hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
フォトニック結晶導波路による光速制御と光バッファメモリ

材料や構造の巨大な分散により生じるスローライトは、次世代の光ネットワークに必須な光バッファーメモリー技術として期待されたが、狭帯域と高次分散のために応用されなかった。本研究では、代表者が提案したフォトニック結晶結合導波路によりこれらの問題の解決と可変性の付与による光速制御を目指した。SOI基板上に同デバイスを作製、評価し、スローライトの性能指標である遅延帯域積110、実効的なバッファー容量80という世界最高値を記録した。また局所的な加熱によって遅延を変化させることを提案、実証した。最大可変幅は105psであり、ピコ秒クラスの短パルスの遅延を10倍の範囲で変化させることに成功した。これは光バッファーメモリーの初期的な動作の世界初の実証である。本研究では光バッファーを実現するため,フォトニック結晶導波路の低群速度効果の利用を目指している.特に従来問題であった低群速度の狭帯域性と分散による信号波形劣化を改善するため,チャープ構造と分散補償構造を併用することを考え,そのための具体的な構造として,1)逆分散をもう2種類の導波路の方向性結合器と,2)同種類の導波路を並行させた結合導波路を提案し,その実証を目指していた.本年度は,まず1)に関して各導波路を多数作製し,透過帯域の構造依存性とフォトニックバンド理論との対応を詳細に調べた.また遅延の直接観測を行い,真空中の100分の1の低群速度と逆分散を実際に確認した.この構造で最も重要なのは,両者の低群速度帯域を一致させることである.これには許容誤差5nmの高度な構造制御が必要となるが,構造の微調整によってこれが実現され,結果として分散補償された低群速度結合光を取り出すことに成功した。この光に対しても遅延を測定したところ,4080分の1の低群速度効果が20nmの帯域で得られた.ただし素子内部で共振が発生し,これが遅延測定の確度を低下させていることが懸念された.そのため,次年度はこの共振を抑制し,所望の遅延をより明確に測定することが目標となる.また2)については,入出力導波路と結合導波路,ならびに両者を結合させる分岐・合流部の透過帯域を整合させることが最大の課題であった.これについても,3次元解析によって構造パラメータ依存性を確認し,最適設計された構造を作製した結果,直線導波路とほとんど変わらない透過率が確認された.また低群速度が期待される周波数では,低群速度に起因する損失の増大が確認され,バンド理論との対応が得られた.本年度は光バッファーを目指す二種類のフォトニック結晶デバイス(方向性結合器と結合導波路)の作製プロセス改善と広帯域分散補償スローライトの明確な評価を目指した.前者については初年度,既に初期的な観測を行ったが,二つの逆分散導波路の作製誤差を5nm以下に抑えないと出力が得られないため,歩留まりが非常に低かった.今年度は二つの電子ビーム描画用設備を購入し,パターン精度を大幅に向上させた.その結果,上記の要求が安定的に満たされるようになった.これまでは長さ100μmに限られていた素子を600μmまで長尺化することにも成功した.この素子に円孔直径チャープを導入したところ,波長幅30nmでほぼ平坦なスペクトルかつ群屈折率が3040のスローライトが観測された.現時点では内部共振に起因する振動が現れているが,チャープを平滑化することで抑制されると考えている.一方,結合導波路についても,電子ビーム描画の改善により品質が大幅に向上した.評価に関しても変調位相シフト法の光学系を完成させ,0.05nmの波長幅で群屈折率が評価できるようになった.その結果,フォトニックバンドの局部的な平坦化に伴う群屈折率の増大,ならびに対称な分散特性=零分散条件が観測された.これにチャープ構造を導入すれば方向性結合器と同様の広帯域分散補償スローライトが得られると考えられ,次年度研究する.こちらのデバイスでは,バンドの連続性ゆえに方向性結合器のような内部共振が現れないと期待している.光バッファーのためにはスローライトを変化させる必要がある.本年度はキャリア効果と熱効果に対する可変性を定量的に見積もった.またフォトニック結晶レーザの発振スペクトルを注意深く観察したところ,発熱に起因した10nmにも及ぶ大きな波長シフトが観測された.スローライトの大きな可変性に応用できる可能性があり,今後,原因を調べる.本年度は光バッファーを目指す二種類のフォトニック結晶デバイス(方向性結合器と結合導波路)の作製プロセス改善と広帯域分散補償スローライトの明確な評価を目指した.

前者については初年度,既に初期的な観測を行ったが,二つの逆分散導波路の作製誤差を5nm以下に抑えないと出力が得られないため,歩留まりが非常に低かった.今年度は二つの電子ビーム描画用設備を購入し,パターン精度を大幅に向上させた.その結果,上記の要求が安定的に満たされるようになった.これまでは長さ100・mに限られていた素子を600・mまで長尺化することにも成功した.この素子に円孔直径チャープを導入したところ,波長幅30nmでほぼ平坦なスペクトルかつ群屈折率が3040のスローライトが観測された.現時点では内部共振に起因する振動が現れているが,チャープを平滑化することで抑制されると考えている.一方,結合導波路についても,電子ビーム描画の改善により品質が大幅に向上した.評価に関しても変調位相シフト法の光学系を完成させ,0.05nmの波長幅で群屈折率が評価できるようになった.その結果,フォトニックバンドの局部的な平坦化に伴う群屈折率の増大,ならびに対称な分散特性=零分散条件が観測された.これにチャープ構造を導入すれば方向性結合器と同様の広帯域分散補償スローライトが得られると考えられ,次年度研究する.こちらのデバイスでは,バンドの連続性ゆえに方向性結合器のような内部共振が現れないと期待している.光バッファーのためにはスローライトを変化させる必要がある.本年度はキャリア効果と熱効果に対する可変性を定量的に見積もった.またフォトニック結晶レーザの発振スペクトルを注意深く観察したところ,発熱に起因した10nmにも及ぶ大きな波長シフトが観測された.スローライトの大きな可変性に応用できる可能性があり,今後,原因を調べる.昨年度,本研究で提案してきたチャープ構造フォトニック結晶結合導波路を利用して,世界で初めてスローライトパルスの遅延時間のチューニングを達成し,光バッファメモリの基本動作を実証することに成功した.本年度は,その基本特性を大幅に改善した.具体的には,デバイスを長尺化することで遅延時間を最長160psまで延長した.これは昨年度の4倍であるなおかつサブTHzの帯域を保つことで, 1psパルスの形状をほとんど変化させずに伝搬させることにも成功した.さらにもともとチャープを与えず,ポストプロセスによって均一化されたデバイス中央部を選択的に加熱することで,折り返し形状のチャープを形成し,最長で105ps,パルスのビットシフト22を観測した.これらも昨年度の27ps, 8ビットを大幅に上回る成果である.さらに同デバイスに動的制御を加え,遅延時間を原理以上に延長する方法を検討した.従来の動的制御は結合共振器を利用して計算,実験されてきたが,動作が複雑で,遅延できるパルスの効率が低いという問題があった.本研究では,光励起とキャリアプラズマ効果を組み合わせてチャープを動的に付与することを想定し,時間領域有限差分法を用いて光伝搬をシミュレーションしたところ,光パルスが効果的に停止する現象が確認され,上記のチャープ構造におけるスローライトの理論限界を実効的に10倍以上向上させることができると判明した.これが実現されれば,ナノ秒オーダーの広帯域スローライト光バッファメモリが得られると期待される.
尿路結石症の形成に係わる有機物質の遺伝子工学的検討

