hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
血管リモデリングにおける血管内皮細胞機能に関する分子病理学的研究

liposomeならびにその改良ベクターの生物学的特性、さらに新規のEBベクター・oriPシステムやSeVベクターの標的細胞選択性、発現効率と安全性についても比較検討中である。HVJ-liposomeは極めて安全であり、今後ヒトへの応用可能なベクターの候補として大変有望である。但し、発現効率、再現性や持続期間調節の可能なベクターとして他の新規ベクターについても検討を継続する。2.血管リモデリングにおける新生血管の病態学的意義:これ迄、動脈硬化進展の病理形態学的指標の一つとして硬化病変における血管新生が重要であることを明らかにしてきた。このことは1)動脈硬化を含めた病的血管リモデリングの発生病態を炎症・修復反応として総括しうること、2)その誘導因子としてVEGF・受容体系を中心としたサイトカイン網が重要であることを明らかにした。3.血管新生関連因子の遺伝子制御:病的血管リモデリングに関与しうる諸因子の産生制御法の開発の為に、炎症性サイトカインの転写誘導に関与するSp-1,AP-1,NFkB,Egr-1のデコイオリゴを用いたin vitro,in vivoの検討を進めている。これらデコイを用いてVEGF,TGF-β1,組織因子など血管新生に関与する諸因子の腫瘍細胞、平滑筋細胞産生制御に有効であることを見出している。現在、各種血管新生病動物モデルを用いた治療的有効性について病理学的検討を進めている。4.新規DICモデルの開発とNOの発生病態学的意義についてNFkB活性化機構を中心に検討し、過凝固抑制におけるNOの意義を明らかにした。主な本年度実績の概要は以下の通りである。1.新規ベクターである組み換え型Sevベクターの生物学的特性について以下の検討を行った。1)血管壁、肝、網膜、気道のin vivo、一部のexvivoにおける導入効率、導入遺伝子の発現効率の検討:これら臓器の血管内皮細胞、外膜線維芽細胞を中心とした間葉系細胞、また気道上皮細胞への導入、発現効率がとりわけ良好であり、アデノベクターによる発現効率と遜色なく、またin vivo導入時の催炎効果は極めて軽微であった。2)各種培養細胞を用いて導入要件の検討、3)in vivo導入時の発現持続時間とその規定因子の解析ならびに催炎因子の解析とその制御法の開発を行った。2.ヒトPTCA後再狭窄症例のDCA標本の臨床病理学的研究を(1)リコイル現象の病理像、(2)硬化内膜内血管新生とVEGF発現の(3)平滑筋細胞増殖抑制因子であるTGF-βならびにそのレセプター1、2の発現を免疫組織化学的に検討した。主な本年度の実績概要を以下に報告する。1.新規遺伝子導入システム確立に向けたSeVベクターの生物学的特性に関する研究:1)β-gal,luciferaseとともにVEGF,FGF-2,ecNOSなどの遺伝子を搭載した組み換え型SeVの血管壁構成細胞へのin vitro,in vivo導入ならびに発現効率はAdeno virusベクターに比べて遜色なく良好であり、加えて短時間(10分以内)の接触で十分な導入が可能であった。2)小動物血管壁では、内腔からの投与で内皮細胞のみならず中膜平滑筋細胞まで遺伝子導入が可能であるが、ヒト大腿静脈瘤症例由来の静脈壁では硬化内膜により中膜平滑筋細胞への導入は強く阻害され、今後、目的に応じた導入経路の検討が必要であることが判明した。
高速量子プローブを用いた微小系の電子輸送ゆらぎの研究

本研究では、半導体微細構造を活用した微小系を用いて、微小系における電子輸送、ゆらぎ、ダイナミクスの測定、解明を行った。本年度は特に高速量子プローブを活用した微小系における局所電子状態のダイナミクス測定、量子微小系の局所電子状態測定を中心に実施した。微小系における局所電子状態およびそのダイナミクスは、物性科学等の基礎科学やエレクトロニクスデバイス等の応用の両面から重要となっている。この微小系における局所電子状態について、高速量子プローブを使って引き続き測定し、またその結果の解析を行った。半導体量子ドットからなる開放微小系について、局所電子状態の測定を実施したところ、局所電子状態が電極との結合に依存してマイクロ秒程度の時間スケールで変化する様子を観測した。さらに半導体量子ドット中の局所電子状態の時間変化の詳細を調べたところ、トンネルの低次の過程と、高次の過程による電子状態変化をミクロな観点から解明することができた。また高速量子プローブで開発してきた測定手法は、古典微小系だけでなく量子現象が発現する量子微小系に対しても適用可能である。量子微小系は量子エレクトロニクス、量子情報処理等に向けて近年、注目を集めており、本研究では高速量子プローブの技術を活用して量子微小系における局所電子状態測定を行った。この結果、量子ドット内状態の高精度操作、多重量子ドットにおける電子状態操作の実現等に貢献した。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、半導体微細構造を活用した微小系を用いて、微小系における電子輸送、およびそのゆらぎとダイナミクスを測定した。本年度は特に高速量子プローブの性能評価、微小系における局所電子状態のダイナミクスの測定を中心に行った。微小系における電子輸送、およびそのダイナミクスを調べるためには、微小系中の局所電子状態に直接的にアクセスでき、また高速に動作できるミクロなプローブが有用となる。このようなプローブとして、半導体量子ドットを用いたミクロなプローブを作製し、高周波測定技術を活用することにより高速な動作を実現する高速量子プローブを開発してきた。これを改良発展させて、高速量子プローブの単一電子移動の検出感度を評価し、マイクロ秒程度の積分時間で単一電荷を検出できることを確認した。またプローブ動作の安定性についても検証を行い、微小系の電子輸送現象を測定するのに十分な安定度を持つことを確認した。またこの高速量子プローブを活用することにより、微小系における局所電子状態とそのダイナミクスの測定を開始した。微小系における局所電子状態は、基礎科学やエレクトロニクス等への応用の両面から注目を集めており、ミクロな観点からの解明が重要となる。半導体量子ドットからなる開放微小系における局所電子状態ダイナミクスを測定したところ、電子状態が時間とともに変化する様子が観測され、電子状態の時間変化を単一電荷のレベルで測定することができた。半導体量子ドットを用いた微小系における局所電子状態測定に高速量子プローブを活用し、局所電子状態ダイナミクスを単一電子レベルで精度良く測定できるようになったため。高速量子プローブを活用した局所電子状態測定を更に進め、微小系における電子輸送やそのゆらぎ、ダイナミクスの解明を進める。
肺移植へのブリッジとしての腸管によるLiquid Ventilationの実用化

