hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヘリカル型装置におけるアルフベン固有モードの高エネルギー粒子輸送に対する影響

E//B-NPAは、プラズマから飛来する中性粒子をガスセルにおいてイオン化し、その後ろに配置した電磁石が発生する磁場によって粒子のエネルギー弁別を行う。磁場によって、エネルギー弁別されたイオンは、それぞれ個別の計測素子によって計測され、75個のエネルギーチャンネルを持つ。通常は、75チャンネルを1個おきに、39チャンネルを使用して、プラズマから飛来する高速中性粒子のエネルギースペクトルを計測し、36チャンネルは未使用となっている。E//B-NPAの高時間分解能化にあたっては、まず従来の計測回路を0.1msという高速サンプル動作さえることを試みた。このことによって、バースト状に発生したアルフベン固有モード(AE)によって、高速イオンのエネルギースペクトル状に、"穴"と"突起"が生成し、この"穴"のエネルギーが時間とともに上昇していく現象が観測された。さらなるに、高時間分解能化として、未使用の36チャンネルを束ねて、3チャンネル(高・中・低エネルギーチャンネル)とし、1MHzのサンプルレートでの信号の電流計測を試みた。この結果、AEバースト発生中に、高速中性粒子束がバーストと同一の周波数で振動する現象が観測された。この観測から、高エネルギーチャンネルの信号の位相が中エネルギーのチャンネルのそれよりも20μsecほど早く、AEバーストによる高速イオンの異常エネルギー減速が示唆された。これらの手法によって、AEバースト発生中に、高速イオンのエネルギースペクトルが変化してることが世界で初めて実験的に明らかになった。今年度は、観測結果とシミュレーションによる理論予測との比較検討を行い、研究のまとめ作業をおこなう予定である。平成21年度は、AE揺動生成中における高速イオンのエネルギースペクトルの変化に重点をおいて研究を進めた。E//B-NPAを用いて、高速イオンのエネルギースペクトルを0.1msという高時間分解能で計測し、AEバースト発生中の高エネルギー粒子のエネルギースペクトル上に生成される"塊"と"穴"のエネルギー変化を明確に観測した。その結果、揺動の周波数減少とともに、"塊"のエネルギー及び、揺動周波数が時間とともに減少していく様子が観測された。スペクトル上の"塊"の生成と同時に"穴"が形成され、"穴"のエネルギーが時間とともに上昇し、中性粒子ビームの入射エネルギーに到達した時点でその上昇を停止することが観測された。E//B-NPAの電流計測用の回路にも改造を実施し、1μsの時間分解能で計測が行える系統を3系統から6系統に増やした。この結果、ミルノフコイルによって観測されたAEバースト信号とともに振動する高速イオン束の信号をエネルギー弁別した状態で観測することが出来るようになった。解析の結果、"塊穴"対が生成した初期のエネルギーにおいて、高速イオン束の振動が先行し、イオン束の振動が高エネルギー側及び低エネルギー側へと伝搬していくことが明確になった。
ＰＥＴおよびＭＲＩによる脳内神経伝達機能の相互作用の画像医学的解明

PETによりモノアミン作動性神経系の前シナプスおよび後シナプスの神経伝達機能を、MRIによりモノアミン作動性神経細胞のニューロメラニンの分布密度を測定し、個人間の変動における神経伝達機能の相互関係を検討した。黒質におけるニューロメラニン分布密度指標とドーパミン生成能およびドーパミントランスポーター結合との間には関連がないことが示唆された。一方、ドーパミンD2レセプター結合能の間には正の相関がみられ、フィードバックによるドーパミン作動性神経の神経活動の抑制との関連が示唆された。また、青斑核のニューロメラニンの分布密度指標とノルエピネフリントランスポーター結合能との間にも関連がなかった。ドーパミン作動性神経系の前シナプス機能であるドーパミン生成能、ドーパミントランスポーター結合能と黒質のニューロメラニン分布密度の相互関係を明らかにするべく、健常者を対象にPET検査とMRI検査を行った。20才代の健常者11名を対象に、トレーサーとして[11C]DOPA、[18F]FEPE2Iを用いてそれぞれ89分間および90分間のダイナミックPET測定を行った。関心領域をトレーサーの特異的結合のみられない参照部位(後頭葉、小脳)に設定し、得られた時間放射能濃度曲線からコンパートメントモデル解析によりドーパミン生成能、ドーパミントランスポーター結合能を画素毎に計算した。