hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
社会的排除に抗する学校を基盤とした多職種連携型支援システムに関する基礎的研究

本研究は、困難層が集中する定時制高校・通信制高校における多職種連携型支援システムに焦点を当てて、「学校を基盤とした多職種連携による支援システム」の維持・発展に寄与する組織のあり方と、教師と外部専門職の間に生じる緊張や矛盾から生み出される専門職間の協働的実践知を明らかにすることを目的にしている。当該年度では、昨年度に引き続き国内調査研究と比較対象としているフィンランドの教員の勤務状況に関する研究を遂行した。(1)首都圏A定時制高校に現在通う在学生の困難な実態を明らかにする目的で昨年度実施した調査データを分析した。本調査研究に関わる知見として、生徒が抱える困りごとや悩みに対する相談支援についての認知の低さや支援に対する潜在的ニーズの高さが明らかになった。当該校では10年前に多職種連携の体制を整えていたが現在十分には機能できていない組織変化が生じているという仮説を得られた。(2)関西圏B定時制高校のインフォーマントに対するインタビュー調査を実施した。聞き取りのなかで定量調査票作成において重要な視点として注目するデータを得られた。1つは、学生時代に他大学の学生や一般企業を巻き込むようなサークル活動経験が他職種との連携する感覚が養われたのではないかという自己分析である。2つは、多職種連携・協働が機能するためには、管理職よりもむしろそれに特化した調整ができるミドルリーダーの存在がカギではないかという評価である。この調査の詳細な分析は次年度に実施する。また次年度実施予定の定量調査の項目として検討する予定である。(3)今日のフィンランドの教員の働き方に関して、過去に研究代表者が実地した調査で収集したデータや資料、先行研究をもとに整理した。多職種連携・協働体制が前提となっている学校のあり方があらためて確認された。その連携・協働の実際について調査によって明らかにしていきたい。調査協力校の一校で、2017年度着任した管理職に2018年度に入り定量調査計画を説明した際、教員の長時間勤務を改善するという労務管理を徹底していくため、調査は負担となりうるという理由で管理職(学校)として協力できないと言われ、本研究にとってカギとなる学校であったため、計画が一時中断するという事態となった。その後、再度ラポールを築くべく学校に訪問することで年末に入って当初の内容で調査協力を得られることとなった。また、別の調査協力校も同様に2018年度は新しい管理職が着任したことをうけて(インフォーマントでもある前任の学校長の助言もあり)、生徒の生活状況を把握する定量調査を2017年度に実施し、2018年度はその分析を行い調査報告書をまとめたが、年度内に調査協力校に報告する時間がとれず2019年度にあらためて定量調査の依頼をすることとなった。また、こうした事情によって、インフォーマントの学校長が異動した高校は、同自治体の中で多職種連携を推進している学校(むしろ調査協力校よりも活発に展開している)であるため比較サンプルを得られるよう調査計画を見直し、異動した校長に協力を依頼する予定である。2019年度は、調査協力校が夏休みの期間に入って定量調査を実施する(並行して比較サンプルを収集するために、追加で複数校に依頼し実施する予定である)。回収後、調査会社に調査票のデータ化を委託し、そのデータの分析作業と報告書作成を行う。同時に、まだ実施できていない調査協力校教員および外部専門機関の職員に対してインタビュー調査を実施していく。とくに退職や異動等によってこれ以上調査協力校の状況の変化に対応することがないように、今年度調査データをすべて収集できるよう傾注していく予定である。当該年度では、国内調査に重点を置き研究を遂行した。調査対象である公立学校が本科権申請年度と当該年度とで人事異動によって管理職を含め教員組織に変化が生じたため、新たな体制の各学校に改めて調査協力の依頼と各学校が抱える組織運営上の課題の聞き取りを実施した(1011月)。その中で研究代表者が10年前に共同調査を行った首都圏A定時制高校において、まず在学生の困難な実態調査を実施し(2018年2月)データを収集した(次年度分析を行う)。その後3月に再訪問し、当該年度の組織の実情を鑑みながら次年度の調査について各校の管理職および核教員と具体的に計画の打ち合わせをした結果、新参の教員が増えてきたためまずアンケート調査によって各校の教員が先進的に多職種連携を進めてきた高校に赴任して、外部専門職との連携・協働に対してどのように考えているのかをまずは把握することに重点を置くことを主眼とした調査を行うことが決まった。管理職や核教員にとっては、それまで構築してきた多職種連携型支援システムをどう新参の教員(大半は若手)に継承していけるのかが大きな課題となっていることがわかったため次年度の調査はこうした研究協力者とともに教職員集団を対象としたアンケート調査を行っていく。他方、海外調査は国内調査に重点を置いたため、当初予定していたフィンランドの研究協力者との打ち合わせは、次年度以降の国内調査遂行において必要な課題等が見えてきた段階で実施することにした。

公立学校が避けて通れない人事異動による組織体制の変化にともない、本研究の調査協力に関する依頼を再度行わねばならなかった点とそれに関わって調査方法・内容が調査対象校の教職員にとって意義があるものにしていくために申請当初の計画(量的調査も実施する)を変更していく必要性があった。しかしながら、当該年度、各対象校の組織上の課題の把握ならびに研究協力者との打ち合わせによって、次年度調査が円滑に実施できる段階にある。本研究は、困難層が集中する定時制高校・通信制高校における多職種連携型支援システムに焦点を当てて、「学校を基盤とした多職種連携による支援システム」の維持・発展に寄与する組織のあり方と、教師と外部専門職の間に生じる緊張や矛盾から生み出される専門職間の協働的実践知を明らかにすることを目的にしている。当該年度では、昨年度に引き続き国内調査研究と比較対象としているフィンランドの教員の勤務状況に関する研究を遂行した。(1)首都圏A定時制高校に現在通う在学生の困難な実態を明らかにする目的で昨年度実施した調査データを分析した。本調査研究に関わる知見として、生徒が抱える困りごとや悩みに対する相談支援についての認知の低さや支援に対する潜在的ニーズの高さが明らかになった。当該校では10年前に多職種連携の体制を整えていたが現在十分には機能できていない組織変化が生じているという仮説を得られた。(2)関西圏B定時制高校のインフォーマントに対するインタビュー調査を実施した。聞き取りのなかで定量調査票作成において重要な視点として注目するデータを得られた。1つは、学生時代に他大学の学生や一般企業を巻き込むようなサークル活動経験が他職種との連携する感覚が養われたのではないかという自己分析である。2つは、多職種連携・協働が機能するためには、管理職よりもむしろそれに特化した調整ができるミドルリーダーの存在がカギではないかという評価である。この調査の詳細な分析は次年度に実施する。また次年度実施予定の定量調査の項目として検討する予定である。(3)今日のフィンランドの教員の働き方に関して、過去に研究代表者が実地した調査で収集したデータや資料、先行研究をもとに整理した。多職種連携・協働体制が前提となっている学校のあり方があらためて確認された。その連携・協働の実際について調査によって明らかにしていきたい。調査協力校の一校で、2017年度着任した管理職に2018年度に入り定量調査計画を説明した際、教員の長時間勤務を改善するという労務管理を徹底していくため、調査は負担となりうるという理由で管理職(学校)として協力できないと言われ、本研究にとってカギとなる学校であったため、計画が一時中断するという事態となった。その後、再度ラポールを築くべく学校に訪問することで年末に入って当初の内容で調査協力を得られることとなった。また、別の調査協力校も同様に2018年度は新しい管理職が着任したことをうけて(インフォーマントでもある前任の学校長の助言もあり)、生徒の生活状況を把握する定量調査を2017年度に実施し、2018年度はその分析を行い調査報告書をまとめたが、年度内に調査協力校に報告する時間がとれず2019年度にあらためて定量調査の依頼をすることとなった。
標準模型を超える理論におけるフレーバーの破れと異常電気双極子能率の研究