尿路結石症のマトリックス成分を分子生物学的手法を用い、オステオポンチンとカルプロテクチン等であることを同定し、それらのmRNAおよび蛋白は結石形成時に腎遠位尿細管で発現することを見い出した。結石の形成は同部位でおこなわれることからこれらの物質が結石形成に係わっていることが示唆された。これら物質は歯石、耳石などの石灰化物質で、特に動脈硬化症において強い発現がみられた。また、これらはマクロファージから産生されることから、また尿路結石症と動脈硬化症は好発年令が類似し、欧米化の食生活が原因で形成されるという共通点を持つことから、両疾患の発生機序は類似していると考え、研究を進めた。結石形成ラットおよびヒト形成腎組織で、上記両物質の発現とその周囲にはマクロファージやIL-IやTNFのサイトカイン、さらに細胞接着因子がみられ、結石形成時にはそれらの関与が示唆され、動脈硬化症の発生機序も似ていることが判った。コレステロール負荷ラットではオステオポンチンmRNAおよび蛋白の発現が著明に増えていることもわかり、動物性蛋白負荷ではその発現は少ないことから、欧米化の食事内容の主因はコレステロールと考えられた。結石内におけるこれらマトリックス成分の分布は放射状および年輪状であり、結石外縁に多いことが判り、マトリックスが結石成長に係わっていると推察された。以上の結果から、尿路結石症の成因は成人病の1症状ととらえることができ、今後は、これらの知見から結石予防の確率をめざしたい。ヒト尿路結石(シュウサンカルシウム結石)を0.1MEDTAを用いタンパク質を抽出した。これをウサギに免疫しポリクローナル抗体を作製した。いっぽうヒト腎のcDNAライブラリーから発現させたタンパク質をこのポリクローナル抗体と反応するものを選定した。このクローンの塩基配例を決定したところオステオポンチンと一致した。オステオポンチンは、主に骨で石灰化を起こすのに必要不可決なタンパク質である。これが腎結石から発見されたことは、大変に興味ある知見である。このオステオポンチンが腎のどの部位で生産されているのかをさらに分子生物学的手法、つまりin situ hybridization法を用いて検討した。これにはnon-RIシステムであるDIGシステムを用い、オステオポンチンCRNAをプローブとして用いた。ラットでの検討であるが、オステオポンチンは、腎近位尿細管に主に存在しており、これに対して結石剤発物質であると考えられているグリオキシル酸とビタミンD_3を投与すると、オステオポンチンのm-RNAが、その発現を増強していることを確認した。さらに発現部位も遠位尿細管から系球体近くの近位尿細管にまで広がっていることを確認した。オステオポンチンは結石形成に重要な役割を行なっているものと考えられた。結石ポリクローナル抗体によりスクリーニングされた腎cDNAクローンは、オステオポンチンの他に複数個あるが、これらは既知のものとは同定されなかった。今後の検討課題と考えている。A.結石内の有機物質(matrix)のDNA配列の決定:一次スクリ-ニングで得られた18個のプラ-クより、結石内の有機物質のcDNAを含むファ-ジを分離し大腸菌を用い増殖させた後にcDNAのみを分離し、これをシ-クエンスにかけ、それぞれの塩基配列を決定した。これらの塩基配列を既知の蛋白のcDNAの塩基配列と照合し、18個のcDNAのうち8個のcDNAが骨形成に関与する蛋白として知られているオステオポンチン(OPN)のそれと一致した。他の蛋白のcDNAと一致するcDNAはみられなかった。B.結石内有機物質の起源の検討:OPNの結石形成おけるにはたらきについて検討するべく、ラットのOPN-mRNAに対する既存の抗体を用い結石内有機物質としてのOPNについて検討を行った。対象には、正常のラット腎およびグリオキシリック酸投与による結石誘発ラット腎を用いた。1)in situ hybridizationを用いラット腎内におけるOPN-mRNAの存在の有無およびその存在部位を調べた。

正常ラット腎内においてOPN-mRNAは主に遠位尿細管細胞内に存在し、結石誘発ラット人では、遠位尿細管内により多くのOPN-mRNAが観察された。2)northern blot法を用い、ラット腎でのOPN-mRNAの定量を試みた。ここでは正常ラット腎に比し結石誘発ラット腎においてより多くのOPN-mRNAの発現がみられ、その発現量は結石誘発期間が長期のものほど多かった。以上が、本年度研究の概要であるが尿路結石症に係わる有機物質の検討をさらにすすめるため、まず今回得られたOPN-cDNAよりOPN蛋白の精製および抗OPN抗体の作成などを行いたいと考えている。尿路結石症のマトリックス成分を分子生物学的手法を用い、オステオポンチンとカルプロテクチン等であることを同定し、そられのmRNAおよび蛋白は結石形成時に腎遠位尿細管で発現することを見い出した。結石の形成は同部位でおこなわれることからこれらの物質が結石形成に係わっていることが示唆された。これら物質は歯石、耳石などの石灰化物質で、特に動脈硬化症において強い発現がみられた。また、これらはマクロファージから産生されることから、また尿路結石症と動脈硬化症は好発年令が類似し、欧米化の食生活が原因で形成されるという共通点を持つことから、両疾患の発生機序は類似していると考え、研究を進めた。結石形成ラットおよびヒト形成腎組織で、上記両物質の発現とその周囲にはマクロファージやIL-IやTNFのサイトカイン、さらに細胞接着因子がみられ、結石形成時にはそれらの関与が示唆され、動脈硬化症の発生機序も似ていることが判った。コレステロール負荷ラットではオステオポンチンmRNAおよび蛋白の発現が著明に増えていることもわかり、動物性蛋白負荷ではその発現は少ないことから、欧米化の食事内容の主因はコレステロールと考えられた。結石内におけるこれらマトリックス成分の分布は放射状および年輪状であり、結石外縁に多いことが判り、マトリックスが結石成長に係わっていると推察された。以上の結果から、尿路結石症の成因は成人病の1症状ととらえることができ、今後は、これらの知見から結石予防の確率をめざしたい。
クラスターイオンの高感度異性体分離分光法の確立