MRI検査では、T1強調画像、T2強調画像の撮像に引き続きニューロメラニン強調画像を撮像し、上小脳脚交差部を参照領域としてニューロメラニンの分布密度指標を画素毎に計算した。得られたPETおよびMRIのパラメトリック画像を解剖学的に標準化しデータベース化した。構築した画像データベースにより、ニューロメラニンの解剖学的分布とドーパミン生成能およびドーパミントランスポーターの分布との間には違いがあることが明らかとなった。ニューロメラニンはドーパミンおよびその前駆物質であるDOPAの貯蔵に関連する指標であるが、黒質におけるニューロメラニン分布密度指標とドーパミン生成能との間には有意な相関はみられなかった。また、黒質におけるドーパミントランスポーターはドーパミンを神経細胞内に輸送する役割を有するが、黒質におけるニューロメラニン分布密度指標とドーパミントランスポーター結合能との間にも有意な相関はみられなかった。健常者における個人間の変動においては、黒質におけるニューロメラニン分布密度指標とドーパミン生成能およびドーパミントランスポーター結合との間には関連がないことが示唆された。ドーパミン作動性神経系の後シナプス機能であるドーパミンD2レセプター結合能と黒質のニューロメラニン分布密度の相互関係を明らかにするべく、健常者を対象にPET検査とMRI検査を行った。21-39才の健常者10名を対象に、トレーサーとして[11C]FLB457を用いて90分間のダイナミックPET測定を行った。関心領域をトレーサーの特異的結合のみられない参照部位(小脳)に設定し、得られた時間放射能濃度曲線からコンパートメントモデル解析によりドーパミンD2レセプター結合能を画素毎に計算した。構築した画像データベースにより、ニューロメラニンの解剖学的分布とドーパミンD2レセプターの分布との間には違いがあることが明らかとなった。黒質におけるニューロメラニンの分布密度指標とドーパミンD2レセプター結合能の間には有意ではない中程度の正の相関がみられた。ニューロメラニンの分布密度指標とドーパミンD2レセプター結合能の相関の理由の一つとして、黒質におけるドーパミン作動性神経の神経細胞数の個人差が考えられた。また、ニューロメラニンはドーパミンおよびその前駆物質であるDOPAの貯蔵に関連する指標であるが、ドーパミンD2レセプターの発現量が多いほどフィードバックによるドーパミン作動性神経の神経活動の抑制が強く、細胞内のドーパミン量が過剰になりニューロメラニン濃度が高くなっている可能性も考えられた。青斑核のノルエピネフリン作動性神経細胞にはニューロメラニン色素が沈着しているが、ノルエピネフリン作動性神経系の前シナプス機能であるノルエピネフリントランスポーター結合能と青斑核のニューロメラニン分布密度の相互関係を明らかにするべく、健常者を対象にPET検査とMRI検査を行った。21-76才の健常者27名を対象に、トレーサーとして[18F]FMeNER-D2を用いてダイナミックPET測定を行った。青斑核、視床、海馬におけるトレーサー静注後120-180分の時間放射能曲線の曲線下面積を求め、参照部位である尾状核頭の曲線下面積で除してノルエピネフリントランスポーター結合能を計算した。MRI検査では、T1強調画像、T2強調画像の撮像に引き続きニューロメラニン強調画像を撮像し、上小脳脚交差部を参照領域として青斑核におけるニューロメラニンの分布密度指標を計算した。青斑核のニューロメラニンの分布密度指標と青斑核、視床、海馬のノルエピネフリントランスポーター結合能との間には有意な相関はみられなかった。また、青斑核におけるノルエピネフリントランスポーター結合能には加齢による有意な低下がみられたが、ニューロメラニンの分布密度指標には有意な加齢変化はみられなかった。青斑核のニューロメラニンの分布密度指標はノルエピネフリントランスポーター結合能と同様にノルエピネフリン作動性神経系の前シナプス機能を反映する指標と予想されたが、両者は独立した指標であると考えられた。