超対称性の破れにおけるフレーバー対称性の破れを探る方法には、フレーバー数非保存過程の探索に加え、電子や中性子といった電気双極子能率の観測がある。我々は超対称性の破れにおけるフレーバー対称性の破れが小林・益川行列起源でないようなminimal flavor violationではない場合において電気双極子能率が飛躍的に増大することに着目し、non-minimalなフレーバーの破れによって生じる気双極子能率を系統的に調べた。高次ループの寄与が1ループの寄与よりも大きくなることが広いパラメータ領域で生じることを示した。超対称模型におけるフレーバーの問題を解決する模型として、ゲージ伝搬模型がある。我々は、超対称CPの問題も合わせて解決するminimal gauge mediation (MGM)模型に着目し、現在のフレーバーの物理の観測結果(ミューオンの異常磁気能率やb→sγなど)からこの模型に制限を与えた。その結果10の5乗GeV程度で超対称性の破れが生じる模型が観測とよく合うことがわかった。このことは今後の超対称性探索において重要な結果である。
探査機リターンサンプルによる初期太陽系進化の解明

探査機リターンサンプルによる初期太陽系進化の解明を目的に、1.小惑星探査機はやぶさが回収した小惑星イトカワの微粒子試料を分析し、イトカワが経験した強い衝撃変成作用を伴うS型小惑星の形成進化過程を検証した、2.小惑星探査機はやぶさ2が向かうC型小惑星リュウグウの反射スペクトルを解析するために、始原炭素質隕石に対して大気遮断真空加熱実験を行い、地球大気中の水分の影響を完全に排除した加熱によるスペクトルの変化、水分量変化を求めることに成功した。1.太陽系始原物質微小試料の分析:はやぶさ探査機が回収した微粒子、南極雪から回収した惑星間塵粒子などに対して、物質科学的分析を行った。はやぶさ試料に関しては放射光X線分析を行い構成鉱物を特定したが、これまでに分析した試料と同様であったため試料はそのまま返却した。数多くの惑星間塵粒子に対して、多段階分析を行った。その結果、D型小惑星由来や彗星由来と考えられる塵を特定した。2.分光分析装置の立ち上げと改造:分光分析装置を購入し、テスト分析を行った。その後、改造を試みたが設計に時間がかかり、予算を繰り越して対応した。炭素質隕石など地球外物質の分光分析においては、鉱物の構造水、層間水などの存在を示す波長3μmの吸収域の測定は、その隕石の形成過程や飛来元の天体を特定するうえで重要である。しかしながら分析の際に地球の水がサンプル表面に吸着し、隕石の正確な3μmバンドの測定が困難であった。そのため本研究計画で購入した分光分析装置は、吸着水の影響をできる限り排除するために分析サンプル部を真空にできる装置を選定した。しかし吸着水の影響を排除するにはサンプルを加熱する必要がある。そのため加熱機構を考案し、分析サンプル加熱機構およびその周辺機器の改良を行った。装置のサンプル部は機器が入り組んでおり、薄板小型タイプのヒーターを選択し、真空密封されたサンプル部の外部から温度をコントロールできるようにした。また、サンプルの過加熱防止と温度管理ができるようにした。サンプルを加熱した状態でサンプルを移動させ、真空を破らずに標準試料とサンプルの測定を連続的にできるようにした。また、波長フィルターも真空内で移動させ、真空を破らずに短波長と長波長を連続的に測定できるようにした。これらの改良を装置に加えて、隕石試料を予備測定した結果、吸着水の影響が非常に少なくなった良好な反射スペクトルが測定できるようになった。1.太陽系始原物質微小試料の分析:昨年度に引き続き始原惑星微小物質の物質分析および分光分析を行った。探査機はやぶさが回収した小惑星イトカワ試料、および南極雪から回収した惑星間塵を対象に放射光を用いたX線分析、電子顕微鏡分析などの物質分析を行った。その結果、イトカワ試料からは強い衝撃を受けたと思われる微粒子を発見し、衝突履歴などを考察し、学会で結果を公表した。惑星間塵試料からは、彗星のコンドリュールと思われる粒子やGEMSが含まれる試料などを特定し、学会で結果を公表した。2.地球外物質の分光分析:サンプル加熱機構などの改造を施したFT-IR分光装置を用いて、複数の炭素質隕石の分光分析を行った。炭素質隕石の物質科学的特性が、どのように反射スペクトルに反映されるかを調べた。その結果、水質変成度は3ミクロンバンドの吸収位置と弱い相関があることを確認した。ただしその相関は先行研究で示されているほど単純な相関ではなかった。サーペンティンの鉄マグネシウム比と3ミクロンバンドの吸収位置は比較的良い相関を示したが、明らかに別の物質科学的パラメータが存在していることを示唆した。1.太陽系始原物質微小試料の分析:始原惑星微小物質の物質分析および分光分析を行った。オーストラリアのジョーダン博士との共同研究で衝撃年代を求める目的で配分されたイトカワ粒子の放射光X線回折を行い、Ar-Ar分析試料として重要な斜長石が含まれていることを確認した。また、米国のハーツオグ博士との共同研究で進めている含水炭素質隕石の加熱脱水時期の推定の研究においてAr-Ar分析が終了し、加熱時期は比較的最近の現象であったことを突き止めた。結果を米国で行われた国際隕石学会で報告した。惑星間塵試料からは、炭素質物質を大量に含む試料を発見し、透過電子顕微鏡を用いて詳細な観察分析を行った。2.地球外物質の分光分析:タギッシュレイク炭素質隕石の加熱実験を行い、加熱温度上昇とともに、反射スペクトルがどのように変化するかを調べた。その結果、400°Cで層状ケイ酸塩の層間水が脱水し、600°Cで炭酸塩鉱物が分解し、900°Cで層状ケイ酸塩の構造水が脱水していることが明らかになった。これによりタギッシュレイク炭素質隕石の母天体と考えられているD型小惑星の加熱による物質変化とスペクトル変化を理解することが可能になった。太陽系始原物質微小試料の分析および地球外物質の分光分析ともに順調に分析が進み、新しい知見が得られてきているため、研究計画は順調に推移している。(1)太陽系始原物質試料の分析:約30種類のCM炭素質隕石試料に対し、体系的な物質分析および分光分析を行った。