本研究では、イオン移動度分析法によって気相クラスター・ナノ粒子イオンの構造異性体を分離し、各異性体の解離反応・イオン分子反応・負イオン光電子分光の適用を可能にするための高感度分析装置の開発を行った。その結果、炭素クラスター・ケイ素クラスター・金属酸化物クラスターのイオンの系でサイズの増加に伴う異性体分離を観測し、分離された異性体ごとの解離反応の違いを見出し、酸化・水素化反応速度定数を決定することができた。本研究では、イオン移動度分析法によるクラスターやナノ粒子イオンの異性体分離高感度分析分光のための装置と技術の確立を目指している。これによって、未踏領域であるサブナノメートル領域の化学種の構造特異的な物性を、特定のサイズごとに明らかにすることができ、新規な触媒や分子素子の開発につながる基礎的知見を与えうる。高感度化の具体的な計画として、本年度はタンデム反射型飛行時間質量分析計およびイオン集束用電極群の開発を当初の予定としていた。このうち、タンデム反射型分析計は当初の構想を大幅に拡張した新規設計装置の設計・製作を完了させることができている。本年度前半は新研究室立ち上げの影響があり、なかなか設計が進まなかったが、9月以降はその遅れを取り戻す勢いで設計が完了し、製作も年度内に終了した。検出感度向上の検証試験も現在着々と進行している。さらにイオン集束電極群の設計については、当初イオンファネル型の製作を予定していたが、さらに八極子型の電極群も追加設計することになった。この意味で、本年度の研究実施は、当初の予定の150%程度の密度で進行している。また、現在の完成した装置による炭素クラスターイオンの異性体選択光解離実験では、より精度を高めたイオン飛行軸調整とイオン信号S/N比の飛躍的向上、ドリフトセルの精密温度制御の結果、従来の結果に比べて格段に高い検出感度となることを検証することができ、信頼度の高い実験データを得ることができるに至っている。現在のところ、本研究で行っている異性体分離分光の実験は世界で唯一のものであるので、このリードを保ったまま種々の分子・クラスター系への適用を進めたいと考えている。そのため、新年度はすぐにいくつかのクラスター系への適用が進めていく見込みである。このペースで計画が進行すると、当初3年間の予定であった研究計画を2年間で完了させることができる見通しが立った。高感度化の具体的な計画としては、タンデム反射型飛行時間質量分析計とイオン集束用電極群の開発の二本立てで研究を進めている。このうち、タンデム反射型分析計は前年度に設計・製作を完了しており、本年度はその組み立てと信号強度の最適化、予備測定、本測定を行った。特に本年度前半は、装置組み立て後、検出感度向上の検証試験を完了して、予想を超える感度向上を確認した。その後、サイズ・異性体分離された炭素クラスターイオンの衝突誘起解離、および酸素分子との衝突反応実験を行い、従来にない新たな知見を得ることに成功した。これらの結果は、いくつかの国内・国際会議で報告し、現在論文執筆中である。また、イオン集束電極群の設計については、集束八極子型の新たな電極群を設計・製作を完了した。この意味で、本年度の研究実施は、当初の予定通り進行している。現在のところ、本研究で行っている異性体分離分光の実験は世界で唯一のものであり、このリードを保ったまま種々の分子・クラスター系への適用を進めたいと考えている。これによって、未踏領域であるサブナノメートル領域の化学種の構造特異的な物性を、特定のサイズごとに明らかにすることができ、新規な触媒や分子素子の開発につながる基礎的知見が得られると期待される。具体的な計画として、タンデム反射型飛行時間質量分析計と負イオン光電子分光装置の開発の二本立てで研究を進めてきた。このうち、タンデム反射型分析計は前年度までに設計・製作、組立、信号強度の最適化、予備測定を完了している。今年度は本測定を続行した。特にサイズ・異性体

分離された炭素クラスターイオン、ケイ素クラスターイオンの光解離と衝突誘起解離、および酸素分子・重水素分子の付加反応実験を行い、従来にない新たな知見を得ることに成功した。これらの結果は、いくつかの国内・国際会議で報告し、論文発表も進んでいる。さらに、複合系クラスターイオンとして、酸化亜鉛クラスターイオンのサイズ成長に伴う構造変化を観測することに成功した。また、負イオン光電子エネルギー分析器についても、設計・製作を完了した。現在の完成した装置によるクラスターイオンの異性体選択実験では、より精度を高めたイオン飛行軸調整とイオン信号S/N比の飛躍的向上、ドリフトセルの精密温度制御の結果、従来の結果に比べて格段に高い検出感度となることを検証することができ、信頼度の高い実験データを得ることができた。本研究で実施した異性体分離分光は現状では世界で唯一のものであり、今後はこのリードを保ったまま種々の分子・クラスター系に展開していく予定である。
社会的相互作用における他者への印象を事前に予測する脳活動

近年ヒトの社会性に関わる研究が著しく増加しており、他者の顔の認知に関わる神経機構について多くの知見が蓄積されている。本研究では、他者の顔を見ている際の脳活動が、その他者と実際に会話をした際の印象を予測するか、機能的磁気共鳴画像法(functional MRI)を用いて検討することで、顔認知のメカニズムが社会的認知に資する役割の一端を解明することを目指す。
二本鎖RNAによるプリオン感染促進分子メカニズムの解明