肺移植では移植希望患者が長期の待機期間を乗り切ることが出来るような、透析や人工心臓のようなデバイスが実用化されていない。本研究の目的は、酸素溶解能が高い不活性溶液用いたliquid ventilationが、肺ではなく腸管を用いて可能かどうかを検討し、その臨床応用を目指すことにある。ただし、Perfuluorocarboneを用いたlung ventilationが実際にUSAで臨床試験を受けていることもあり、この溶液は現在では入手不可能となった。そこで、現在入手可能なその類似構造物であるフロリナートFC-77を用いて、ヒト静脈血を用いた基礎実験と、ラットを用いたliquid ventilationの実験を行った。1.ヒト静脈血を用いた基礎実験酸素飽和飽和したFC-77とヒト静脈血を1mlずつ等量混和して、PaO2とPaCO2を経時的に測定すると、混和から60秒以内に、PaO2が300 Torr、PaCO2が30 Torrと有意に変化した。このことは、FC-77を用いて、極めて短いコンタクトタイムの内に、静脈血に十分量の酸素をデリバリーし、かつCO2を排出する事ができることを示している。同様の効果は、弱いながら空気飽和したFC-77を用いても可能であった。2.ラットを用いた酸素デリバリーの検討ラットに気管切開したのち人工呼吸器を装着し、頸動脈にラインを確保した。PaO2が90 Torr以上になるようなventilationで十分な分時換気量を維持した状態(VT=10ml/k, f=60)では、腸管へ酸素飽和したFC-77を20m1/kg注入して血液ガスデータに有意な変化は見られなかった。しかし、ラツトを極端な低換気(VT=5ml/kg, f=30)で維持しておくと、FC-77を腸管に投与することで、PaO2の改善が認められた。また、腸管ではなく、腹腔に同量の酸素飽和したFC-77を投与すると、PaO2の上昇、PaCO2の低下はより効果的だった。以上の成績は、肺以外の臓器を用いたliquid ventilationの実現に光明を与えるものである。我々はFC-77を介して酸素をデリバリーすることは、腸管や腹腔を用いて今の技術でも十分可能であり、FC-77に移行したCO2を体外に放散されるデバイスの開発により肺以外の臓器、特に腸管よりは腹膜を利用したliquid ventilationが実現化されるだろうとの結論を得た。

臓器移植法が施行され脳死移植も行われるようになったが,慢性的なドナー不足が今後起きてくることは,諸外国の例を見ても明らかである.腎移植における透析,心移植における埋め込み型人工心臓のようなブリッジになりえる医療技術が肺移植においても必要とされているが,現在のところ充分なものはない.Liquid Ventilationは,液体を用いて換気を行なうことであり,すでに急性肺障害における臨床的有用性が示唆されているが,肺に液体を入れることそのものは,社会生活を営むことを不可能にするため,ブリッジとしての医療にはなりえない.Liquid Ventilationに用いられるPerfluorocarbonは,肺胞以外でもガス交換が可能であり,腸管からでも血液を酸素化できる可能性がある.腸管を切除し,盲管としてガス交換に用いることにより生体の機能を損なうことなく社会生活を営むことが可能である.今回の研究はPerfluorocarbonを用いたLiquid Ventilationを腸管を用いて行なうことにより,肺移植までのブリッジとしての医療技術として実用化しようとするものである.本年度は,Perfluorocarbon中の酸素が培養細胞を介して反対側の培地内へ移行する効率を種々の条件で測定することを試みるとともに,細胞障害に関して検討した.移行効率は,必ずしも再現性のある結果を得ることは容易ではなかったが,徐々に安定した結果が得られるようになってきており,今後,動物実験へと進めていく予定である.本邦においても脳死移植は行われるようになってきたが,脳死ドナーからの臓器提供数は伸び悩んでいる.1998年の肺移植待機患者の登録開始から現在まで87名の移植待機登録が行われているが,これまでに移植されたのは脳死肺移植10例,生体肺移植4例の計14例(16%)に留まっている.一方,待機中の死亡症例は21例(24%)におよんでおり,本邦においてもドナー不足の深刻化が現実の物となりつつある.このため肺移植においても移植までのブリッジになりえる医療技術の開発が必要であるが,現在のところ十分なものはない.Liquid Ventilationは,Perfluorocarbonを肺内に注入して換気を補助する方法であり,急性肺障害においてその臨床的有用性が示唆されているが,現状の方法では人工呼吸器の装着が前提であり,社会生活が可能な状態を維持するブリッジ療法とはなり得ない.今回の研究では酸素化したPerfluorocarbonを腸管内に注入灌流することにより肺のガス交換能の一部を腸管に代用させようとするものである.本年度はラットを用いて腸管でのLiquid Ventilationを試みた.腸管を用いたガス交換については再現性のある安定したデータは得られていないが,今後,液体と気体の混合のより良い条件設定について検討を進めていく予定である.肺移植では移植希望患者が長期の待機期間を乗り切ることが出来るような、透析や人工心臓のようなデバイスが実用化されていない。本研究の目的は、酸素溶解能が高い不活性溶液用いたliquid ventilationが、肺ではなく腸管を用いて可能かどうかを検討し、その臨床応用を目指すことにある。ただし、Perfuluorocarboneを用いたlung ventilationが実際にUSAで臨床試験を受けていることもあり、この溶液は現在では入手不可能となった。そこで、現在入手可能なその類似構造物であるフロリナートFC-77を用いて、ヒト静脈血を用いた基礎実験と、ラツトを用いたliquid ventilationの実験を行った。1.ヒト静脈血を用いた基礎実験酸素飽和飽和したFC-77とヒト静脈血を1mlずつ等量混和して、PaO2とPaCO2を経時的に測定すると、混和から60秒以内に、PaO2が300Torr、PaCO2が30Torrと有意に変化した。このことは、FC-77を用いて、極めて短いコンタクトタイムの内に、静脈血に十分量の酸素をデリバリーし、かつCO2を排出する事ができることを示している。
金コロイド標識骨基質タンパク分子のX線マッピングを用いた局在解析法の開発

石灰化組織の発生過程では、細胞外基質タンパクがまず土台を作り、その土台の上にリン酸カルシウムの結晶が集積して硬くなると考えられている。この現象を詳細に解析するためには、基質タンパク分子とカルシウムやリン等の元素との空間的な位置関係を同時に可視化し解析できる研究手法が求められる。本研究計画はその方法論として、エネルギー分散型分光法(EDX)を用いてカルシウムやリンと、基質タンパク分子に免疫染色で標識した金を同時に検出することを検討しようとするものである。胎生16、18、20日齢、生後1週齢、6週齢のラット頭蓋骨および生後2週齢、6週齢のラット膝関節を4%パラホルムアルデヒドで固定し凍結包埋、または10%EDTA脱灰後にパラフィン包埋した。凍結切片作製後の凍結包埋試料の断面をEDXでカルシウム、リン、金の元素の局在について検討し、凍結切片およびパラフィン切片を抗II型コラーゲン抗体または抗X型コラーゲン抗体を一次抗体とし、蛍光標識二次抗体または金コロイド標識二次抗体を用いて免疫染色し検討した。EDXでは、CaとPの元素分布は骨組織に一致して見られたが、Auは生体の骨組織には分布しないことを確認した。蛍光標識二次抗体を用いた免疫染色では、II型コラーゲンが軟骨全体に、X型コラーゲンが肥大軟骨に認められた。一方、金コロイド標識二次抗体を用いた免疫染色では、銀増感を施した試料でも金粒子が検出できず、方法論の改良が必要と思われた。なお、平成25年12月から平成26年4月まで研究代表者が病気休暇を取得し研究に遅れが生じ、研究費の一部を繰り越し平成26年度に補助事業を完了した。
粘土地盤の破壊問題への弾・粘塑性構成式の適用