1.バルク試料(1cm程度)の三次元CT解析と反射スペクトル解析、2.微小試料に対する放射光X線回折実験、3.粒度を変えた反射スペクトル測定を行った。昨年度までにすでにすべての隕石について、電子顕微鏡を用いた岩石鉱物学的分析は行っている。以上の解析結果を統合し、水質変成度最小の試料を特定し、CM隕石母天体における初期水質変成過程を調べた。また、CT解析から、CM母天体において衝突を受けた試料を特定し、CM母天体における衝突変成過程について、その衝撃圧、衝撃温度、鉱物変化について解析を行った。(2)大気遮断の含水炭素質隕石の加熱実験の試み:昨年度まで継続的に行った含水炭素質隕石の加熱実験の結果から、加熱実験後のサンプルに対する吸着水や復水の効果が無視できないほど大きいことが明らかになった。そのため、本年度と来年度で、加熱実験後の試料を大気に触れさせずに(大気遮断)、反射スペクトル測定や含水量測定が可能になるよう実験方法の抜本的な改良を行うことにした。本年度は、加熱サンプルを大気遮断で反射スペクトル測定用サンプルホルダと水分析用サンプルホルダに分取する方法を確立した。この実験装置を用い、29年度に実際の含水炭素質コンドライトを用いた加熱実験を行い、C型小惑星における加熱脱水の効果をより正確に調べる予定である。太陽系始原物質試料の物質分析および分光分析ともに順調に分析が進み、新しい知見が得られてきているため、研究計画は順調に推移している。太陽系始原物質試料の分析:約10種類のCR炭素質隕石試料に対し、物質分析および分光分析を行った.バルク試料(1cm程度)の三次元CT解析と反射スペクトル解析、および、マトリックスの微小試料に対する放射光X線回折実験、研磨片の詳細な電子顕微鏡観察を行った。以上の解析結果を統合し、CR隕石の水質変成の評価を行い、水質変成度を2.42.8の範囲で決定した。また、反射スペクトルの解析から、CR隕石のスペクトルは金属鉄が風化して錆て形成したLimoniteの影響を強く受けていることが分かった。CR隕石のスペクトルと対応する小惑星が存在しない一因と思われる。CT解析から、コンドリュールが配向性をもって変形している試料を4試料特定した。CR母天体における衝突による変形と考えられる。(2)大気遮断の含水炭素質隕石の加熱実験:過去の含水炭素質隕石の加熱実験の結果から、加熱実験後のサンプルに対する吸着水や復水の効果が無視できないほど大きいことが明らかになった。そのため、昨年度、加熱実験後の試料を大気に触れさせずに(大気遮断)、反射スペクトル測定や含水量測定が可能になるよう実験方法の抜本的な改良し、本年度は実際の含水炭素質コンドライト2種を用いた加熱実験を行い、C型およびD型小惑星における加熱脱水の水分量、スペクトルに対する効果を定量化することに成功した。現在、投稿論文準備中である探査機リターンサンプルによる初期太陽系進化の解明を目的に、1.小惑星探査機はやぶさが回収した小惑星イトカワの微粒子試料を分析し、イトカワが経験した強い衝撃変成作用を伴うS型小惑星の形成進化過程を検証した、2.小惑星探査機はやぶさ2が向かうC型小惑星リュウグウの反射スペクトルを解析するために、始原炭素質隕石に対して大気遮断真空加熱実験を行い、地球大気中の水分の影響を完全に排除した加熱によるスペクトルの変化、水分量変化を求めることに成功した。
葉層構造論

本研究の目的は、広く複素力学系などを含めた意味での葉層の構造、性質などを研究することであった。研究代表者(西森敏之)は、この数年、高余次元の葉層構造論を展開するために、相似変換擬群の定性論を研究してきた。しかし、余次元1葉層に対するエクトールの一様収束定理やエクトール・ドゥミニの定理などの古典的定理について定理自体の証明が発表されないという現状は、この分野に新手の研究者を呼び込むためには障害になっていることを憂えた。そこで、これらの定理に対する証明をとにかくつけてみることにした。もともとはC^2級の葉層に対する定理であったが、条件をゆるめてC^<1+Lipschitz>級の葉層に対する定理に拡張した。研究分担者の諏訪立雄は、特異正則葉層の留数と位相的不変量を結びつけるバウム・ボットの定理を開多様体に拡張し、また彼自身の定理を高次元の特異代数多様体に拡張した。さらに、複素多様体上の特異正則葉層に対する“バウム・ボット留数"を修正して、ナッシュ型修正上のある局所自由層の局所類として“ナッシュ留数"を定義して研究し、バウム・ボットの有理性予想の部分的解答を得た。研究分担者の仲居功は、いくつかの一般の位置にある葉層のなす構造である織構造(web)を研究している。葉層の重ね合わせに対していくつかのアフィン持続が同時に定義されるが、それらが全て一致するものを葉層が余次元1のときに決定した。これはポアンカレ、ライデマイスター、マイヤーホファーらの古典的結果を一般化するものである。研究をさらに進めてある種の4-織の分類を完成した。研究分担者の皆川宏之は、曲面上のS^1葉層バンドルに対するミルナ--ウッドの不等式を例外的葉層バンドルについて強めたジ-ス不等式に興味を持ち、等号を実際に成り立たせるようなC^∞級例外葉層バンドルが存在するかという問題について取り組んできた。今回、巧みな構成法によって彼自身の結果を拡張する強力な結果を得た。また、上の研究においてS^1のある種のPL同相群の研究が本質的な役割を演じていたが、PL同相に対する新しい不変量を導入し、S^1のPL同相群のなかにエキゾティックなS^1が存在することを証明した。研究代表者の西森は、横断的幾何構造を持つ高余次元葉層の定性論的な研究を続けている。現時点では、横断的幾何構造として相似変換群の幾何構造を考察している。われわれのフォーミュレイションではこれは相似変換擬群の定性論を扱うことに相当する。さて相似変換擬群の定性論においてサックスティーダー系という概念を導入して、バブル構造を持つΓ軌道というものを主役にして、余次元1葉層の定性論におけるサックスティーダーの定理のアナロジーを証明するのに成功していた。この方向を推し進めて、平成7年度には「強半真軌道については、ほとんどバブルを持つことと軌道がほとんど有界乗法的であることが同値である」という知見が得られた。ここで導入された乗法的軌道の概念について、実験的に調べていく価値があると思われる。