病原体プリオンはウイルスなどとは異なり、病原特異的な核酸を持たず、おそらくは単一の異常型プリオンタンパク(PrPSc)のみから構成されていると推測されている。しかしながら、ウイルス感染時の特徴的な干渉現象や自然免疫機構の活動がプリオン感染時においても見られ、ウイルス由来の核酸などPrPSc以外の因子がプリオン感染病態に関与することが示唆される。本研究により我々は、プリオン感染病態にPrPSc以外の修飾・補助因子として二本鎖RNAもしくは二本鎖RNA様因子と、その宿主側シグナル分子群である自然免疫関連因子が関与していることを見出した。我々は、ウイルス由来の二本鎖RNA(dsRNA)と同様の免疫活性を持つ合成dsRNAであるPoly(I:C)が、野生型マウスにおける22L株プリオン感染後の発症までの潜伏期間を短縮し、プリオン感染神経芽細胞中の異常型PrP蓄積を増大することを示唆する実験結果を得ている。さらに、異なるプリオン株におけるPoly(I:C)のプリオン感染促進作用を解析したところ、Poly(I:C)はChandler株プリオン感染神経芽細胞中の異常型PrP蓄積を増大し、異なるプリオン株においても同様の結果が得られた。本研究では、プリオン病におけるこの二本鎖RNAの作用メカニズムを解析し、未だ不明確である病原体プリオンの感染病態機構を解明することが目的である。プリオン感染神経芽細胞を用いた結果より、プリオン感染にPrP以外の修飾・補助因子としてdsRNAとその宿主側シグナル分子群であるTLR3、RIG-I、MDA5などの自然免疫関連因子が働いていることが示唆された。さらに一本鎖RNA、リポ多糖は、野生型マウスにおける22L株プリオン感染後発症までの潜伏期間に影響を及ぼさず、また、プリオン感染神経芽細胞中の異常型PrP蓄積に対しても影響しない結果が得られた。これらの結果より、dsRNAが特異的なプリオン感染促進分子であることが示唆された。これまでにウイルス感染時の特徴的な干渉現象や自然免疫機構の活動がプリオン感染時においても見られることが証明され、ウイルスなど異常型PrP(PrPSc)以外の因子の関与が示唆されている。本研究では、プリオン病における二本鎖RNAの病態生理学的意義を解明することが目的である。研究代表者らは、ウイルス由来の二本鎖RNA(dsRNA)と同様の免疫活性を持つ合成dsRNAであるPolyI:Cが、野生型マウスにおけるプリオン感染後の発症までの潜伏期間を短縮し、マウス由来神経芽細胞腫細胞株(N2a58細胞)におけるプリオン感染後のPrPSc蓄積を増大することを確認した。一方、一本鎖RNA、二本鎖DNA、LPSは、潜伏期間やPrPSc蓄積に影響しなかった。これらの結果は、dsRNAがプリオン感染を促進し、プリオン病を増悪させる因子であることを示している。PolyI:CによるPrPSc蓄積増大作用は、PolyI:Cを前処置しPBSによる洗浄を行った後のプリオン感染でも観察され、さらに、無細胞系であるPMCA法においても、PolyI:CはPrPSc増幅に対して有意な作用を示さなかった。このことから、PolyI:CのPrPSc蓄積増大作用はPrPScへの直接的な作用によるものではなく、宿主側シグナル分子群が関与していることが示唆された。以上の結果より、プリオン感染にPrP以外の修飾・補助因子としてdsRNAもしくはdsRNA様因子と、その宿主側シグナル分子群であるTLR3、RIG-I、MDA5などの自然免疫関連因子が働いていることが示唆された。野生型マウスを用いたバイオアッセイにおいて、dsRNAのプリオン感染促進作用の再現性が得られた。さらに、一本鎖RNAやリポ多糖などの他の因子はプリオン感染促進作用を有さないことが明らかとなり、プリオン感染病態において、dsRNAが特異的なプリオン感染促進分子であることを示唆できたから。神経分子病態学dsRNAの作用機序を解明する実験を重点的に行う。他のプリオン株でも今までの結果の再現性が得られ、プリオン感染病態におけるdsRNAの作用メカニズムの解明に少しずつ近づいているから。dsRNAの作用機序を解明する実験を重点的に行う。購入予定の試薬類の変更等のため、未執行額が生じた。

dsRNAのシグナル経路をさらに明らかにしたいと考えているので、そのためにプラスミド、遺伝子導入試薬、抗体、酵素などの生化学試薬類を使用する予定である。また、国内、海外の学会での成果発表と論文発表のための費用として使用する予定である。
好気性グラニュールを用いた高効率型水処理技術の開発

好気性グラニュール法は既存の処理技術に代わる新しい高効率な水処理技術として期待されているが,研究の歴史は浅く,詳細な形成メカニズムは未だに明らかとなっておらず,また形成可能な反応槽にも限りがあるのが現状である。そこで本年度は,これまで報告例の無い連続流入式反応槽を用いた従属栄養性の好気性グラニュールの形成に挑戦した。連続流入式の反応槽である上向流好気性流動床を用いて好気性グラニュールの形成を試みた。その結果,アンモニア酸化反応が良好に進行している反応槽でのみグラニュールの形成が確認された。このことから,アンモニア酸化細菌の存在が,連続流入式反応槽を用いた従属栄養性好気性グラニュールの形成において重要な役割を果たしていると予想された。この仮説を検証するため,アンモニア酸化阻害剤であるアリルチオ尿素(ATU)を添加した系と添加しない系でグラニュール形成能の比較を行った結果,阻害剤を用いてアンモニア酸化反応を抑制した系では,グラニュールの形成が確認されず,阻害剤を用いない系では形成が確認されたことから,本仮説は正しいと考えられた。以上のことから,連続流入式の反応槽を用いても,アンモニア酸化細菌を存在させることで,好気性グラニュールの形成が可能であることが明らかとなった。連続流入方式の反応槽は,これまで多数の形成報告例があった半回分式(間欠流入式)の反応槽と異なり,世界中で広く採用されていることから,本研究成果は好気性グラニュールを用いた水処理技術の普及に大きく貢献できると考えられる。好気性グラニュール法は既存の処理技術に代わる新しい高効率な水処理技術として期待されているが,研究の歴史は浅く,現在までに形成促進因子がいくつか報告されているものの,詳細な形成メカニズムは未だに明らかとなっていないのが現状である。そこで本年度は,主に既往研究において欠落していた微生物生態学的な観点から形成メカニズムの解明を試みた。サブクローニング法によって好気性グラニュール内部の構成微生物を調査した結果,完全無機性のアンモニア含有排水にて長期間馴養した場合にも,硝化細菌等の独立栄養性の微生物のみでなく,有機物を資化する様々な従属栄養微生物が存在することがわかった。これは独立栄養微生物が産出する細胞外ポリマー物資等を栄養源とすることで,従属栄養微生物が増殖するためであると考えられた。また,好気性グラニュール形成過程における生態構造の変遷を,定量性の高いFluorescence in situ hybridization(FISH)法によって調査したところ,グラニュール形成の各過程で生態構造が大きく変化していることが判明した。形成の初期段階ではアンモニア酸化細菌が大きく優占しており,この細菌が選択的に凝集・粒状化してグラニュールを形成している様子が示された。また,その後グラニュール径の増加に伴って多様な従属栄養細菌が出現してくることがわかった。このことから,好気性グラニュールの形成過程においてアンモニア酸化細菌が大きな役割を果たしており,形成初期にアンモニア酸化細菌を優占させることがグラニュール形成において重要であることが示された。また,グラニュール形成過程で多様な従属栄養微生物が増加しており,これらがグラニュールの成長,構造の安定化に寄与している可能性が示された。
次世代火力発電用高湿分排ガス凝縮器の高性能化に向けた不凝縮ガス中蒸気凝縮伝熱促進