強度異方性を含む破壊条件式を用いた、各種の室内・原位置試験によって得られる強度定数を理論的に誘導した.特に、比較的経済的であるにもかかわらず、単に理論的裏付けが充分でないという理由で従来実務的な設計業務に使われることが少なかった等体積一面せん断試験とベーン試験・をとりあげ、せん断にともなう複雑な変形機構・間隙水圧発生機構・強度異方性の発揮機構を理論的に誘導した.このような純粋に理論的な考察に加えて、理論上の結論を検証するための数値解析手法を開発した.通常の有限要素法では破壊の問題をとりあつかうことができないため、特にそのために特殊な数値解析技術をとり込んだ極限解析用有限要素法を開発した.さらに、3次元的な現象をもとりあつかえるようにするため、スーパー・コンピュータによる3次元有限要素プログラムを作成した.これらの有限要素プログラムは、いずれも弾・粘塑性構成式をその基盤におき、土/水連成解析のための一般理論をつり合い式弱形式から導き直したところ、従来のサンドゥ-流・クリスチャン流といって互いに対立していた.2つの学派の所論が実は更に広い範囲の理論体系の中では互いに対立するものではなく特定の仮定に対応した一つの変形であるにすぎないことが判明した.この結果、従来とくらべてはるかに高度なアイソ・パラメトリック要素も混乱なく使いこなすことが可能になった.このようにして開発したいくつかの有限要素プログラムを用いて、実験結果の解釈を試みたところ、おおむね満足すべく結が得られたので、学術雑誌や学会講演会等で発表した.強度異方性を含む破壊条件式を用いた、各種の室内・原位置試験によって得られる強度定数を理論的に誘導した.特に、比較的経済的であるにもかかわらず、単に理論的裏付けが充分でないという理由で従来実務的な設計業務に使われることが少なかった等体積一面せん断試験とベーン試験・をとりあげ、せん断にともなう複雑な変形機構・間隙水圧発生機構・強度異方性の発揮機構を理論的に誘導した.このような純粋に理論的な考察に加えて、理論上の結論を検証するための数値解析手法を開発した.通常の有限要素法では破壊の問題をとりあつかうことができないため、特にそのために特殊な数値解析技術をとり込んだ極限解析用有限要素法を開発した.さらに、3次元的な現象をもとりあつかえるようにするため、スーパー・コンピュータによる3次元有限要素プログラムを作成した.これらの有限要素プログラムは、いずれも弾・粘塑性構成式をその基盤におき、土/水連成解析のための一般理論をつり合い式弱形式から導き直したところ、従来のサンドゥ-流・クリスチャン流といって互いに対立していた.2つの学派の所論が実は更に広い範囲の理論体系の中では互いに対立するものではなく特定の仮定に対応した一つの変形であるにすぎないことが判明した.この結果、従来とくらべてはるかに高度なアイソ・パラメトリック要素も混乱なく使いこなすことが可能になった.このようにして開発したいくつかの有限要素プログラムを用いて、実験結果の解釈を試みたところ、おおむね満足すべく結が得られたので、学術雑誌や学会講演会等で発表した.自然堆積粘土を対象として開発された弾・粘塑性構成モデルを用いて,粘土材料の強度を理論的,実験的に検討し,以下のような成果を得つつある.1.ベーン強度はベーン羽上下端および側面での2つの異なるせん断メカニズムの複合体と考えられる.これを2つの直接せん断とおけることを3次元土.水連成FE解析により明らかにし,この直接せん断の応用条件を導くことにより,ベーンせん断強度の理論式を導いた.これにより,ベーン強度に及ぼす時間依存性,異方性の影響を定量的に明らかにすることができた.2.ベーンせん断強度および1軸圧縮強度の理論式を共に用いることにより,それぞれの強度の差異を明らかにし,安定計算へ用いるべき非排水強度への補正方法を提案した.3.ベーンせん断強度の誘導を行っている内に,自然堆積粘土の直接せん断強度は,従来から言われているような最大せん断応力状態で破壊するわけではないことが明かとなってきた.そもそも異方性とは何か?理論的にはどの様な条件を具備していればよいのか?また,材料の強度とは何か?といった基本的な問題に立ち返らざるを得なくなってきた.そこで,有限変形弾塑性理論に基づき,異方性の数理的な定義を与えるとともに,構成モデルとして具備すべき条件を明らかにした.次いで,一連の等体積一面せん断試験を実施し,直接せん断強度の発現メカニズムを検討した.4.安定解析法に構成モデルを導入するにあたり,構成モデルの負荷基準の見直しを行った.従来からの弾塑性負荷基準では,ひずみ軟化などの挙動を正しく表現することが出来なかったが,ひずむ空間塑性論,拡張された応力空間塑性論をまとめ直し,ひずみ軟化を正しく取り扱える負荷基準の理論的なフレームワークを与えることに成功した.強度異方性を含む破壊条件式を用いた、各種の室内・原位置試験によって得られる強度定数を理論的に誘導した.特に、比較的経済的であるにもかかわらず、単に理論的裏付けが充分でないという理由で従来実務的な設計業務に使われることが少なかった等体積一面せん断試験とベーン試験・をとりあげ、せん断にともなう複雑な変形機構・間隙水圧発生機構・強度異方性の発揮機構を理論的に誘導した.

このような純粋に理論的な考察に加えて、理論上の結論を検証するための数値解析手法を開発した.通常の有限要素法では破壊の問題をとりあつかうことができないため、特にそのために特殊な数値解析技術をとり込んだ極限解析用有限要素法を開発した.さらに、3次元的な現象をもとりあつかえるようにするため、スーパー・コンピュータによる3次元有限要素プログラムを作成した.これらの有限要素プログラムは、いずれも弾・粘塑性構成式をその基盤におき、土/水連成解析のための一般理論をつり合い式弱形式から導き直したところ、従来のサンドゥ-流・クリスチャン流といって互いに対立していた.2つの学派の所論が実は更に広い範囲の理論体系の中では互いに対立するものではなく特定の仮定に対応した一つの変形であるにすぎないことが判明した.この結果、従来とくらべてはるかに高度なアイソ・パラメトリック要素も混乱なく使いこなすことが可能になった.このようにして開発したいくつかの有限要素プログラムを用いて、実験結果の解釈を試みたところ、おおむね満足すべき結が得られた.
3次元形態知覚における動的文脈依存性と瞹昧性解決過程の分析