またもともとのサックスティーダーの定理から離れて、高余次元では、バブルを持つ軌道とか乗法的軌道とかが、幾何学的に何か意味がありそうなきれいな構造を持つので、それ自身が幾何学的対象として興味深いものであり、これから主役になってくるのではないかと思われる。平成8年度には、余次元1葉層のヘクター・ドゥミニの定理との関係がまず調べるべき課題であろう。研究分担者の諏訪の特異的を持つ複素葉層の研究は順調である。研究分担者の皆川が導入した円周の区分的線形同相に対する新しい不変量は円周に区分的線形に作用する群の構造についていろいろなことを明らかにした。平成8年度にはさらにおもしろい現象が見つかるものと期待される。研究分担者の中居が研究している織は、互いに横断的な余次元1葉層がいくつか集まってできたものであり、今世紀初等から研究され始めた幾何学的対象である。中居はこの古くからの問題に対して新しい見方を導入して、これからの進展が注目される。本研究の目的は、広く複素力学系などを含めた意味での葉層の構造、性質などを研究することであった。研究代表者(西森敏之)は、この数年、高余次元の葉層構造論を展開するために、相似変換擬群の定性論を研究所してきた。しかし、余次元1葉層に対するエクトールの一様収束定理やエクトール・ドゥミニの定理などの古典的定理について定理自体の証明が発表されないという現状は、この分野に新手の研究者を呼び込むためには障害になっていることを憂えた。そこで、これらの定理に対する証明をとにかくつけてみることにした。もともとはC^2級の葉層に対する定理であったが、条件をゆるめてC^<1+Lipschitz>級の葉層に対する定理に拡張した。研究分担者の諏訪立雄は、特異正則葉層の留数と位相的不変量を結びつけるバウム・ボットの定理を開多様体に拡張し、また彼自身の定理を高次元の特異代数多様体に拡張した。さらに、複素多様体上の特異正則葉相に対する"バウム・ボット留数"を修正して、ナッシュ型修正上のある局所自由層の局所類として"ナッシュ留数"を定義して研究し、バウム・ボットの有理性予想の部分的解答を得た。研究分担者の中居功は、いくつかの一般の位置にある葉層のなす構造である織構造(web)を研究している。葉層の重ね合わせに対していくつかのアフィン接続が同時に定義されるが、それらが全て一致するものを葉層が余次元1のときに決定した。これはポアンカレ、ライデマイスター、マイヤーホファーらの古典的結果を一般化するものである。研究をさらに進めてある種の4-織の分類を完成した。研究分担者の皆川宏之は、曲面上のS^1葉層バンドルに対するミルナ-・ウッドの不等式を例外的葉層バンドルについて強めたシース不等式に興味を持ち、等号を実際に成り立たせるようなC^∞級例外葉層バンドルが存在するかという問題について取り組んできた。今回、巧みな構成法によって彼自身の結果を拡張する強力な結果を得た。また、上の研究においてS^1のある種のPL同相群の研究が本質的な役割を演じてきたが、PL同相に対する新しい不変量を導入し、S^1のPL同相群のなかにエキゾティックなS^1が存在することを証明した。
メカニカルストレスおよび局所環境制御による硬組織の形態再建機序モデルの創出

本研究では顎口腔領域を含めた硬組織の形態再建機序をメカニカルストレスや生体成分等の局所環境の観点で研究した.非荷重下で高い骨再生能を示す生体内吸収性材料(リン酸オクタカルシウム(OCP):骨アパタイトの前駆体合成物)でも荷重量依存的に材料自身の破骨細胞性吸収が亢進し骨再生に至らないこと,これは荷重による骨芽細胞の機能に関係すること,また,軟骨細胞分化も荷重量依存的に調節を受けることから,形態再建には適切な荷重が重要であることを定量的に解明した.本研究では顎口腔領域を含めた硬組織の形態再建機序をメカニカルストレスや生体成分等の局所環境の観点で研究した.非荷重下で高い骨再生能を示す生体内吸収性材料(リン酸オクタカルシウム(OCP):骨アパタイトの前駆体合成物)でも荷重量依存的に材料自身の破骨細胞性吸収が亢進し骨再生に至らないこと,これは荷重による骨芽細胞の機能に関係すること,また,軟骨細胞分化も荷重量依存的に調節を受けることから,形態再建には適切な荷重が重要であることを定量的に解明した.開始年度の今年度は、局所環境を制御する培養チップの試作・性能評価、実験動物によるメカニカルストレスの負荷方法・測定手法の確立、骨再生用担体材料による生体組織反応と遺伝子発現の評価方法の確立を行った。培養チップの設計は、総括班の新井と共同で実施し、1)回収する細胞の量を十分に確保する、2)メカニカルストレス量をひとつの培養デバイス中で変更可能にするための試作品をポリディメチルシロキサン(PDMS)で製作し、軟骨細胞の前駆細胞を用いて培養が可能であることを確認した(鈴木、新井、高橋)。生体力学測定条件の設定は、家兎頭蓋冠に持続的に荷重を負荷する動物モデルを開発し、負荷量に対し骨芽細胞の形態および骨形成量が影響を受けることを観察し、使用可能なモデルであることを確認した(佐々木)。独自開発の骨再生担体材料である粉末状リン酸オクタカルシウム(OCP)とコラーゲンを混合することにより、形態付与性および良好な骨再生能を獲得できることをラット動物モデルにより確認した。また、その成果を特許出願した(鎌倉、鈴木)。担体材料の評価を超微形態レベル(電子顕微鏡レベル)で評価できるようにするため、OCPによる骨形成が生じている部位に集積する細胞群を観察し同定した(中村)。局所環境制御による培養細胞の評価として、自発的に構造が変化して局所環境が変化するOCPとその加水分解物群の上で骨芽細胞および破骨細胞の前駆細胞を培養し、遺伝子発現評価方法を確立した(上條)。動物によるメカニカルストレス負荷測定手法確立のため、体内で使用する圧力センサーの選定およびラット動物モデルの確立を行った(織田)。これらの成果に基づき、次年度以降は、チップの負荷応力シミュレーション解析、成長因子を定量的に負荷するチップの開発、またメカニカルストレスの生理機能を明らかにするために、培養細胞および実験動物による評価を行う予定である。平成18年度は、メカニカルストレスを軟骨細胞に圧縮負荷してmRNAレベルの機能解析を行う局所環境制御培養装置の開発、細胞へのメカニカルストレスの有限要素解析、生体力学負荷条件下の動物実験による骨再生担体材料(リン酸オクタカウシウムOCP)の生体反応を検討した.培養装置の開発は、1)ポリジメチルシロキサン(PDMS)の薄膜を機械的に変形させる方式(円形くぼみ)を採用し、マイクロマス播種法にて軟骨前駆細胞に繰返し圧縮ひずみを加え、軟骨細胞への分化マーカーであるII型コラーゲンのmRNA発現を検討、2)PDMS膜に負荷されるひずみを有限要素法にて検討し、軟骨細胞に負荷されるひずみ量として、ひずみ量と分化を関連づける検討を行った。その結果、細胞塊直下のPDMS膜上で、半径方向に引張り・圧縮とひずみ量に反転・勾配が生じ、この変化と軟骨の分化促進(圧縮)および抑制(引張り)に関連性が認められた.この成果は、高橋らの動物実験検討(Eur J Cell Biol 84:45-58,2005)を定量的に裏付けた(益田(博士研究員)、高橋、鈴木、総括班・新井、福田).ラット頭蓋冠上骨膜下に三次元形態OCPを埋入し、頭皮皮下組織による引張り荷重下の生体反応を酵素化学的に検討した.非荷重下部位では骨形成を促進するOCPが、この材料が本来有する破骨細胞様細胞賦活化能を著しく亢進して吸収性に転じ、局所のメカニカルストレスが骨再生反応を調節し得ることを明らかにした(鎌倉、佐々木、中村、上條、鈴木).これらの成果に基づき、次年度以降は、局所環境制御培養装置(定量的引張負荷・石灰化環境調節培養装置)を開発し、軟骨細胞、骨芽細胞および骨細胞の細胞内情報伝達を解析する.骨再生担体材料の様々な骨埋入部位の生体反応を組織化学的に検討し、メカニカルストレス負荷の効果を細胞レベル-生体組織レベルの間で関連づける.平成19年度は、当初計画に基づき下記を検討して所定の成果を達成できた。1)局所環境を制御する培養チップの制御パラメーターの開発と評価名古屋大/総括班福田および東北大/総括班新井と共同で、軟骨および骨芽細胞に対して、引張および圧縮を定量的に同一システム内で負荷するシステムの構築を行った。圧縮を中心に解析を進め一部引張りに着手した。その結果軟骨細胞および骨芽細胞は圧縮のひずみ量により分化が調節され、またストレスの方向も影響する可能性が示された。(益田(博士研究員)、鈴木、高橋、福田、新井)。