PETによりモノアミン作動性神経系の前シナプスおよび後シナプスの神経伝達機能を、MRIによりモノアミン作動性神経細胞のニューロメラニンの分布密度を測定し、個人間の変動における神経伝達機能の相互関係を検討した。黒質におけるニューロメラニン分布密度指標とドーパミン生成能およびドーパミントランスポーター結合との間には関連がないことが示唆された。一方、ドーパミンD2レセプター結合能の間には正の相関がみられ、フィードバックによるドーパミン作動性神経の神経活動の抑制との関連が示唆された。また、青斑核のニューロメラニンの分布密度指標とノルエピネフリントランスポーター結合能との間にも関連がなかった。平成26年度はほぼ計画通りに研究が進展した。放射線診断学、核医学平成25年度および平成26年度の研究成果を元に、計画通りに平成27年度の研究を遂行する。平成25年度はほぼ計画通りに研究が進展した。画像処理や解析などの進捗に合わせ、データストレージ類を次年度に購入するため。平成25年度の研究成果を元に、計画通りに平成26年度以降の研究を遂行する。平成27年度の研究において、各種の画像処理の試行に伴い大容量の画像データが発生することが予測されるため、平成27年度にデータストレージ類を購入する。研究の進捗に合わせ、データストレージ類を次年度に購入するため。平成26年度の研究において比較的容量の大きい画像データが発生することが予測されるため、平成26年度にデータストレージ類を購入する。
血管網類似構造体/遠心力誘導細胞組織体培養法を利用した肝幹様細胞培養装置開発の試み

ヒト由来肝細胞を用いてオルガノイド培養法の開発について検討を行った。1.ヒト肝芽種細胞であるHepG2に対し,血漿分離用中空糸内部に遠心力によって充填することによりオルガノイド形成を誘導する遠心力誘導オルガノイド形成法を適用した。その結果,HepG2は中空糸内部において円柱状のオルガノイドを形成しながら増殖し,初代肝細胞の約7倍に相当する7.0×10^8cells/cm^3の高密度培養を達成した。また,肝特異的機能の発現に関して,単層培養状態では消失していたアンモニア除去能の発現が認められた。その発現レベルは初代ヒト肝細胞の約1/51/10程度であったが,細胞増殖により,中空糸単位体積あたりでの機能発現レベルは初代ヒト肝細胞と同等以上まで到達した。一方,過増殖によるオルガノイド内部での死細胞の増加とそれに伴う機能低下が生じ,長期的な培養を行うためには細胞増殖を制御する工夫が必要であることが示された。2.HepG2の分化誘導,増殖制御の手段として,培養培地中への分化誘導剤の添加に関してPUF/スフェロイド培養を用いて検討を行った。その結果,分化誘導剤の一つである酪酸ナトリウムの添加によりHepG2の増殖は抑制され,約4倍の機能上昇が認められた。この効果は酪酸ナトリウム除去後24時間目までは持続することを確認した。以上の結果をモジュール培養に応用することで,モジュール内でのHepG2の細胞数制御,分化誘導手法を確立した。以上,本研究では分化レベルの低い細胞に対し,高機能発現を可能とするオルガノイド培養法,分化誘導手法,またオルガノイド形成と機能発現の関連について検討を行い,肝幹様細胞培養技術確立のための重要な知見を得ることができた。ラット肝細胞オルガノイドの細胞状態とヒト由来肝細胞のオルガノイド培養法を検討した。1.肝細胞組織体(オルガノイド)である球状細胞組織体(スフェロイド)や円柱状細胞組織体(シリンドロイド)の細胞状態を解明する研究の一環として,ラット肝細胞オルガノイドにおける細胞間接着を解明した。その結果,カルシウム依存性のカドヘリン分子によって肝細胞オルガノイド構造が構築されていることを見出した。現在,オルガノイド内における細胞の分化状態や細胞外マトリクスとの関係を検討している。2.ヒト由来胎児肝細胞(Huh-7)とヒト肝芽種由来細胞(HepG2)を静置培養下の肝細胞オルガノイド培養法に利用した。平板ポリウレタン発泡体孔内に播種したHuh-7およびHepG2は,スフェロイドを形成しつつ,増殖した。その結果,単層培養法では消失していたアンモニア除去能がスフェロイドを形成することによって回復した。ただし,機能発現レベルはヒト初代肝細胞の約1/10のレベルであった。また,スフェロイド化したHepG2のアンモニア分泌能は,単層培養の約2倍の高機能発現がみられた。さらに,中空糸内に遠心力を利用してHepG2にシリンドロイドを形成させた場合も同様の結果が得られた。これらの結果は,増殖状態にある細胞にオルガノイドを形成させることによって細胞分化を誘導できることを示唆するものである。現在,細胞の分化誘導の検討,およびモジュール培養への応用を進めている。
アラブ・トルコ世界におけるイブン・アラビー学派の系譜