水平伝熱管外面における蒸気-不凝縮ガス混合気の凝縮熱伝達特性とその伝熱促進方法について実験的に調査した.伝熱管にベア管を用いた実験により基本的な熱伝達特性を明らかにした.また実際の大型凝縮器で問題となる伝熱管上方から落下する凝縮水が多い場合の熱伝達特性とフィン管と細管による伝熱促進の有効性について実験的に調査した.以上の検討により,不凝縮ガス-蒸気を取り扱う大型凝縮器の高性能化に貢献する伝熱促進方法の確立に向けて,多くの有効な知見を得ることができた.水平伝熱管外面における蒸気-不凝縮ガス混合気の凝縮熱伝達特性とその伝熱促進方法について実験的に調査した.伝熱管にベア管を用いた実験により基本的な熱伝達特性を明らかにした.また実際の大型凝縮器で問題となる伝熱管上方から落下する凝縮水が多い場合の熱伝達特性とフィン管と細管による伝熱促進の有効性について実験的に調査した.以上の検討により,不凝縮ガス-蒸気を取り扱う大型凝縮器の高性能化に貢献する伝熱促進方法の確立に向けて,多くの有効な知見を得ることができた.二酸化炭素回収対応など多くの次世代火力発電システムの実現に対し、不凝縮ガスを取り扱う凝縮器の小型・高性能化は不可避の課題である。本研究はこれら凝縮器の基礎現象である不凝縮ガス中の水蒸気凝縮に関する基本的な熱物質伝達特性の解明と適切な熱物質伝達促進方法の確立を主な目的としたものである。本年度は、(1)テスト管に水平単管を用いた実験装置の製作と実験方法の検討、(2)実験例がきわめて少ない中間水蒸気質量分率域における平均熱物質伝達データの計測、を主に実施した。実験ループはブロワによる強制循環ループであり、試験流体には大気圧の空気-水蒸気混合気を用いた。混合気の水蒸気質量分率と温度は飽和器と過熱器で所定の条件に調節し後、テスト部で鉛直下向きに流される。テスト部は250mm×125mmのポリカーボネイト製矩形流路で、その中央に外径25mmの銅製テスト管を水平に設置した。伝熱量はテスト管内冷却水の温度上昇により計測され、同時に管外面凝縮水量の測定により物質伝達量および潜熱伝熱量が計測される。テスト管表面には微小温度センサが埋め込まれており、これにより管外面温度分布が測定される。実験は混合気相対湿度を100%、混合気とテスト管外面の温度差を50Kにそれぞれ保持した条件で、混合気レイノルズ数を300800、水蒸気質量分率を2050wt%の範囲で変化させて行った。その結果、以下のことが明らかとなった。(1)物質伝達係数のレイノルズ数依存性は、全水蒸気質量分率域において単相強制対流(非凝縮)における熱伝達係数のレイノルズ数依存性とほぼ等しくなる。(2)物質伝達係数は凝縮に伴う高物質流束効果(吸い込み)によって水蒸気質量分率の増加とともに高くなる。(3)高物質流束効果による物質伝達係数の増加割合は、Mickley式による推算値よりもかなり高くなる。CO_2回収対応などの特長を有する多くの次世代火力発電システムの実現に対し、不凝縮ガスを取り扱う凝縮器の小型・高性能化は不可避の課題となっている。本研究は、これらの凝縮器の基礎現象である不凝縮ガス中の水蒸気凝縮に関する熱・物質伝達特性を解明し、凝縮器の小型・高性能化に有効な熱・物質伝達促進方法を確立することを目的としたものである。本年度は、(1)中間水蒸気質量分率域における平均熱・物質伝達データの計測、(2)凝縮形態の違いによる熱・物質伝達への影響調査、(3)管周方向の局所熱・物質伝達係数の計測方法の検討、を主に実施した。実験装置は昨年度製作したものを用いたが、テスト管は周方向局所熱・物質伝達係数を評価するために微小温度センサをテスト管頂部から周方向に30゚間隔で取り付けたものを新たに製作し,実験に導入した。テスト管は銅製で外径25mm、凝縮部長さ250mmである。実験は大気圧下において混合気レイノルズ数300800、水蒸気質量分率2050wt%の範囲で実施した。なお凝縮実験はテスト管の外面処理に関する検討を事前に行い、テスト管全体で膜状凝縮または滴状凝縮が実現される条件においてそれぞれ実施した。(1)凝縮時の熱伝達係数と物質伝達係数のレイノルズ数依存性は、全水蒸気質量分率域において単相強制対流(非凝縮時)における熱伝達係数のレイノルズ数依存性にほぼ一致する。(2)物質伝達係数は凝縮に伴う高物質流束効果(吸い込み)によって増大する。(3)オレイン酸を促進剤とした滴状凝縮時の物質伝達係数は、膜状凝縮の場合に比べて低下する。これは伝熱管に付着した凝縮液滴のために境界層が相対的に厚くなったことによるものと考えられた。不凝縮ガスと蒸気の混合気を取り扱う凝縮器の小型・高性能化は、CO_2回収対応を特徴とする次世代火力発電システムを実現する上で最も重要な課題の一つとなる。本研究は、これらの凝縮器の基礎現象である不凝縮ガス中の水蒸気凝縮に関して、その熱・物質伝達の基礎的な特性を明らかにするとともに凝縮器の小型・高性能化に有効な伝熱促進方法を確立するための基礎的な知見を提供することを目指したものである。本年度は、昨年度までの検討結果を踏まえて、(1)凝縮実験による各種伝熱促進効果、(2)上方からのドレン散水が与える凝縮熱伝達への影響、

(3)伝熱管局所温度分布計測による熱・物質伝達状況の詳細解明、について主に調査した。実験装置は昨年度までに製作したものを引き続き使用したが、大型管群を模擬するためのドレン散水設備を追加するとともに、供試管としてフィン管、小径管、表面撥水処理管などの伝熱促進に向けた各種伝熱管を製作、導入した。実験は大気圧の空気と水蒸気の混合気を用い、水蒸気質量分率2050wt%、混合気レイノルズ数300900の範囲において実施した。その結果、以下のことが明らかとなった。(1)フィン管による伝熱促進効果は、特にフィン間の凝縮水付着状況が影響するため、フィンピッチとフィン表面濡れ性の影響を受ける。(2)表面撥水による伝熱促進効果は、伝熱管表面の付着液滴サイズが伝熱管サイズと濡れ性によって変化するため、それらの影響を受ける。(3)伝熱管上方からのドレン散水によって凝縮伝熱は促進する場合と劣化する場合が存在する。(4)伝熱管周方向局所温度分布の計測から、不凝縮ガス中の水蒸気凝縮時の熱・物質伝達状況を詳細に調べた。以上の結果より、次世代火力発電用不凝縮ガス-蒸気凝縮器の小型・高性能化するために必要な基礎的な知見を得ることが出来たと考える。
過渡的に形成されるDNA結合タンパク質多量体の動的構造の蛍光1分子イメージング