2)骨再生材料による骨形成の評価メカニカルストレスの評価系確立の基礎として、研究代表者らの開発した骨再生材料OCPの分子生物学的検討を行った。OCPは骨再生促進能を持つ一方で、培養細胞による検討から、骨芽細胞とOCPの共存下で骨髄由来細胞から破骨細胞が誘導されることが明らかとなった。骨形成と骨吸収におけるメカニカルストレスの効果を検討する有効な材料となり得ることを立証した(上條、中村、鈴木)。3)実験動物の骨再生部位および培養細胞のメカニカルストレス負荷評価ラット頭蓋冠上骨膜下にOCP/コラーゲン複合体を埋入し骨膜のテンション負荷下において骨形成を検索するモデルを開発した。異なる厚みの材料を作製し、頭蓋冠上の骨増成と材料の吸収性を調べたところ、材料厚みの違いは、骨膜・皮下組織で異なる張力を誘発するため、メカニカルストレスが及ぼす骨再生と材料吸収性を検討するモデルとしてことを明らかにした(佐々木、鎌倉、鈴木)。これらの成果に基づき、次年度以降は、チップの引張りと圧縮負荷との比較を破骨細胞も含めた硬組織細胞で行うとともに、骨膜テンションの評価、組成・成長因子培養装置の開発、チップひずみ量の実測を検討する予定である。平成20年度は、開発済みの引張および圧縮ひずみを定量的に負荷する培養システムを用いて、軟骨および骨芽細胞の分化方向の検討を行った。また、ひずみの負荷スケジュールを段階的漸増、間欠的同一ひずみ量、間欠的漸増、など様々な検討を行った。細胞内情報伝達系の評価として、初代軟骨細胞によるERKのリン酸化の検討を加えた。その結果、骨芽細胞では圧縮ひずみで分化抑制傾向があること、また、軟骨細胞では初代軟骨細胞とセルライン軟骨細胞では引張りに対する分化の感受性が異なる傾向が認められた。さらに、メカニカルストレスの評価系として、ラット頭蓋冠上骨膜下へ研究代表者らの独自開発材料であるリン酸オクタカルシウム(OCP :骨アパタイトの前駆体の合成物)とコラーゲンの複合体(OCP/Col)を埋入し、骨膜のテンションが材料の吸収性と新生骨との置換能に著しく影響を及ぼすことを明らかにした。これは、in vitroの骨芽細胞のメカニカルストレス負荷の研究(破骨細胞分化促進)から、材料内部の骨芽細胞へのメカニカルストレスの影響と考えられた。また、OCPの化学量論組成も骨の再生に顕著な影響を与えることから、骨の再生においては、外的環境としてメカニカルストレスが、内的環境として無機のOCPの成熟過程を通じた生体成分との相互作用が、それぞれ因子となることが示唆された。以上の結果に基づき次年度は、メカニカルストレスが及ぼす影響を細胞内の転写因子および情報伝達レベルで検討する。特に、破骨細胞の誘導に及ぼす影響、および骨細胞の終末分化あるいは脱分化について検討する。また、組成・成長因子培養装置による局所環境についても検討する。計画研究の最終年度である本年度は,まず硬組織形成細胞に及ぼすひずみの方向,量およびパターンの効果について,分化に関連する遺伝子の解析を行った.ひずみ負荷培養は前年度までに作製した培養システムを継続して使用した.その結果,軟骨細胞前駆細胞株ATDC5は連続的なひずみを与えるよりも休止時間を設けることよって分化促進傾向を示し,軟骨細胞の分化がひずみのパターンによっても影響を受けることが示された.骨再生材料OCPは骨芽細胞および骨髄由来細胞の共存培養系において破骨細胞形成を誘導する能力を有することが明らかとなった.
高速点火レーザー核融合における高エネルギー粒子輸送の物理解明