本研究は、形態図形刺激の図形的及び奥行き関係の曖昧性を操作することにより、形態・奥行きの反転知覚現象を実験的に解析し、3次元形態の知覚における動的文脈依存性と曖昧性解決過程を明らかにすることを目的とする。平成1011年度は、実体図形による奥行き知覚実験を行った。ネッカーキューブ図形パターンをもちいて曖昧性を含む実体刺激が与えられた時の知覚的解決について以下の項目を検討した。実験は、受動的観察条件でfMRIにより脳の活動部位を測定することにより、知覚解決過程を解析した。ネッカー・キューブ刺激の構成要素である線の布置を変化させた時の知覚的変化と脳の活動部位の関係をFMRIによる脳イメージングによって解析した。その結果、知覚的統合および曖昧性の知覚的解決においては、後頭葉のL0と頭頂葉IPSの協調的な活動の重要性を明らかにした。文脈依存性については、運動および色の対比現象をとりあげ、対比による主観的知覚の変化(文脈効果)と物理的な刺激刺激属性の処理過程について脳の活動部位の関係をFMRIによる脳イメージングによって解析した。運動対比現象に関与する脳活動部位の解析の結果、側頭葉のMT後頭葉のV3Aの機能的な違いが明らかとなった。また、色対比については、後頭葉視覚領V1,V2が色の物理的な刺激特性への依存性をもつのに対して、腹側の領野V4、V8は主観的な色の知覚に対応して活動することを明らかにした。以上の結果を基に、平成12年度は、大脳皮質後頭葉、腹側側頭葉でレチノトピーを持つ領野の解析を行い、解剖学的構造と機能的構造の関係、および、個人差について検討した。本研究は、ステレオ図形で図形的及び奥行き関係の曖昧性を操作することにより、形態・奥行きの反転知覚現象を実験的に解析し、3次元形態の知覚における動的文脈依存性と曖昧性解決過程を明らかにすることを目的とする。奥行き知覚の単眼手がかりについては不可能図形パターンにより、両眼視差についてはJuleszの近接性に基づくアルゴリズムにより、曖昧性を導入し反転知覚現象を生起させ、曖昧性を含む実体刺激が与えられた時に、どの様な知覚的解決が行われるか検討した。本年度は、実体図形による奥行き知覚実験を行った。単眼手がかりについてはネッカーキューブ図形パターンにより、両眼視差についてはJuleszの近接性に基づくアルゴリズムにより、曖昧性を導入し反転知覚現象を生起させた。曖昧性を含む実体刺激が与えられた時の知覚的解決について以下の項目を検討した。1刺激パターンが構成する面の形の、幾何学的性質及び熟知性・単純性・有意味性と反転現象の関係を検討することにより、幾何学的推論と知覚的解決過程の関係を解析した。2曖昧性の統合が、曖昧でない刺激要素の質的性質・量的性質によって生じる知覚的反転の偏り・傾向を測定することにより、知覚的文脈の形成過程を検討した。実験では、弁別あるいは運動反応をともなわない観察条件でfMRIにより脳の活動部位を測定することにより、知覚解決過程を解析し、側頭後頭葉のLOの活動と密接に関係づけられる事を明らかにした。本研究は、視知覚における動的文脈依存性と曖昧性解決過程を明らかにすることを目的とする。まず、形態・奥行きの反転知覚現象について、不可能図形パターンにより曖昧性を導入し反転知覚現象を生起させて、曖昧性を含む刺激事態が与えられた時の知覚的解決の過程を検討した。実験では、刺激としてネッカー・キューブを用い、刺激の構成要素である線の布置を変化させた時の知覚的変化と脳の活動部位の関係をFMRIによる脳イメージングによって解析した。その結果、知覚的統合および曖昧性の知覚的解決においては、後頭葉のLOと頭頂葉IPSの協調的な活動の重要性を明らかにした。

次に、文脈依存性については、空間的な刺激配置による文脈効果として生じる運動および色の対比現象をとりあげ、対比による主観的知覚の変化(文脈効果)と物理的な刺激刺激属性の処理過程について脳の活動部位の関係をFMRIによる脳のイメージングによって解析した。運動対比現象に関与する脳活動部位の解析の結果、側頭葉のMT後頭葉のV3Aの機能的な違いが明らかとなった。また、色対比については、後頭葉視覚領V1,V2が色の物理的な刺激特性への依存性をもつのに対して、腹側の領野V4、V8は主観的な色の知覚に対応して活動することを明らかにした。本研究は、形態知覚における動的文脈依存性と曖昧性解決過程を明らかにすることを目的とする。前年度までの研究で、FMRIによる脳イメージングによって、形態知覚に関係する脳活動について検討した。まず、形態・奥行きの反転知覚現象について、曖昧性を含む刺激事態が与えられた時の知覚的解決の過程を検討し、知覚的統合および曖昧性の知覚的解決においては、後頭葉のLOと頭頂葉IPSの協調的な活動の重要性を明らかにした。次に、文脈依存性については、対比による主観的知覚の変化(文脈効果)と物理的な刺激刺激属性の処理過程について検討し、運動対比現象に関与する脳活動で側頭葉のMT後頭葉のV3Aの機能的な違いを明らかにした。以上の結果を基に、本年度は、大脳皮質後頭葉、腹側側頭葉でレチノトピーを持つ領野の解析を行い、解剖学的構造と機能的構造の関係、および、個人差について検討した。
コヒーレント状態と固体量子ビットに基づく量子情報処理の研究