DNA複製・修復・組み換えは、種の遺伝的連続性を保証する最も重要な機構である。これまで、これらの機構に関与する数々のタンパク質の同定と構造解析がなされ、詳細な生化学的解析に基づいて反応機構のモデルが提唱されてきた。一方、実際これらのタンパク質が機能する多数のサブユニットからなる複合体の3次元構造やダイナミクスに迫ること困難なこともあり、様々なタンパク質分子の相互作用ダイナミクスについては不明な点が多く残されている。そのダイナミックなプロセスの理解には、直接タンパク質が機能している現場を可視化することが鍵となると考え、これまでDNA結合タンパク質1分子を直接イメージングしてきた。大腸菌のDNA修復機構で機能する非六量体型ヘリカーゼUvrDについては、単量体ではなく二量体あるいは三量体でDNAを巻き戻していることを明らかにしている。本研究では、このヘリカーゼがDNAを巻き戻す際に形成する過渡的な多量体の動的構造を蛍光1分子イメージングで解明することを目指している。平成28年度は、UvrDの多量体のタンパク質ータンパク質間相互作用の構造ダイナミクスとDNA巻き戻し活性の関係を探るために、UvrD間の1分子FRET観察を継続した。また、C末のアミノ酸を欠如させた変異体を発現・精製し、その間の1分子FRETも観察した。さらに、野生型のUvrDに存在する6つのシステイン残基をアラニンに置換した変異体を作製した。このシステインフリー変異体から任意の部位にシステイン残基をもつUvrDを作製することができる。また、UvrDの多量体構造の光検出磁気共鳴(ODMR)による解明に向けて、蛍光ダイヤモンドナノ粒子の表面修飾、ビオチン化UvrDの部位特異的蛍光標識、ビオチンーアビジン系を利用したUvrDの蛍光ダイヤモンドナノ粒子標識を行った。28年度が最終年度であるため、記入しない。平成27年度は、ヘリカーゼUvrDの多量体のタンパク質ータンパク質間相互作用の構造ダイナミクスとDNA巻き戻し活性の関係を探るために、UvrD間の1分子FRETをイメージングした。また、ヘリカーゼUvrDの多量体構造の光検出磁気共鳴(ODMR)による解明に向けて、蛍光ダイヤモンドナノ粒子の表面修飾とタンパク質への標識を試みるとともに、顕微鏡本体・励起レーザー・超高感度カメラなどからなる蛍光1分子イメージング顕微鏡にODMRを発生させるのに必要な高周波発生関連の装置を組み込み、磁気共鳴ー蛍光1分子イメージング顕微鏡の構築を行った。平成27年度の研究計画をほぼ遂行したため。1分子FRETイメージングに関してはヘリカーゼUvrDのC末アミノ酸の存在が多量体形成に与える影響を明らかにする。光検出磁気共鳴(ODMR)

イメージングに関しては、構築した顕微鏡と標識したヘリカーゼUvrDを用いて、DNA巻き戻しの際に形成されるヘリカーゼUvrDの多量体のDNA上での構造や動きを詳しく調べる。28年度が最終年度であるため、記入しない。
欧州連合(EU)における農政改革と直接所得補償政策に関する研究

欧州連合(EU)における農政改革の背景と現状を分析し,改革によって導入さたEU型直接所得補償制度の問題点として次の4点を明らかにした。(1)改革によってEUではデカップリング政策が導入されたが,それは必ずしも生産から切り離された所得支持であるとは言い難い。直接所得補償が基準年の作付面積や単収にもとづいて支払われるからである。また,補償額は国や地域により異なるものの,それは固定化され「受益権」化する傾向があることも指摘できる。(2)EUでは直接所得補償制度の一般的導入以来,農業政策の一定部分についてはEU委員会でなく加盟国政府が直接関与すべきであるという主張が強まっている。加盟国政府はすでに直接所得補償の行政上の管理責任を負っており,制度をより効果的に運用するための情報も手にしている。その上,加盟国政府はEUの資金より自国の資金でもって政策を遂行する場合の方がはるかに責任ある行動をとるはずだといった主張である。しかし,これはCAPの「再国家化」につながる発想であり,財政の連帯責任というCAPの原則と矛盾している。(3)個別経営レベルで作付面積やセットアサイド面積を確認し,その上で補償金を支払う直接補償制度は,多少の小経営を抱えるEUの農業構造のもとでは,大きな行政コストと不正を生む可能性がある。零細経営が数多く存在する南欧諸国ではとくにその弊害が深刻なものになると予想される。(4)直接所得補償は農業者の社会的あるいは職能的イメージを「市場に依存する商業的農業者」から「公的援助に依存する農業者」へと転換させる。そのことは「独立自営の企業者」という職能観念を重視するEUの農業者団体にとって容易に受け入れ難いものである。
ブロックチェーンを基盤とする高信頼性を持った自律分散型監視技術

本研究では,仮想通貨ネットワークを含む,より一般的なブロックチェーンを基盤とした自律分散型ネットワークにおいて,善良なユーザを保護するとともに,悪意あるユーザを監視できるセキュリティ技術について研究開発を行う.より具体的には,トークンを用いた自律分散型の監視手法を提案するとともに,サイバー攻撃対策と暗号理論の両面で支えられるトークンの高信頼性を確保する.これにより,自律分散型ネットワーク環境において,悪意あるユーザの検出・追跡手法の提案のみならず,高信頼性を持ったトークンによるブロックチェーン基盤のトータルケアを提供する運用方法の確立が期待される.本研究では,仮想通貨ネットワークを含む,より一般的なブロックチェーンを基盤とした自律分散型ネットワークにおいて,善良なユーザを保護するとともに,悪意あるユーザを監視できるセキュリティ技術について研究開発を行う.より具体的には,トークンを用いた自律分散型の監視手法を提案するとともに,サイバー攻撃対策と暗号理論の両面で支えられるトークンの高信頼性を確保する.これにより,自律分散型ネットワーク環境において,悪意あるユーザの検出・追跡手法の提案のみならず,高信頼性を持ったトークンによるブロックチェーン基盤のトータルケアを提供する運用方法の確立が期待される.
ナノ構造情報に基づいた新しい固体イオニクス材料の創出