本研究は高速点火レーザー核融合における加熱効率向上を目指すことを主目的としている。本研究では2次元の爆縮流体コードを開発し、レーザー照射不均一を考慮した爆縮コア生成計算を可能にした。また、Warm Dense Matter(WDM)領域の金の導電率を計算し、超高強度レーザー導入用金コーンターゲットへの磁場の拡散、及び渦電流によるプリプラズマ発生を計算した。爆縮、磁場、プレプラズマの精度の高い知見が得られ、加熱効率向上に向けた包括的なシミュレーションが可能になった。本研究は超高強度レーザーとプラズマとの相互作用、相互作用で発生する高速電子・高速イオンの爆縮プラズマ中の輸送及び加熱特性を調べることで、高速点火レーザー核融合における加熱効率向上の可能性を探り、高速点火レーザー核融合の成功と共に、高強度レーザーと物質の相互作用の物理解明、理解の深化に寄与することを目的とする。特に、超高強度レーザーの爆縮プラズマへの直接照射による高速イオンの発生、近年実現された1キロテスラに匹敵する外部磁場、レーザーエネルギーの増加に伴う自己生成磁場の増大を積極的に利用し、高速点火研究の新展開を目指す。そのため、高速電子・イオンの発生と爆縮プラズマ中の輸送を分布関数レベルで計算する二次元フォッカープランクコードを開発し、高強度レーザーと爆縮プラズマの相互作用で発生する高速電子・イオンによる爆縮コア加熱を解析する。平成27年度は3年の期間内の一年目であり、前期においてParticle in Cell(PIC)シミュレーションによる超高強度レーザーとプラズマとの相互作用を調べ、高速電子及び高速イオンの発生を定量的にモデリングするとともに、後期には高速電子及び高速イオンの輸送コードを実空間2次元速度空間3次元のFokker-Planck方程式に基づき開発する計画であった。二次元PICシミュレーションを実行し、高速電子の発生及び磁場生成を調べた。本研究では超高強度レーザーと爆縮プラズマとの直接相互作用を調べるのが目的であり、CDやDTなど低Zプラズマが対象である。幅広いパラメータに渡る基本的特性を理解するため、まず炭素シェルに超高強度レーザーを照射し、発生する高速電子を調べ、高速電子による電流により生成される磁場により、磁化プラズマ生成の可能性を見出した。また、Fokker-Planck方程式解法については現在も引き続きコード作成を行っている。1年目の計画であるPICシミュレーションと2次元フォッカープランク方程式コードの開発のうち、PICシミュレーションについては計画に沿った形で計算を進めることができているが、フォッカープランク方程式コードの開発についてはプログラムに時間がかかっている。しかしながら、2年目の計画である。磁場生成、印加における高速電子のエネルギー付与については先行して実行しているため、全体として計画に沿って概ね順調に進行している。本研究は超高強度レーザーとプラズマとの相互作用、相互作用で発生する高速電子・高速イオンの爆縮プラズマ中の輸送及び加熱特性を調べることで高速点火レーザー核融合における加熱効率向上の可能性を探り、高速点火レーザー核融合の成功と共に、高強度レーザーと物質の相互作用の物理解明、理解の深化に寄与することを目的とする。特に超高強度レーザーの爆縮プラズマへの直接照射による高速イオンの発生、近年実現された1キロテスラに匹敵する外部磁場、レーザーエネルギーの増加に伴う自己生成磁場の増大を積極的に利用し、高速点火研究の新展開を目指す。そのため、高速電子・イオンの発生と爆縮プラズマ中の輸送を分布関数レベルで計算する2次元フォッカープランクコードの開発、高強度レーザーと爆縮プラズマの相互作用で発生する高速電子・イオンによる爆縮コア加熱の解析、磁化プラズマのモデリングが研究の柱となる。3年計画の2年目として、超高強度レーザーと爆縮プラズマの直接相互作用による加熱についての計算をまとめた.また、高速点火ターゲットに用いる金コーンターゲットに対し外部磁場を印加した時の金コーンへの磁場の拡散について計算した。具体的には2次元円柱座標系にてMaxwell方程式を解くコードを開発するとともに、平行して金の導電率を計算し、Maxwell方程式にオーム則の形で計算した導電率を結合させ、磁場の拡散の時間発展を計算した。また、磁場により生じる渦電流による金コーン外壁の温度上昇について評価を行なった。金の導電率計算において対象とするのはWarm Dense Matter領域にあたり、導電率のほかに、継続して、導電率と熱力学的に自己無撞着な状態方程式の計算コードを開発中である。また、フォッカプランクコード開発に着手し、コード開発を現在行なっている。2次元のフォッカープランク方程式計算コードの開発が遅れているが、現在これに着手している。また、磁場計算など、磁化プラズマの計算については計算及びモデル開発が進展しており、最終年度の統合計算に向けて準備を進めている。本研究は超高強度レーザーとプラズマの相互作用、相互作用で発生する高速電子・高速イオンの爆縮、プラズマ中の輸送及び加熱特性を調べることで、高速点火レーザー核融合における加熱効率向上を目指すことを主目的に、プラズマ流体、高速電子ガイド用の磁場、超高強度レーザー導入用に金コーンターゲットを用いることによるプリプラズマ発生など関連する物理をシミュレートするコード開発を目指してきた。本研究は本年度が最終年度にあたる。これまで2次元の爆縮流体コードを完成させ、レーザー照射不均一を考慮した爆縮コア生成をシミュレートし、爆縮プラズマと超高強度レーザーとの相互作用を連携して計算することを可能にした。また、金コーンターゲット内部への磁場の拡散を計算するため、金の導電率を計算して開発した2次元軸対象磁場拡散計算コードに適用し、磁場拡散の時間発展を計算した。外部磁場が時間的に変化するため、金コーンにうず電流が発生し、金コーンが加熱され、プリプラズマが発生することなど新たな知見を得た。

また、金コーン内部の磁場強度はうず電流による磁場で、大きく低下させられる可能性があることがわかった。これは金コーンや、発生させる磁場特性に対し、設計上の制限を与える。これにより、初期にターゲット内部に存在する磁場、プレプラズマを考慮した超高強度レーザーによる爆縮コア加熱計算を可能とした。これらの成果に基づき、引き続き導電率の計算精度、統合加熱計算を実施する。本研究は高速点火レーザー核融合における加熱効率向上を目指すことを主目的としている。本研究では2次元の爆縮流体コードを開発し、レーザー照射不均一を考慮した爆縮コア生成計算を可能にした。また、Warm Dense Matter(WDM)領域の金の導電率を計算し、超高強度レーザー導入用金コーンターゲットへの磁場の拡散、及び渦電流によるプリプラズマ発生を計算した。爆縮、磁場、プレプラズマの精度の高い知見が得られ、加熱効率向上に向けた包括的なシミュレーションが可能になった。2次元フォッカープランク方程式コードを完成させ、相対論、非相対論ハイブリッドコードの開発を行う。PICシミュレーションで見積もった穂高速電子、高速イオン、磁場磁場生成を初期条件にして、高速粒子の輸送計算を行う。最終年度前半は2次元フォッカープランクコードの開発を重点的に行う。また、磁場計算コードと統合して、統合計算を可能にする。このコードを用いて、後半で統合計算を行う。レーザープラズマシミュレーション当初計画よりも海外渡航に関する旅費が少なかったため本年度の海外渡航で使用する
超高速画像観測法による化学反応の可視化