コヒーレント状態の光パルスと固体量子ビットに基づく誤り耐性量子コンピュータのアーキテクチャーと要素技術の開発を行なった。アーキテクチャーにおいては、物理層から応用層に至る5層の階層構造を提案し、素因数分解と量子化学計算という2つのアルゴリズムを実行するためのリソース(量子ビット数10^810^9、計算時間110日)を明らかにした。要素技術においては、光パルス制御半導体スピン、トンネルエネルギー可変型超伝導磁束量子の制御技術、デコヒーレンス特性の解明を進めた。半導体スピン量子ビットもしくは超伝導磁束量子ビットを微小共振器に閉じ込め、これをコヒーレント状態にある光もしくはマイクロ波パルスを用いて初期化、制御、測定することにより、スケーラブルな量子情報処理システムを構築する概念を確立する。その候補として、次の2つの方式を取り上げる。第1の方法では、コヒーレント状態にあるパルスで量子ビットを制御することにより、ユニタリゲートモデルもしくは一方向(クラスター状態)量子計算モデルの実現を目指す。第2の方法では、コヒーレント状態にあるパルスで共振器ポラリトンを励起し、そのボーズ・アインシュタイン凝縮(BEC)特性を利用して、人工的に作り込まれた多体ハミルトニアンの基底状態を見つけ出す量子計算モデルの実現を目指す。半導体素子グループI(国立情報学研究所・山本)では、半導体中の電子スピンのゼーマン準位と束ばく励起子準位の間でラムダ形の3準位原子を形成し、これをモノリシックマイクロキャビティに閉じ込めた共振器QEDシステムを量子ビットとする量子コンピュータの構成法について検討を行った。また電子スピンの量子状態を単一光パルスで高速に制御する方法を考案した。理論グループ(国立情報学研究所・根本)では、コヒーレント光とCavityの中に閉じ込められた量子ビット系を実際の実験的な数値に照らしてモデル化し、誤りレートやゲートの成功確率などを詳しく調べるとともに、ゲートの改良やパフォーマンスの理論的な解析を行った。Qubus量子計算では系のもつ特性に合わせてゲートを構成することが可能であることがわかった。クラスターステートの方法への拡張では、従来の方法に比べて本質的に異なる量子情報処理効率を示すことなどが明らかになった。半導体素子グループII(慶応大学・伊藤)においては、電子・核スピン磁気共鳴装置の構築にむけて既存の日本電子社製電子磁気共鳴装置FA-200を改造し、パルス照射による10msec以上の電子スピン量子操1作を可能にし、電子スピンの縦および横緩和時間を測定できる装置を完成させた。また、シリコン量子通信の実現にむけて発光量子効率が極めて高いベリリウムを添加したシリコン試料の作製に成功させ、その発光を定量的に液体ヘリウム温度で測定する評価装置の構築を行なった。超伝導磁束量子グループ(NTT研究所・仙場)においては、超伝導量子ビットを用いたCavity&circuitQED実験準備の一環として、磁束量子ビット・超伝導LC共振回路系における真空ラビ振動の時間領域測定を行った。この系が、cavity&circuit QED実験実現の鍵を握るいわゆる強結合条件を満たしていることを確認した。半導体素子グループI(国立情報学研究所・山本)では、GaAs中のドナー不純物にトラップされた電子スピンの単一光パルスによる非共鳴ラマン散乱を用いた高速1ビット制御を実現した。これを単一の電子スピンに適用し、高いフェデリティーで、π/2-パルス,π-パルスを実現することに成功した。2つの空間的に離れた^<19>F:ZnSeドナー不純物にトラップされた励起子から、同時に単一光子を発生させた。Hong-Ou-Mande1を観測することにより、これが識別できない同一光子になっていることを確認した。理論グループ(国立情報学研究所・根本)では、効率の悪いゲートの活用法を測定ベース量子計算モデル(クラスターステートアプローチ)で解析し、線形光学を用いた従来の理論限界を大幅に突破できることを示した。また、ゲートの統計的性質、分散型の性質と大規模化における効率からQubus量子情報処理の方法を評価した。さらに、実験での予想外に大きな光の損失の指摘から、これを回避するためのゲートの改良を行い、より実現的な情報処理系を構築する方法を示した。半導体素子グループII(慶応義塾大学・伊藤)では、シリコン中の核スピン量子ビットとエンタングルした単一光子量子ビットの取り出しを目指し、Si中のベリリウム(Be)対からの発光に対する同位体効果(狭線幅化)の観測と、近接場光学顕微鏡による少数Be欠陥対の検知に成功した。同位体シリコン単結晶中のリン不純物に束縛された電子スピンのコヒーレンス時間の測定にも成功し、さらに低磁場中で動作する電気検知電子磁気共鳴装置の開発によりリン不純物の電子スピンと核スピンがエンタングルした状態の観測に成功した。超伝導磁束量子ビットグループ(NTT物性研・仙場)では、共振回路と強く結合した量子ビット系における真空ラビ過程を複数回用いてマイクロ波光子を量子ビットからLC共振器に1光子づつ注入し非古典的な光子分布(sub-Poissonian)を生成することに成功した。量子非破壊測定へ向けたJBA測定系開発では非線形高速分岐動作の確認に成功した。

複数量子ビットを用いたcavity/circuit QED実験用の希釈冷凍器Kelvlnox-400HAの導入工事および立上げを行った。半導体素子グループI(国立情報学研究所・山本)では、コヒーレント状態にあるphoton busと半導体スピンに基づく量子計算の実現に向けた基本技術の開発を引き続き行った。平成20年度は、単一光パルスを用いた誘導ラマン散乱を用いた超高速1ビットゲートの実現に進展があった。この手法を利用して、半導体スピンの位相緩和を抑圧する実験に着手し、初期データながら良い結果を得た。理論グループ(国立情報学研究所・根本)では、物理的なモデル、ゲート構成の解析・改良から、Qubus型量子コンピュータの可能性を拡張し有用性を示した。また、誤り制御や訂正の観点から、大規模な量子計算を念頭においたスケーラブルな量子計算アーキテクチャの概念を初めて導入し、Qubus量子情報処理の特徴を十分に生かしたシステムを構築することで、世界初のスケーラブルな大規模量子アーキテクチャのモデルを提案することに成功した。半導体素子グループII(慶応義塾大学・伊藤)は、^<28>Si同位体単結晶中のリン不純物電子スピンのコヒーレンスが温度6Kにおいて0.3秒以上にも上ることを示した。また、リン電子スピンと核スピンの間で量子状態をコヒーレントに転送することに成功し、^<31>P核スピンのコヒーレンスがやはり6Kにおいて3秒にも上ることを実測することに成功した。最終目標であるエンタングルメン下実験も開始し、すでに電子スピンと核スピンのコヒーレントな挙動を見出すことに成功している。超伝導磁束量子グループ(NTT物性研・仙場)では、本系の最大のデコヒーレンス要因であった、エネルギー緩和過程の抑制に注力した。これによって、最適動作点近傍での超伝導磁束量子ビットの緩和時間は数マイクロ秒に達し、コヒーレンス時間を約30倍以上改善することに成功した。また、理論グループ(国立情報学研究所・根本)との共同研究により、超伝導磁束量子ビット系で実行可能な高いゲートフィデリティが期待される量子バススキームを開発した。半導体素子グループI(国立情報学研究所・山本)では、今年度は、光パルスによるスピンエコー法を用いてInAs量子ドット中の電子スピン、GaAsバルク結晶中のドナースピンのT_2^*位相緩和過程(主に核スピンゆらぎに起因する)を除去する実験に取り組んだ。π/2-π-π/2パルス列からなるHahnスピンエコー法を用いて、36μsecというT_2時間を得た。この値は、π/2-π/2パルス列からなるラムゼー干渉法で測定されたT_2*時間に比べて約1000倍の改善に成功したことに相当する。理論グループ(国立情報学研究所・根本)では、新しいゲート構成、性能解析、改良で進展があり、ダイナミカルに相互作用するキャビティのモデルによるQスイッチなどへの応用等が示された。
金属キレートとプロトンドナーの水素結合会合体の生成に基づく新規な協同効果抽出法

