分散のブランチの帰属が完全ではなかった。そこで、角度分解光電子分光の結果と詳細な比較を行ったところ、波数空間のkz方向に三次元的分散を有する正孔バンドの、kz = 0とkz = πの状態が別々のブランチとなって準粒子干渉パターンに現れていることが分かった。この結果は、準粒子干渉効果を用いてバンドの三次元性を評価できる可能性を示している。準粒子分散の帰属ができたので、バンド分散のSドープ依存性に関して詳しい情報を得ることができた。その結果、正孔バンドの面内異方性はSドープとともに減少するが、nematicityが消失するSドープ量である17 %において、Fermi波数にもFermi速度にも急激な変化は現れず、変化は滑らかであることが分かった。これは、nematicityの消失とともに不連続的に小さくなる超伝導ギャップの振る舞いとは対照的である。これらの結果は、超伝導の対形成機構が、バンド構造ではなく、nematicityの有無に敏感であることを示している。Teドープ試料に関しては、系統的にドープ量を変化させた単結晶試料は未だに得られていないが、溶融法で作製できるTeドープ量が60%近傍の試料に対して実験を開始した。この組成の試料は、トポロジカル表面状態の形成が示唆されており、渦糸中心におけるMajrana粒子の発現が期待される。Majorana粒子が現れるエネルギーは厳密に零であり、鋭い状態密度ピークがFermiエネルギーに現れることが期待される。

そこで、μeVレベルの高いエネルギー分解能で零エネルギー状態の有無を検証するため、希釈冷凍機をベースにした超低温STMを建設し、渦糸状態の研究を開始した。準粒子干渉から得られる分散のブランチ帰属ができたことにより、FeSe及び、そのS置換系の電子状態の概要は明らかになった。Nematicity消失前後における超伝導ギャップの構造解明が残された課題であるが、そのために必要な100 mK以下の低温での実験を行うための希釈冷凍機を用いた超低温走査型トンネル顕微鏡の建設も完了している。Te置換系に関しては試料作製の問題は残るものの、Teドープ量が60%近傍の試料に関する実験は進展しており、研究期間終了までには成果が出せるものと考えている。SeサイトにSドープしたFeSeにおける対形成機構がnematicityの影響を強く受けることを昨年度までに見出し、論文として発表した。nematic相、正方晶相それぞれにおける超伝導ギャップ構造をより詳しく調べるため、電子温度90mKに到達できる希釈冷凍機STMを用いて、20μeV程度の超高分解で超伝導ギャップスペクトルを調べた。その結果、nematic相にあるFeSeの超伝導ギャップは異方的ではあるがノードは無く、ギャップの最小値が0.1meV程度のフルギャップ超伝導であることが示唆された。この0.1meV程度のギャップ様構造はnematic臨界濃度近傍でも観測されるがギャップ内に有限の状態が観測された。これが、単なるギャップ異方性によるのか、本質的にギャップレス状態になっているのか、今後検討する必要がある。FeSeにおいては、超伝導ギャップとFermiエネルギーの大きさが一桁程度しか違わないために、超伝導転移温度以上でpre-formed電子対による擬ギャップが期待されるが、実験を行ったところ、擬ギャップは無いことが分かった。これは、FeSeがマルチバンド超伝導体であることに起因することを議論し、論文として発表した。Teドープ試料に関しては、トポロジカル表面状態を持つTeドープ量が60%近傍の試料に対して渦糸芯の超高分解能トンネル分光を行い、Majorana準粒子に起因すると考えられるゼロエネルギー束縛状態を見出した。また、多数の渦糸を調べたところ、ゼロエネルギー束縛状態を持たない渦糸の存在も判明し、その割合が磁場とともに増加することが分かった。これはMajorana準粒子間の相互作用に起因する可能性が高い。S置換系のデータはそろったが、準粒子干渉パターンの解釈は複雑であるので、今後、シミュレーションとの比較を行いたい。また、別の観点からNematicityに関して知見を得るため、渦糸芯の電子状態のS濃度依存性に関してもデータを取得したい。Te置換系に関しては、より大きな結晶を得る努力を継続する他、溶融法で作製した試料に対する実験も試みる。超低温走査型トンネル顕微鏡を用いて、Nematicity消失に伴う超伝導ギャップの変化の詳細、特にギャップノードがどのように変化するのか調べる。また、高エネルギー分解能分光イメージングによりBogoliubov準粒子の干渉パターンを観測し、波数空間における超伝導ギャップ構造の変化を調べる。
固体ヘリウム3の核磁気秩序相における超音波実験