フェムト秒レーザーによるpump-probe法に、光電子画像分光を組み合わせ、化学反応の過渡状態を追跡する新しい実験手法を開発した。従来の光電子分光では、静電型エネルギー分析、飛行時間分析、磁気ボトル型飛行時間分析などの技術が採用されてきたが、高い電子捕集能率と角度分解能、連続光源への対応などを両立させることができなかった。本研究で初めて採用された、時間分解光電子画像観測法は、捕集効率100%、角度速度分布の可視化、連続光源への対応の全てを併せ持ちこれらの問題を一挙に解決した。NOの光イオン化では、3s Rydberg状態からの光電子がp波となって放出される様子を画像化し、光電子エネルギー分解能は100meV程度と推定された。これは、未だ改良の余地がある。ピラジンの研究では、無輻射遷移の中間ケースの時間発展が初めて視覚化された。S1状態からのdephasingは100ps程度で起こり、先の報告と良い一致を示した。三重項状態からの光イオン化は、低エネルギー電子となって現れ、Phil Johnsonらの観測した、ナノ秒の光電子分光の結果と良く一致した。光電子の角度分布は時間発展を示しており、超微細結合や分子回転による整列状態の変化を示唆した。フェムト秒レーザーと画像観測法を組み合わせて、活性遊離基の単一分子分解速度を初めて測定した。塩化アセチルの紫外光解離により、アセチルラジカルを生成すると共に、その内部状態を励起し、生成したアセチルラジカルを運動量及びエネルギー保存則を用いて空間的に分離した。則ち、内部エネルギーの大きなアセチルラジカルは運動エネルギーを持つことができないため空間的に拡散せず、内部エネルギーの小さなアセチルは遠くまで拡散する。これにより。エネルギー選択されたアセチルラジカルが空間に生成することになる。さらに、フェムト秒レーザーを用いpump-probe法によって、これらのラジカルの分解速度を求めた。求められた速度は、Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus理論の予測よりも一桁ほど反応速度が遅く、非統計的な反応を示していることが明らかになった。その非統計性の原因は、振動の非調和性あるいは、反応障壁の高さの見積もりにおける誤りなどのありふれた原因には帰着されず、むしろ振動モード間、あるいは回転と振動間のエネルギー移動に何らかの動力学的な制限が存在するためと結論される。
リンパ管構成細胞の炎症応答能の獲得：炎症時のフェノタイプ変化

脊椎動物において「リンパ系」とはリンパ液を運搬する導管ネットワークであり、様々な組織に密に分布している。血液の液性成分は組織(間質)に漏れ出し、組織液となってリンパ管に流れ込んで排液の役目(老廃物の除去)を果たす。しかもこの導管は免疫中枢であるリンパ節へと続いている。本研究では、「リンパ管を構築する細胞(内皮細胞、平滑筋細胞)は、炎症時に自らがフェノタイプ変換して炎症活性を持つようになる」という仮説を証明することを目的とする。申請者がこれまで得てきた知見を基に、本研究では間質構成要素として新たにリンパ系に着目し、間質における間葉系細胞の炎症応答の全貌を明らかにしたい。
ラジカル発生機能分子と包接タンパク複合系の構造と機能

NCSアポタンパク(113残基)の一次構造とホモロジ-の高いアクチノキサンチン(AXN、108残基)のX線結晶構造から、NCSアポタンパクの安定な三次構造をコンピュ-タ・グラフィクス(CG)と分子力学計算(AMBER)から推定した。更に、GRID、AMBER及びMACROMODEL計算により最も安定な複合体三次機造を得た。それによると、(1)クロモフォアはアポタンパクのY字型ポケットの中に快適に収納される。(2)近接しているアミノ酸残基の中でも特に、Phe52はナフタレンに、Asp33とAsp99はNーメチルフコサミンのアミノ基に、Ser98およびLue45はそれぞれカルボネ-ト酸素とメチレンに、それぞれπスタッキング、イオン性相互作用、水素結合、疎水性相互作用して特異的で強い複合体形成に寄与している。(3)安定化には、Phe78,Leu77や糖メチル基による12位の遮蔽が効いていると思われるが、Cys37ーCys47のジスルフィドがアセチレン部に非常に近いことは、両者間の軌道相互作用による安定化を示唆している。また、NCSアポタンパクと複合体NCSについて二次元HNMRによりシグナルの帰属を進めた結果、クロモフォアのナフトエ-トメトキシ基とフェニル基(Phe52)との間にNOEが観測され、モデリングによるタンパクポケット内のクロモフォアの配向を支持した。一方、クロモフォアの推定ラジカル発生機構のシミュレ-ションをかねて、非環状モデルを合成し反応性を検討した。チオ-ルトリガ-によるビニロガスプロパルジル転位によって、室温で安定な共役インエンクムレンを生成させることに成功した。その希薄溶液の分解(1,4ーシクロヘキサジエン中、80°C)は一次反応で進行し(k=1.8_x10^<ー4>s^<ー1>,t_<1/2>=1.1h)、ビラジカル中間体を経て期待されたスチレン誘導体ばからでなくベンゾシクロブタン誘導体をも与えることが分かった。
イノシトールリン脂質の蓄積による神経細胞死亢進機序の解明