1.最も基本的なβ-ジケトンであるアセチルアセトン(Hacac)を選び,Al(III),Ga(III),In(III)の抽出に対する3,5-ジクロロフェノール(DCP)の効果を,抽出平衡解析のほか,^1H-NMR,本研究で導入したFTIRを用いて研究した.いずれの元素もそのトリスアセチルアセトナト錯体に3分子までDCPが会合し,元素の抽出性を著しく高めることを見いだした.NMRとIRによりその会合がDCPの水酸基の水素原子と錯体中の配位酸素原子間の水素結合に基づくことを明らかにし,また,抽出平衡解析とIRより得られた会合定数がよく一致することを確かめた。会合定数はAl【similar or equal】Ga>Inとなり,またHacac単独による抽出定数はGa>Al>Inであることから,この新しい協同効果抽出においては水素結合によって元素の抽出性だけでなく選択性も向上することを明らかにした.2.8-キノリノール,8-キノリンチオール,2-ニトロソ-5-ジエチルアミノフェノール,ジエチルジチオカルバミン酸などのCo(III)錯体を合体し,クロロホルム中でのこれらの錯体と一連のニトロフェノール類との水素結合をFTIR並びにNMRを用いて研究した.錯体の共存によるフェノール類のOHの吸光度変化とOHプロトンの化学シフトの変化との間に良い相関性があることを見いだした。また,水素結合はフェーノール類のpKaの低下につれて起こり易くなることを明らかにした.以上のほか,オキソモリブデン(V)-8-キノリノール誘導体の2核錯体が水素結合性のクロロホルムに特異的に分配し易いことを見つけており,今後,オキソ錯体の水素結合と協同効果に関しても研究する予定である.1.最も基本的なβ-ジケトンであるアセチルアセトン(Hacac)を選び,Al(III),Ga(III),In(III)の抽出に対する3,5-ジクロロフェノール(DCP)の効果を,抽出平衡解析のほか,^1H-NMR,本研究で導入したFTIRを用いて研究した.いずれの元素もそのトリスアセチルアセトナト錯体に3分子までDCPが会合し,元素の抽出性を著しく高めることを見いだした.NMRとIRによりその会合がDCPの水酸基の水素原子と錯体中の配位酸素原子間の水素結合に基づくことを明らかにし,また,抽出平衡解析とIRより得られた会合定数がよく一致することを確かめた。また,水素結合はフェーノール類のpKaの低下につれて起こり易くなることを明らかにした.以上のほか,オキソモリブデン(V)-8-キノリノール誘導体の2核錯体が水素結合性のクロロホルムに特異的に分配し易いことを見つけており,今後,オキソ錯体の水素結合と協同効果に関しても研究する予定である.
包接化合物結晶の安定エネルギーと固相反応過程の熱的追跡

1.包接化合物結晶の格子エネルギーとゲスト分子の分子構造・結晶構造との相関:コール酸をホストとし,アセトフェノン,エタノール,メタノール,水をゲストとするコール酸包接化合物結晶から,それぞれのゲスト分子の脱離温度,熱量変化,脱離後のコール酸結晶の融解までの熱的挙動を明らかにし,標記の相関を考察した。また,全ての場合にゲスト分子の脱離したのちに,包接構造を失っていない準安定コール酸結晶を得ることに成功した。これらのコール酸は安定なコール酸に転移したのち融解することを見出した。この際の熱的データを得るとともに,包接化合物,準安定コール酸などのメタノールへの溶解エンタルピーを測定し,それらの相互間の安定化エンタルピーの相違を明かにした。2.キラル化合物などの粉体接触による固相反応熱の測定:固体状態でホスト化合物の粉末とゲスト化合物の粉末を混合することにより,包接化合物結晶が生成し,この包接過程でゲスト分子の立体配置がホスト分子のキラリティーと誘導されて反転することが戸田,宮本により見出されている。この反応熱を追跡するため,酒石酸から誘導した光学活性ホスト分子とメタノールとの錯体粉末とN-エチル-N-イソプロピルフェニルグリオキンド結晶粉末を混合し,超高感度ミクロカロリメーター内で,粉末接触による固相反応に基づく僅かな発熱の検出に成功した。3.熱力学の立場から結晶環境下での反応機構の解明:コール酸の包接化合物からのゲスト分子の脱離反応過程について,TG-DTAにより小澤プロットによる解析を行ない,初期の脱離過程が無限円柱型の核酸律速であることを明らかにした。
油脂酵母を用いたオートファジーによる脂肪滴分解機構の解析と油脂高蓄積酵母の作出

細胞はエネルギーを脂肪滴のトリアシルグリセロール(TAG)として蓄積し,必要に応じて分解して利用する。このTAGの分解には,主として細胞質に局在するリパーゼによる経路が機能すると考えられてきた。最近,脂肪滴TAGの分解にオートファジーの経路も関与することが明らかとなりつつあるが,その分子機構はほとんど未解明である。本研究では,脂肪滴オートファジーの検出に適した油脂酵母Lipomyces starkeyiを用いてオートファジーによる脂肪滴の分解機構を解明する。またその経路を抑制することで,食料・エネルギー産業利用に資するような,TAGをさらに多く蓄積した酵母を作出することができるか検討する。
天然物有機化学の新展開を目標とした総合的研究