研究の最終年度である本年度は、1)学派の地域間比較、2)イブン・アラビーの主著およびそれに付けられた注釈の検討、3)より広くスーフィズムをどう概念化するか、という3点につき、研究を行った。1)については、平成14年度は、学派の地域間比較を試みた「イブン・アラビー学派の伝播と融合」を発表することから始まった。この作業を進めていくなかで、東アジア・東南アジアからサハラ以南アフリカにまで至るアラビア文字文化圏についても検討を加え、「アラビア文字による他言語表記とアラビア文字文化圏」として発表した。2)については、成果の一部を、翻訳・解説・訳注という形で、「イブン・アラビー『完全人間論』」として発表予定である。これはまだ、研究期間に行った大部な翻訳・訳注作業の一部を公刊したものに過ぎず、よりまとまった形で公開することを予定している。3)は、学派内におけるイブン・アラビー像を検討していく際に出てきた問題である。イブン・アラビーは、スーフィズムの教科書に必ず取り上げられる人物でありながら、本人はそう自称するのを好まなかったことが知られている。現代のイランで、彼の法統に連なる学派の人々が、彼をスーフィーではないと考えている一方、トルコ・アラブ地域においては、彼はまさしくスーフィーの代表格と考えられている。それはなぜかという問題意識から、スーフィズムとは何かを正面から取り上げたのが、「スーフィズムの分析枠組」であり、スーフィズムを聖者信仰との関係において論じたのが、"Sufi Saints and Non-sufi Saints in the Clasical Period of Islam"である。なお、本研究を始めた平成12年度にこのテーマで国際会議を主催したが、これを元とした英語による研究書の刊行計画は現在進行中で、平成15年度中に刊行したいと考えている.1年目にあたる本年度は、研究計画通り、イブン・アラビー学派全体を概観するとともに、人名リスト・文献リストなどの作成を行った。その際、東南アジア・南アジア・中国など、従来イスラーム思想研究の枠組みでは十分に注意が払われてこなかった地域に特に焦点をあてた。そのため、文献リストは、、ヨーロッパ諸語の研究のみならず、中東・中央アジアで用いられてきたアラビア語・ペルシア語・トルコ語(およびテュルク系諸語)、南アジアで用いられてきたウルドゥー語、東南アジアのマレー語、東アジアの漢語による、一次資料および二次資料を含むものとなった。実際にこれらを研究に用いるために、ジャウィ(アラビア文字表記のマレー語)および漢籍については、別プロジェクトの研究会に継続的に参加して、読解力向上を図った。とはいえ、同学派の広大なイスラーム世界の全域への広がり、用いられる言語の多様性を考えれば、一人の研究者が研究し尽くせるものではない。そのため、国内のみならず、国際的な共同研究を行う必要がある。今年度はその先鞭をつけるべく、海外から7名、国内から1名の発表者を招いて、国際会議"Ibn 'Arabi and the Islamic World-Spread and Assimilation"を主催した(2001年1月20日[於京都市国際交流会館]、1月22、23日[於芝蘭会館])。同会議のプログラム等は、所属部局のホームページに公開している。本年度の研究の成果は、この国際会議の基調講演のために執筆した英文論文として公表した。なお、同会議の発表原稿をもととした英文論文集を編集し、公刊することを企画している。2年目にあたる今年度は、研究実施計画どおり、アラブ世界におけるイブン・アラビー学派研究に焦点をあてて研究を行った。「イブン・アラビー学派の伝播と融合」は、アラブ世界におけるイブン・アラビー学派の2潮流を、他地域と比較しながら論じたものであり、3年目の総括に向けての見取り図を示そうとした。また、イブン・アラビーにおいて大きな意味をもつ聖者論について、時代を遡って考究したのが、文部省科学研究費(創成的華礎研究費)「現代イスラーム世界の動態的研究」プロジェクト国際会議"The Dynamism of Muslim Societies : Toward New Horizons in Islamic Area Studies"(2001年10月5-8日、於:千葉県木更津市かずさアーク)におけるフルペーパー、"Sufi Saints and Non-sufi Saints in Early Islamic History"である。これは、イスラーム世界の聖者はスーフィーであるという通念を打破し、スーフィズムにはよらないがイスラーム的論理に基づいて成立する聖者概念を打ち立てようとしたものである。同時に日本におけるイブン・アラビー学派研究の歴史と現状を、"Message from the 'Mashriq' Japan : Japanese Studies on Sufism"に整理して、学会誌に公表した。当初計画にあった、イブン・アラビーの主著『叡智の台座』に付けられた数多い注釈を検討する作業も行った。この作業は来年度も引き続き行い、成果を公表する予定である。