グリセロリン脂質であるホスファチジルイノシトールとそのリン酸化代謝産物であるイノシトールリン脂質(PIs)は、形質膜や細胞内オルガネラの脂質二重膜構成因子として膜の構造を規定するのみならず、脂質代謝・分解酵素により脂質性シグナル分子へと変換され、細胞内シグナル伝達においても重要な役割を果たしている。他のリン脂質の親水性部位とは異なり、PIsのイノシトール環は3,4,5位水酸基に可逆的なリン酸化を受け、それらのリン酸化部位の組み合わせによって7種類のPIsが生体内に存在する。個々のPIsは異なる特異性で種々のタンパク質に結合し、それらの酵素活性や細胞内局在を調節することにより、多様な細胞応答を制御している。我々はいまだ解析の進んでいない微量PIsの生理機能に着目し、これを代謝する酵素の遺伝子欠損マウスを作製した。欠損マウスでは、脳内におけるPIsの蓄積とともに、神経細胞死とグリオーシスが認められ、顕著な運動異常を呈する。本研究では、PIs代謝異常による神経細胞死誘導のメカニズム解明を目的としている。マウス胎児脳由来神経細胞を用いた解析から、微量PIs代謝酵素の発現を抑制した場合、グルタミン酸による細胞死が亢進することを見出した。また、細胞膜透過性のPIsを用いて、強制的に細胞内のPIsの濃度を高めたところ、低濃度のグルタミン酸存在下における神経細胞死の誘導を認めた。これらの結果から、微量PIsの蓄積が直接、神経細胞のグルタミン酸に対する感受性を高めていると考えられた。イノシトールリン脂質(PIs)は生体膜構成成分であるのみならず、細胞内シグナル分子として機能する。生体内には7種類のPIsが存在するが、我々はいまだ解析の進んでいないPI(3,4)P2の生理機能に着目し、これを代謝する酵素の遺伝子欠損マウスを作製した。欠損マウスでは、脳内におけるPI(3,4)P2の蓄積とともに、神経細胞死とグリオーシスが認められ、顕著な運動異常を呈する。本研究では、PIs代謝異常による神経細胞死誘導のメカニズム解明を目的とし、本年度は欠損マウスにおける神経細胞死の発生機序について解析した。NMDA受容体拮抗薬により欠損マウスの運動異常は改善されることから、グルタミン酸による神経毒作用が運動異常を引き起こす一要因と考えた。グルタミン酸による神経毒作用の発現には、シナプス前神経終末から放出されるグルタミン酸量の増加やグルタミン酸の取り込み低下、あるいはシナプス後細胞のグルタミン酸に対する感受性の亢進が関与すると考えられる。そこでこれらの点について、初代培養神経細胞、シナプトソーム、および脳スライス標本を用いた解析を行った。線条体から調製したシナプトソームや初代培養神経細胞を用いて、グルタミン酸の放出や取り込みを測定したところ、野生型と同程度であった。また、マイクロダイアリシス法により線条体のグルタミン酸量を定量しても、野生型との差は認められなかった。一方、欠損マウスの脳スライス標本や初代培養神経細胞においては、NMDAに対する反応性の亢進が認められた。以上の結果から、シナプス後細胞のグルタミン酸に対する感受性の亢進が運動異常の原因の一つであると考えられた。
CVD原子層積層による高キャリア濃度・高移動度IV族半導体人工結晶の創成

熱窒化SiGe上へのSiGe堆積によるSiGe中へのN原子層ドーピング、並びに、歪SiGe表面に形成したP原子層上へのSi堆積の低温化・高速化によるP原子層ドーピングの超高濃度化を実現した。また、Si上へのB原子層形成とその上へのSi堆積の低温化によるB原子層ドープSiにおける超高キャリア濃度化を実現した。さらに、歪SiGe/Siヘテロ界面へのC原子層ドーピングによる相互拡散と歪緩和の抑制、並びに、SiGeやBドープSiエピタキシャル薄膜の熱CVDにおいて、歪が表面反応・偏析・固溶限界・不純物電気的活性化に大きな影響を与えることも明らかにした。本基盤研究では、異種原子層配列制御と同時に非平衡原子層ドーピングを極限まで高度化して、高キャリア濃度・高移動度IV族半導体人工結晶を創成し、Si-Ge系混晶、不純物ドープSiやGe結晶等でのランダムな異種原子配列に起因する局所的な構造・物性のばらつきを抑制する技術を確立しようとするものである。本年度は、原子層オーダで界面が制御された超高移動度IV族半導体異種原子層積層人工結晶膜の実現を目標とし、高Ge組成の高度歪IV族半導体ヘテロエピタキシャル積層について研究を進めた結果、Si_<1-x>Gex層表面の低温SiH_4処理の適用により、高Ge比率(48%)の表面ラフネスを効果的に抑制できることを見いだすと同時に、Ge比率変調構造共鳴トンネルダイオード製作プロセスへの適用により、230K付近まで負性抵抗特性を観測することに成功した。また、不純物ドープIV族半導体の超高キャリア濃度化を目標として、高清浄減圧CVD法による原子レベルで平坦な高濃度B原子層ドープSi薄膜形成について研究を進めた結果、180°Cでの低温B_2H_6処理とその後の180-300°Cでの低温SiH_4処理がBクラスタ化の抑制と超高キャリア濃度化に有効であることを明らかにした。さらに、IV族半導体原子層積層膜表面の安定化のために原子層窒化制御について研究を進めた結果、熱窒化SiGe表面においては、熱処理によりGe-N結合が減少し、Si-N結合が増加する傾向があり、窒化膜と基板界面での高Ge比率化が起こることを見いだした。以上のように、化学気相成長原子層積層技術による高キャリア濃度・高移動度IV族半導体人工結晶の創成のために重要な成果を得た。本年度は、原子層オーダで界面が制御された超高移動度IV族半導体異種原子層積層人工結晶膜の実現を目標とし、高Ge組成の高度歪IV族半導体ヘテロエピタキシャル積層について研究を進めた結果、不純物ドープIV族半導体の超高キャリア濃度化を目標として、高清浄減圧CVD法による原子レベルで平坦な高濃度P原子層ドーピングについて研究を進めた結果、Siキャップ層形成におけるSi_2H_6分圧が高いほど、閉じ込められるP原子の量が増加することを見いだした。また、Si_<1-x>Ge_x層表面の低温SiH_4処理の適用により、高Ge比率(58%)の表面ラフネスを効果的に抑制できることを見いだすと同時に、Ge比率変調構造共鳴トンネルダイオード製作プロセスへの適用により、310K付近まで負性抵抗特性を観測することに成功した。さらに、原子層Nドーピングについて研究を進めた結果、SiGe薄膜中の約1.5nmの極薄領域にN原子を閉じ込めることに成功した。また、熱処理によりGe-N結合が減少し、Si-N結合が増加する傾向があり、窒化層との界面近傍において高Ge比率化が起こることを見いだした。本年度は、熱CVDプロセスによるSi-Ge系ヘテロ構造へのC原子層ドーピングについて研究を進めた結果、4nm厚の歪Si_<0.55>Ge_<0.45>とSiとのヘテロ界面にC原子層ドーピングすることにより、熱処理時のSiとGeの相互拡散や歪緩和を効果的に抑制できることを見いだした。また、熱CVDプロセスによる歪Si_<0.3>Ge_<0.7>上に形成したP原子層表面へのSiキャップ層

エピタキシャル成長において、従来のSiH_4より高反応性のSi_2H_6を用いてSi堆積を低温化・高速化させる研究を進めた結果、4×10^<14>cm^<-2>(約0.5原子層)までP原子層ドーピングを超高濃度化することに成功した。また、4×10^<14>cm^<-2>を超えた分の表面P原子はヘテロ界面には取り込まれず、表面偏析していく傾向にあることを見いだした。さらに、Si_<0.5>Ge_<0.5>混晶やBドープSiのエピタキシャル薄膜形成について研究を進めた結果、IV族半導体中の歪が表面反応・偏析・固溶限界・不純物電気的活性化に大きな影響を与えることも明らかにした。以上のように、化学気相成長原子層積層技術による高キャリア濃度・高移動度IV族半導体人工結晶の創成のために重要な成果を得た。