本研究では、これまでのbcc相の固体ヘリウム3の核磁気秩序相における熱力学的測定を一歩進め、超音波吸収と核磁気共鳴を併用してフォノンとスピン波のカップリングを調べ、多体交換相互作用の本質をよりミクロな視点から明らかにすることを目指した。同時に圧力の高いbcc固体の核磁気秩序の実現にも努力することとした。しかし、秩序相における超音波を用いた測定は全く行われておらず、様々な困難があった。即ち単磁区で単結晶の試料を超音波トランスジューサ-とレシーバーの間に作る必要があるが、この電極間を満たす様な大きな質の良い試料を成育することはそれほど容易なことではない。超流動状態のヘリウム3から析出させていくのであるが、数mmにわたり均一性を得る必要があり、現在の所まだ問題点が残っている。そこで、5kG以上の磁場をかけた状態で、立方対称性を持つ高磁場秩序相の単結晶を先ず作り、そのあと磁場を小さくして低磁場秩序相(uudd)に転移させる方法も試みる予定である。この他、固体ヘリウム3試料と電極間の音響インピーダンスのミスマッチに関しては、低周波(1MHz付近)では比較的に問題が少ないが、高周波(100MHz以上)の場合、新たな開発を必要とする。そこで、低周波においてスピン波の音響モードと音波のカップリングによる音速の変化を測ることから始めている。このほか高密度のbcc固体ヘリウム3の核磁気秩序を実現する為に、固体ヘリウム3自身の核断熱消磁の試みがなされた。その結果、間接冷却では困難なモル体積の小さい試料でも初めて秩序相が得られた。磁気相図は交換相互作用が約2桁も小さくなることを反映して全体的に縮小するが、低密度の磁気相図とほぼ同じ様な形状であることが確認された。同様の実験がhcp相についても行われており、その基底状態が強磁性であることを強く示唆する結果が得られた。本年度は、まず単磁区で単結晶の固体ヘリウム3試料を生成するための体積可変型のサンプルセルの試作を行った。今の場合、この試料を超音波トランスジュ-サ-とレシ-バ-の間に作る必要があり、非常に厄介で色々な工夫を行い困難を克服しようとしている。今後は、試料と超音波トランスジュ-サ-,レシ-バ-間の音波の伝搬に大きな問題がないかをチェックしながら、核断熱消磁冷凍機に組み込む為の試料セルの製作に取りかかる。これと並行して、hcp相に近いモル体積のbcc個体ヘリウム3の磁気相図を調べる試みが行われた。この様な圧力の高い試料の核磁気秩序温度は数10μKであり、試料全体をその温度以下に冷却することは今のところ困難で試料自身の核断熱消磁により核スピン系のみを冷却した。その際、ヘリウム3核スピン系と金属電子系の間の熱の出入りをコントロ-ルする熱スイッチとしては、試料と金属超微粉の間の界面熱抵抗が温度の逆二乗に比例するという温度依存性を持つことを利用した。先ず約1mK,3.2Tでヘリウム3核スピンをほとんど100%偏極させた後、この偏極を保つ様に試料磁場と同時に寒剤の磁場も消磁し、試料全体を0.2mK位迄冷却し界面熱抵抗を大きくしてから試料磁場のみを零磁場まで減らした。核秩序のプロ-ブとしては、試料自身の磁気圧力を用いた。その結果、低圧でモル体積の大きなbcc相と同様に、常磁性相,強磁場秩序相,低磁場秩序相を隔てる上部臨界磁場,下部臨界磁場が観測され、磁気相図は広いモル体積にわたってほぼ同じであることが確認された。

同様の実験がhcp相についても行われており、その基底状態が強磁性であることを強く示唆する結果が得られている。本実験では、単磁区で単結晶の固体ヘリウム3試料を超音波トランスジューサーとレシーバーの間に作る必要がある。この電極間を満たす様な大きな質の良い試料を成育することはそれほど容易なことではない。超流動状態のヘリウム3から析出させていくのであるが、数mmにわたり均一性を得る必要があり、現在の所、まだ問題点が残っている。そこで5kG以上の磁場をかけた状態で、cubicな対称性を持つ高磁場秩序相の単結晶を先ず作り、その後磁場を小さくして低磁秩序相(uudd)に転移させる方法も試みる予定である。この他、固体ヘリウム3試料と電極間の音響インピーダンスのミスマッチに関しては、低周波(1MHz付近)では比較的に問題が少ないが、高周波(100MHz以上)の場合、新たな開発を必要とする。そこで以上の問題点の克服する努力とともに、高密度のbcc固体ヘリウム3の磁気相図を調べる試みが行われた。その結果、磁気相図は交換相互作用が約2桁も小さくなることを反映して全体的に縮小するが、低密度の磁気相図とはほぼ同じ様な形状であることが確認された。またhcp相についても、3.2Tのもとで完全核偏極に至る過程での磁気圧力の温度変化曲線から、hcp相での4体交換相互作用のモル体積微分の大きさが初めて実験的に決められ、予想以上に4体交換の効果が大きいことが判った。但し、これから4体交換相互作用の大きさを求めるには、もっとモル体積を変えて精密な測定をする必要があり、今後の課題である。