1.生物活性物質の合成:海産プロスタノイド、クロロプロン、ラブダン-8α、15-ジオール、3種の大環状ピロリチジンアルカロイド(インテゲリミン、モリクロタリン、ジクロタリン)の光学活性形の全合成が達成された。光学活性ビニルスルホキシドを用いるβ、γ-ブチロラクトンの不斉合成法が開発され、(+)-ポドリゾン、(+)-ケルカスラクトンなどの合成に利用された。アゲラシジン類、マノアリド類、セコトリネルビタン類の合成法の効率化も行われた。マノコトキシン・アステルトキシン、およびベルコシジン、トリテルペン・プスチメリン、含ハロゲン海産天然物・ダクチリン、苔類大環状ビフェニル化合物・プラジオチンDの合成にも大きな進展が見られた。一方0-カルバメートの閉環反応を利用したヒドロキシン-α-アミノ酸の高立体選択的合成法の確立、2-アセトキシメテル-5-エトキシピロリジンの5位のアルキル化の立体選択性の検討、培養細胞による水酸化の立体選択性、酸化還元反応の動力学的研究もなされた。細菌リポ多糖の糖脂質部分の構造・活性相関の研究を目的とした構造類緑体の合成も行われた。2.生物活性物質の構造研究:土壌菌より植物病菌抑制作用をもつチアゾール誘導体、過酸化脂質生成阻害活性をもつプラストキノン類緑体、シトロビリジン生産菌ハイブリッド菌株よりのクルブラリン形代謝物が單離され構造が確認された。抗カケクシア活性をもつ海綿成分グリコオカダ酸の構造、活性相関が研究され、南西四国沿岸産軟体サンゴより蚕幼虫成長阻害活性をもつ3種のジテルペンおよび2種の分技脂脂酸が單離、構造決定された。ベッコウバチ毒液中の神経作用物質の生理作用の検討も行われた。ツユクサ科観葉植物数種のアントシアニン色素の單離、構造研究が行われ、ヒラキハミゾゴケの含酸系セスキテルペン成分およびコクテンギ果実成分の構造研究も進展した。1.生物活性物質の合成:海綿の成分フロダイシニン,カイガラムシの分秘物であるmethyl ceriferate I,抗腫瘍性イリドイドであるペンステマイド,ジドロバルトレート,シロ蟻の防御物質であるセコトリネルビタン型ジテルペン,毒性大環状ピロリチジンアルカロイドであるインテゲリミンの光学活性体などの全合成が達成された。不斉合成により(-)-ペスタロチン,(-)-マリンゴリド,(-)-フロンタリン,O-カルバメートの共役付加反応を利用してアミノ糖類の全合成も行われた。中枢神経抑制作用をもつ含ハロゲン海産成分ダクチリン,Na,K-ATPase抑制活性をもつアゲラシンFの全合成の完成も近い。5環性トリテルペン・プリスチメリンの合成のための不斉環化法の確立あるいはピログルタミン酸の不斉転写によるピロリジン型蛙毒骨格の不斉構築の検討もなされた。また方法論的研究としてホモアリルアルコール化の不斉収率の向上およびケトンをメチレン基に変換する方法の開発あるいはタバコ培養細胞の有する鏡像選択能の解明にも成果を得た。2.生物活性物質の構造研究=紅葉ニクムカデの新アミノ酸カルノサジン(合成も完成),複雑なメタロアントシアニジンであるツユクサの青色色素および赤キャベツのアシル化アントシアニン,インドネシヤ産植物Syzygium polycepholoides種子に含まれるβ-トリケトン物質,Penicillium citro-virideBの変異株の生産するマイコトキシン(合成を含む),海洋動物Litophytonsp.に含まれるカイコ幼虫生長阻害活性を示すジテルペノイド2種など多様な生物活性物質が単〓・構造決定された。またジンチョウゲ科植物の有機溶媒可溶成分,クロイソカイメンおよびダイダイイソカイメンの抗腫瘍成分,土穣菌に含まれるアゾキ立枯菌に対する抗菌性物質,コクテンギおよびイイギリの果実の成分,ベッコウ蜂毒液成分の探索・単〓など特色のある研究においても多くの成果が得られた。1.生物活性物場の合成:沖縄産海綿の生理活性成分agelasine Fおよびagelasidine C;E-eadinene,halenaqui nol dimethyl ether;菌代謝産物であるaureothiu,シロアリ防御物質secotrineoitenー2β,3αーdiolの全合成が達成された.海産プロスタノイドchlorooulopes;perrottetinal A,ステロイド生合成阻害物質,ピロリチジンアルカロイドのネシン塩基(+)ーretroueーcineの不斉合成法も確立された.海産セスタテルペノイドmanoalideおよびseco manoalideの効率的合成も行われた.その他アメフラシ消化管より單離されたdactylyneおよびisodactylyne;riccardinAの合成も進行している.またピログルタミン酸よりの2ーアリル置換ピロリジンへの効率的変換法,ヒドロキシーαーアミノ酸類の高立体選択的合成法,カルボニル基への保護されたホルミル基の有効な導入法等も開発された.また茎頂培養法によるショウガおよびハッカの小植物体の作成と精油成分の研究も行われた.2.生物活性物質の構造研究:紅藻ヒラムカデの成分LーギガルチニルーLーギガルチニン,雁皮の水溶性成分2種,熱帯産センダン科植物Lansium domesticum種子の転位型リモノイド成分3種,同植物樹皮の魚毒性セスキテルペノド成分3種;ヒラキハミゾゴケの含

酸素セスキテルペノイド3種,Penicillium citroviride Bの微量代謝産物の單離・構造決定がなされた.軟体サンゴのカイコ幼虫に対する生理活性物質5種あるいは抗菌性物質dityromycin,AMー2504)の構造決定も行われた.また土讓病菌Pseudomonas Huarescens中の植物病菌有効成分の分画,海綿に含まれる抗腫瘍物質ハリコンドリン類の産出生物の探索あるいはベッコウバチの神経活性ペプチド5種の構造研究などにおいても顯著な進歩が見られた.1.生物活性物質の合成:海産プロスタノイド、クロロプロン、ラブダン-8α、15-ジオール、3種の大環状ピロリチジンアルカロイド(インテゲリミン、モリクロタリン、ジクロタリン)の光学活性形の全合成が達成された。光学活性ビニルスルホキシドを用いるβ、γ-ブチロラクトンの不斉合成法が開発され、(+)-ポドリゾン、(+)-ケルカスラクトンなどの合成に利用された。アゲラシジン類、マノアリド類、セコトリネルビタン類の合成法の効率化も行われた。マノコトキシン・アステルトキシン、およびベルコシジン、トリテルペン・プスチメリン、含ハロゲン海産天然物・ダクチリン、苔類大環状ビフェニル化合物・プラジオチンDの合成にも大きな進展が見られた。一方0-カルバメートの閉環反応を利用したヒドロキシン-α-アミノ酸の高立体選択的合成法の確立、2-アセトキシメテル-5-エトキシピロリジンの5位のアルキル化の立体選択性の検討、培養細胞による水酸化の立体選択性、酸化還元反応の動力学的研究もなされた。細菌リポ多糖の糖脂質部分の構造・活性相関の研究を目的とした構造類緑体の合成も行われた。2.生物活性物質の構造研究:土壌菌より植物病菌抑制作用をもつチアゾール誘導体、過酸化脂質生成阻害活性をもつプラストキノン類緑体、シトロビリジン生産菌ハイブリッド菌株よりのクルブラリン形代謝物が單離され構造が確認された。抗カケクシア活性をもつ海綿成分グリコオカダ酸の構造、活性相関が研究され、南西四国沿岸産軟体サンゴより蚕幼虫成長阻害活性をもつ3種のジテルペンおよび2種の分技脂脂酸が單離、構造決定された。ベッコウバチ毒液中の神経作用物質の生理作用の検討も行われた。ツユクサ科観葉植物数種のアントシアニン色素の單離、構造研究が行われ、ヒラキハミゾゴケの含酸系セスキテルペン成分およびコクテンギ果実成分の構造研究も進展した。
ScAlMgO4基板を用いた窒化物半導体縦型トランジスタ作製プロセスの研究