エネルギーデバイスへ応用可能な新しいイオニクス材料の開発を行った。古典的な材料探索に加え、理論科学、情報科学との連携により、材料探索の新しい指針を検討した。新しいイオン導電種であるヒドリド導電体を開発し、全固体型のデバイス用電解質としての応用可能性を見出すことができた。量子ビームを使ったナノ界面解析では、数nmスケールの電気化学界面構造とデバイス性能との相関と制御指針を見出すことができた。既知構造を利用した探索により、リチウムイオン、酸化物イオンが拡散する固体電解質を開発した。さらに、情報科学の手法を用いて新組成、新構造を有する材料探索にも着手し、その課題と展開可能性を提示することができた。エネルギーデバイスに利用可能な固体イオニクス材料の創出のため、1「ナノ構造情報取得」、2「物性開拓」、3「材料探索指針の構築と新物質創成」に関する研究を実施した。1.様々なイオン導電種が固体内を拡散する、新規イオン導電体を開発した。エネルギー変換デバイスの固体電解質材料として利用が期待できる、プロトンと酸化物イオン導電体に着目した。プロトン導電体RbMg1-xH2x(PO3)3・y(H2O)は、443Kにおいて5.5x10-3 S/cmのイオン導電率を示し、既存の超プロトン導電体に比べ、広い温度領域で優れたイオン導電特性を示した。層状構造を有するオキシ炭酸塩La2O2CO3は構造内にリチウムを導入することで、酸素欠損、格子間酸素が導入され、酸化物イオン導電特性を示すことが明らかになった。イオン導電率は組成により変化し、x=0.15の組成で、723Kにおいて5x10-5 S/cmのイオン導電率を示した。2.パルスレーザー堆積法を用いて、リチウム電池正極材料のエピタキシャル薄膜電極の合成を行った。Li-Mn-O、Li-Co-O系酸化物材料を順に積層させた、新規なLi-Mn-Co-Oエピタキシャル薄膜の合成に成功した。薄膜を積層させることで、Li-Mn-Co-Oターゲットから積層せずに得られる薄膜とは、結晶構造と電気化学特性が異なることが明らかになった。ほぼ同じ組成であっても、真空プロセスと相互拡散プロセスを経ることで、得られる構造と物性が大きく異なり、その制御が可能であることを見出した。3. A02との連携により、イオニクス機能発現の物質構造予測を行うため、第一原理計算用のVASPソフトウェアを導入し、その立ち上げを行った。計算化学を行う研究グループ(A02(エ)班)とのミーティングを重ね、26年度からの研究指針のすり合わせを行った。エネルギーデバイスに利用可能な固体イオニクス材料の創出のため、1「ナノ構造情報取得」、2「物性開拓」、3「材料探索指針の構築と新物質創成」を実施した。1.新規酸化物イオン導電体La-Li-Oを開発し、その導電特性評価と構造解析を行った。この材料はK2NiF4型の結晶構造を有し、構造内に多くの酸素欠損が存在することが明らかになった。詳細な構造解析により酸素欠陥を利用したイオン拡散、さらに格子間酸素位置が関与した導電メカニズムが存在する可能性が示唆された。また、室温から400°Cの温度範囲で構造相転移や分解反応は観測されず、デバイス化への展開が可能であることが分かった。2.様々なイオン導電種が固体内を拡散する、新規イオン導電体を開発した。エネルギー変換デバイスの固体電解質材料として利用が期待できる、リチウムイオン、酸化物イオン導電体に着目した。ペロブスカイト型およびその類縁構造であるパイロクロア型構造を有する新規リチウム導電体を得た。パイロクロア型材料ではリチウム導電体としての報告がほとんどされていないが、(Li,Sr)NbO6Fの系においてリチウム導電特性を観測した。さらに、格子欠陥量を制御することでイオン導電率が一桁向上した。3. A02班との連携により、イオニクス機能発現の物質構造予測を行うため、第一原理計算用のVASPソフトウェアを導入し、その立ち上げを行った。計算化学を行う研究グループ(A02(エ)班)とのミーティングを重ねた上で、プロトン導電体RbMg1-xH2x(PO3)3・y(H2O)に関する計算を行った。構造内のH2O量によるプロトン拡散機構の変化が計算結果より明らかになり、導電メカニズムの解明、さらなる導電特性向上への指針を得た。1.酸水素化物La-Sr-Li-H-O系のヒドリドイオン導電体を開発し、その構造、イオン導電特性を調べた。この酸水素化物材料はK2NiF4型の結晶構造を有し、La/Sr比,H/O比を様々に変化させた固溶体を形成することが明らかになった。特にアニオン副格子中のH, O比を制御するとヒドリドイオンの占有位置が変化し、H/O比が小さい組成ではヒドリドイオンがペロブスカイト層内を優先的に占有し、大きい組成ではペロブスカイト層だけでなく岩塩層の一部もヒドリドイオンが占有することが明らかとなった。2.酸水素化物La-Sr-Li-H-O系材料のLi位置へ遷移金属置換を行った。

遷移金属を導入することで、さらなる不定比性の拡張、電子伝導性の発現、磁性、超伝導などの新規物性発現が期待できる。遷移金属を導入した系ではK2NiF4型構造が形成されず、全く異なるX線回折パターンを示した。遷移金属導入によりK2NiF4型相の安定性が低下し、他の構造を有する相が形成されることが明らかになった。さらなる組成、合成条件最適化により新規な構造と物性を有する物質群の開拓が期待できる。3. A02(エ)班との連携により、La-Li-O系酸化物導電体の構造とイオン導電機構に関する第一原理計算を行った。構造モデル設定し酸素拡散前後の安定化エネルギーを計算した結果、ペロブスカイト層内の酸素欠損を利用したイオン拡散が最も有利であることが明らかになった。また、第一原理計算から得られたイオン導電の活性化エネルギーは実測値とほぼ一致し、実験事実と計算結果一致した。項目1においてイオン導電特性を示す新規材料を、リチウムイオン、ヒドリドイオン、酸化物イオン導電体において発見し、さらに組成や構造の多様性を開拓している。得られた材料の結晶構造は、リートベルト解析によって、その平均構造解析が進んでいる。また、そのイオン導電特性についても評価を行っている。特に、ヒドリドイオン、リチウムイオン導電体は全く新規な構造を有する材料を見出しており、材料開発における重要な成果が得られた。項目2においては、遷移金属を添加した酸水素化物系の材料において新たな構造と物性を示すことが期待出来る物質群開発に目途がたっており、平成28年度以降にさらなる構造、メカニズム解析と計算化学との連携をするべき材料を見出した。項目3については、項目1、2で得られた成果を基に計算科学による解析を進めている。酸化物イオン導電体について有用な成果が得られ始めており、シンセシス型と、アナリシス型を融合した材料開発の実現に向けて着実に成果をだしている。以上より、本年度の進捗は、当初計画に沿って順調に進展している。エネルギーデバイスに利用可能な固体イオニクス材料の創出のため、1「ナノ構造情報取得」、2「物性開拓」、3「材料探索指針の構築と新物質創成」を実施した。1. PLD法で合成したリチウム電池正極LiMO2(M=Mn,Co,Ni)薄膜へ金属酸化物表面修飾を行い、各修飾法による電極劣化メカニズムを解析した。ZrO2を修飾した場合は電極表面に厚さ数nmのLi-Zr-O層が形成し、充放電中の結晶構造変化量を小さくすることで、特性劣化につながる電極構造の不可逆相転移を抑制することが分かった。一方で、WO3を修飾した場合には表面層が形成せずに電極表面5-10 nm程度の領域に固溶し、格子歪みが生じた。同様に特性の劣化は抑制され、僅かな元素の添加により格子歪みを制御することで、電極材料の安定性向上が可能であることが明らかになった。2.酸水素化物系ヒドリドイオン導電体La2LiHO3の合成プロセス開発を行った。既存の高圧法(1-3GPa)を見直し、水素分圧制御による合成を検討した。条件最適化により試料の母構造を維持したK2NiF4型相が得られることが分かった。水素二気圧の条件で合成した試料のイオン導電率は高圧法と比べて向上した。水素分圧制御により、構造内のイオン濃度・分布が変化することでイオン導電特性が変化することが明らかになった。合成プロセス開発によりヒドリドイオン導電体の物性制御が可能であることを見出した。3. A02(エ)班との連携により、酸化物系リチウムイオン導電体の探索を行った。
量子ホール系におけるコヒーレント現象の研究