劈開にて形成した新鮮なScAlMgO4(以下SCAM)基板c面にGaN HEMT構造を有機金属気相成長法によって成長した。c軸に対してオフ角を付けて研磨したSCAM基板を用いて、サファイア基板に成長したものと同等の平坦性を有するHEMT層を得た。GaN HEMT作製プロセスでは、中性粒子ビームエッチングをGaN系半導体に初めて適用し、プラズマ損傷に起因する電流コラプスの低減への効果を確認した。縦型トランジスタ形成の要素技術の一つとして、SCAM基板の劈開によるGaN層の剥離技術を検討し、厚膜GaNが結晶成長後の冷却過程に基板から自然剥離する現象を確認した。ScAlMgO4(以下SCAMと表記する)を基板材料として用い、窒化ガリウム(GaN)系材料をその基板上に成長してトランジスタを作製することを目標とする。研究の初年度である本年度は、まずSCAM基板上にGaN単層を結晶成長することを試みた。劈開にて形成した新鮮な(0001)面にGaNを有機金属気相成長法(MOVPE)によって成長した。成長条件の検討により、従来より広く使用されているサファイア基板上に成長したGaNとほぼ同じ欠陥密度のGaNを成長することに成功した。しかしSCAMはサファイアに比べてGaNとの格子不整合が小さいため、理論的にはもっと低い欠陥密度を実現できるはずであるため、今後は更に欠陥密度を減少させるために結晶成長の条件を最適化すると共に、トランジスタ作製に必要となるAlGaN/GaNヘテロ構造等の成長を実施する。結晶成長の検討と並行して、GaN系トランジスタの作製技術の検討を行った。既存のAlGaN/GaN高電子移動度トランジスタ(HEMT)構造付きサファイア基板を用いて、HEMTを形成するための各作製プロセスを実施した。GaN系材料のエッチングや、各種電極の形成条件を検討し、試作した素子の電気特性を評価した結果、良好なトランジスタ特性を確認することが出来た。SCAM基板上へのGaNの結晶成長に成功したこと、および、既存基板を用いたGaN系トランジスタを作製してその素子動作を確認したことにより、本研究に必要な2つの要素技術を確立することが出来た。ScAlMgO4(以下SCAMと表記する)を基板材料として用いて窒化ガリウム(GaN)系材料をその上に成長して縦型トランジスタを実現することを目標とする。研究の2年目に当たる本年度は、昨年度に確立したSCAM基板上へのGaN単層の成長技術を基礎に、トランジスタ作製に必要となるAlGaN/GaNヘテロ構造を成長することを目標とした。しかしながら、実験室におけるプロセスガス配管増設工事や結晶成長装置の故障等によって合わせて1年の約半分に当たる5ヶ月以上の間、結晶成長が行えない状況となった。このため、当初は本年度が計画の最終年度であったが、1年間の補助事業期間延長を申し出て、承認された。一方で、これまでに成長した結晶の評価やデバイス施策の検討から、いくつかの重要な知見を得た。まず、SCAM上に成長したGaN結晶には、SCAMの構成原子であるScやMgが不純物として混入していることが分かった。また、SCAM基板裏面を適切な保護膜でカバーしたり、GaN層中にAlNの拡散防止層を挿入することによって、これらの不純物の混入を抑制できることが分かった。デバイス作製プロセスでは、SCAM基板およびGaN系トランジスタの加工に必須であるドライエッチングについて、そのプラズマダメージがデバイス動作に悪影響を及ぼすことが懸念されているため、プラズマダメージを究極まで低減することが期待される中性粒子ビームエッチングをGaN系材料に初めて適用し、AlGaN/GaN高電子移動度トランジスタにおいて実際にプラズマダメージが原因と思われる電流コラプスの発生を抑制できることを確認した。SCAM基板上にAlGaN/GaNヘテロ構造を結晶成長することが本研究では不可欠となるが、平成28年度は実験室のプロセスガス集中配管の工事や結晶成長装置自体の故障によって、延べにしてほぼ半年の間結晶成長が実施できず、この結晶成長に関する研究に遅延が生じている。このため、1年間の補助事業期間延長を申請した。本研究課題は、ScAlMgO4(以下SCAMと標記する)を基板材料として用いて窒化ガリウム(GaN)系半導体材料をその上に成長して縦型トランジスタを実現することを目標として実施された。当初は平成28年度までの2年間の研究期間であったが、結晶成長装置が使用できない期間が約半年生じたため、1年間の補助事業期間延長を申請して、平成29年度も研究を継続した。研究分担者の松岡のグループでは、ハイドライド気相成長法によって厚膜GaNをSCAM基板上に成長し、さらにそれを基板から剥離することに成功した。これらは、本課題での縦型トランジスタおよびその作製の要素技術として必須なもので、その実現の目処を立てることが出来た。他方、もう一つの要素技術である、AlGaN/GaNヘテロ構造をSCAM基板に成長する技術についても検討を行った。まず劈開したSCAM基板に同構造の成長を試みたが、2次元電子ガス(2DEG)の形成を確認することは出来なかった。結晶表面を観察したところ、AlGaNの膜厚を超えるようなマクロな凹凸が確認され、これが2DEGの形成を阻害していると考えられる。凹凸発生の原因として、劈開したSCAM表面が平坦過ぎるためにGaNの成長初期にランダムな核が形成されるためと考え、次にオフ角を付けて研磨したSCAM基板を用いてヘテロ構造を成長した。

その結果、通常のサファイア基板上に成長したものと同等の平坦性の結晶を得るところまで、本研究期間内に確認することが出来た。以上のように、結果として目標の縦型トランジスタの実現には到達し得なかったが、幾つかの重要な要素技術について確認することが出来た。今後も引き続き、何らかの形で本研究を継続し、未達となったSCAM基板上AlGaN/GaNヘテロ構造での2DEG形成を確認し、縦型トランジスタ実現へ展開していきたい。劈開にて形成した新鮮なScAlMgO4(以下SCAM)基板c面にGaN HEMT構造を有機金属気相成長法によって成長した。c軸に対してオフ角を付けて研磨したSCAM基板を用いて、サファイア基板に成長したものと同等の平坦性を有するHEMT層を得た。GaN HEMT作製プロセスでは、中性粒子ビームエッチングをGaN系半導体に初めて適用し、プラズマ損傷に起因する電流コラプスの低減への効果を確認した。縦型トランジスタ形成の要素技術の一つとして、SCAM基板の劈開によるGaN層の剥離技術を検討し、厚膜GaNが結晶成長後の冷却過程に基板から自然剥離する現象を確認した。まず、SCAM基板上にAlGaN/GaNヘテロ構造を結晶成長して、これを用いて横型の電界効果トランジスタを作製することを目指す。更に、パワーデバイスとして注目度の高い縦型トランジスタを作製するためのプロセス要素技術を検討する。具体的には、SCAMのエッチング、GaNの再成長が必要となる。これらの要素技術を組み合わせることによって、縦型トランジスタの実現を目指す。現在も停止している結晶成長装置は4月中には運転を再開できる見込であり、再開され次第、SCAM基板上へのAlGaN/GaNヘテロ構造の結晶成長の実現を目指す。更に、実現した結晶を用いてSCAM基板上で高電子移動度トランジスタを作製し、良好な電気特性を得ることを目指す。半導体デバイス工学当初購入を予定していたGaN系HEMTエピ基板について、予想以上に納期がかかることが分かったため、今年度については手持ちの基板を再利用することとし、次年度に発注することとした。実験装置が長期に渡り使用不可能となったため、補助事業期間延長の申請を行い、承認されたため。GaN系HEMTのプロセス技術の確立のために必要となるGaN系HEMTエピ基板の購入に充てる。本年度実施予定であった結晶成長の研究に必要となる消耗品等の購入に使用する。