GaAs/AlGaAs高移動度2次元電子系をベースとするメゾスコピック構造(平面超格子,アンチドット系など)におけるコヒーレント量子輸送現象の研究を行った.フィボナッチ格子における幾何学共鳴, 2次元正孔系におけるスピン軌道相互作用によるベリー位相, 2次元正孔量子ホール系におけるストライプ相,アンチドット系のAB振動におけるスピン依存効果,などについて新しい知見を得た,また,メゾスコピック超伝導体の磁束系のふるまいを調べた.GaAs/AlGaAs高移動度2次元電子系をベースとするメゾスコピック構造(平面超格子,アンチドット系など)におけるコヒーレント量子輸送現象の研究を行った.フィボナッチ格子における幾何学共鳴, 2次元正孔系におけるスピン軌道相互作用によるベリー位相, 2次元正孔量子ホール系におけるストライプ相,アンチドット系のAB振動におけるスピン依存効果,などについて新しい知見を得た,また,メゾスコピック超伝導体の磁束系のふるまいを調べた.GaAs/AlGaAs半導体2次元電子系および正孔系をベースとして作製した人工量子構造試料の低温強磁場における量子輸送現象の研究を進めた.(1)2次元正孔系の高次ランダウ準位において異方的伝導状態を見いだし,2次元電子系において見いだされているストライプ相との比較検討を行った.(2)アンチドット系におけるアハロノフ・ボーム振動の実験ではν=2付近においてサブ構造を見いだし,傾斜磁場下の実験によってそれがスピン分裂エッジ状態によるものであることを明らかにした.(3)2次元電子系の量子ホール領域における抵抗検出核磁気共鳴の実験を行い,特にν=1近傍において分散型の共鳴線形を見いだした.この分散型共鳴線形がν=1から遠ざかるか高温になるにつれて消失すること,ピークおよびディップにおける核スピン緩和時間が異なる振る舞いをすることなどを明らかにした.また,核スピン緩和時間がこの領域で通常のコリンガ型とは逆の温度依存性を示すことを見いだし,スカーミオン結晶との関係を議論した.(4)ゲート電極によって半楕円の境界を構成し,その2つの焦点位置にスプリットゲート量子ポイントコンタクトを配した試料を作製し,境界反射による電子集束現象を観測した.(5)超伝導ネットワークに磁性体アレイを配したハンブリッド構造試料を作製し,空間変調磁場下の超伝導ネットワークの相転移を電流電圧特性測定により詳しく調べた.その結果を2次元XY模型にフラストレーションが入ったFFXYモデルについての理論的予想と比較し,ドメイン境界におけるキンク対解離が相転移に重要な役割を果たしていることを示した.メゾスコピック超伝導/磁性体ハイブリッド構造を用いて,空間変調磁場下の超伝導ネットワークの相転移のふるまいを調べた。単位胞あたりの平均磁束が1/2となる外部磁場のもとでは,いわゆるfully frustrated XYモデルに対応する状況が出現する。この場合,臨界点近傍ではアンチフェーズ,ドメインの境界に生ずるキンク,反キンク対の解離が引き金となって超伝導転移を引き起こし,Kosterlitz-Thouless転移に似たふるまいをすることがすことが理論的に予想されていた。実験では臨界点近傍で電流電圧特性(1-V特性)を詳細に調べ,そのべき指数の温度変化がキンク,反キンクの解離のふるまいと一致する結果を得た。GaAs/AlGaAs2次元正孔系の高次ランダウ準位が関わる量子ホール領域において,抵抗の顕著な異方性を見いだし,面内磁場の効果や温度依存性などを詳しく調べた。2次元電子系において見いだされている類似の効果との比較にもとづき,この現象がストライプ相と呼ばれる1次元的な電子密度の変調構造の出現を反映したものであると結論した。この論文はJ.Phys.Soc.Jpn.のEditor'sChoice(注目論文)に選ばれた。少数アンチドット系の量子ホール遷移領域におけるアハラノフ,ボーム型振動をさまざまなランダウ準位占有率において磁場およびゲート電圧依存性を詳細に測定し,その特徴を明らかにした。特に,ゲート電圧依存性(フェルミ準位依存性)に温度依存するスクリーニング効果が効いていることを実証した。GaAs/AIGaAs2次元電子系,特にその量子ホール領域におけるコヒーレント輸送現象の研究を中心として研究を展開した.最終年度にあたる本年度の主な成果は以下のとおりである.(1)スプリットゲートの中央に単一アンチドットを配した試料を作成し,量子ホール領域でのAB振動を詳細に測定した.アンチドット系のAB振動振幅の温度依存性から,エッジ状態の自己無撞着ポテンシャルを与えている遮蔽効果の温度依存性を明らかにした.また,ν=2の近傍におけるスピン分離エッジ状態への共鳴トンネル現象がν=2の低磁場側と高磁場側で顕著に異なることを見出した.(2)1次元平面超格子におけるオープン軌道幾何学共鳴磁気抵抗振動効果における,ポテンシャル変調の高次項の影響を系統的に調べ,磁気抵抗振動の高次項との関係を明らかにした.(3)マイクロホール素子を用いて,メゾスコピック超伝導体への磁束量子の出入りを空間分解して観測する手法を開発した.これを用いて正方形の超伝導体(A1)における磁束量子1本1本の進入と空間配置を観測した.理論的に予測されているアンチボルテックスを観測する試みとして,ピン止めサイトとして4隅に孔を開けた正方形試料における少数磁束系のふるまいを明らかにした.(4)2次元電子系の量子ホール領域における熱電能の測定に関して,格子温度を一定に保って電子温度の勾配のみをつける手法を開発した.(5)1次元変調を付加した高移動度2次元電子系における分数量子ホール効果の特徴的な消失に関してモデルを提唱した.