これはまだ、研究期間に行った大部な翻訳・訳注作業の一部を公刊したものに過ぎず、よりまとまった形で公開することを予定している。3)は、学派内におけるイブン・アラビー像を検討していく際に出てきた問題である。イブン・アラビーは、スーフィズムの教科書に必ず取り上げられる人物でありながら、本人はそう自称するのを好まなかったことが知られている。現代のイランで、彼の法統に連なる学派の人々が、彼をスーフィーではないと考えている一方、トルコ・アラブ地域においては、彼はまさしくスーフィーの代表格と考えられている。それはなぜかという問題意識から、スーフィズムとは何かを正面から取り上げたのが、「スーフィズムの分析枠組」であり、スーフィズムを聖者信仰との関係において論じたのが、"Sufi Saints and Non-sufi Saints in the Clasical Period of Islam"である。なお、本研究を始めた平成12年度にこのテーマで国際会議を主催したが、これを元とした英語による研究書の刊行計画は現在進行中で、平成15年度中に刊行したいと考えている.
海洋「脱」酸性化：アマモ場の酸性化緩和機能の検証と生物群集・生態系機能変動予測

アマモ場は光合成により二酸化炭素を吸収するため、海洋酸性化を緩和する機能がある。本研究では、アマモ場の海洋酸性化緩和機能の大きさと空間的な影響範囲を明らかにすると共に、その効果の海洋生物群集への影響を評価する。この目的を達成するため、(A)北海道東部の環境条件の異なる複数のアマモ場でpH, CO2濃度の連続観測を実施し、(B)生態系モデルにより緩和機能の影響範囲を評価する。また、(C)現場のpH・CO2濃度の変動を再現したメソコズム実験により、緩和機能が生物群集に与える影響を検証し、(D)以上の結果を取り入れた統合解析により、アマモ場生物群集の動態に関する将来予測を行う。2年目にあたる平成29年度は、前年台風により異常値が出た夏季を中心に厚岸湖および厚岸湾のpH, CO2濃度の連続観測を継続した。これらの観測から、アマモ場のpH, CO2濃度の変動パターンが年により大きく異なることが判明した。この原因を明らかにするために、昨年度に開発した流動・生態系構造を考慮した炭素循環予測モデルによる動態予測を行ったところ、淡水流入に伴うアマモの生物量の変化がpH, CO2濃度の変動に大きく関与している可能性が示唆された。メソコズム実験においては、昨年度に引き続き、水温と二酸化炭素濃度を同時に操作する室内実験によりアマモ、付着藻類、植食性巻貝の相互作用の検証を進めた。その結果、水温上昇の効果に比べ、二酸化炭素分圧の変化が相互作用の変化に与える効果は不明瞭であった。また、上記で観測したpH, CO2濃度の時間変化も考慮した操作実験系の開発を開始した。平成28年度までの厚岸湖での連続観測の結果、厚岸湖の二酸化炭素分圧とpHの長期変動が年により大きく異なることが判明し、そのため、野外での観測の強化および野外操作実験を主体とした研究を実施する必要が生じた。これに伴い、操作実験の開始が延期になったが、その代わりに、平成29年度の観測強化により、野外の二酸化炭素分圧とpHの変動にかかるより詳細で貴重なデータを得ることができ、アマモ場の海洋酸性化緩和機能の変動機構の理解が進展した。平成30年度は厚岸湖で、pHの野外観測を継続し、異常気象時を含めた時間的変動について、長期データを集積するとともに、周辺環境条件の異なる道東の能取湖のアマモ場に新たな比較検証サイトとして設定し、季節的な観測を開始する。海水流動・生態系モデルについては、厚岸湖で作成されたモデルについて、試行シミュレーションを行い、上記海洋観測による精度検証を通じて、モデルの精度改良を行う。操作実験については、室内水槽およびメソコズムを用いてアマモ、付着藻類、無脊椎動物の3種系を用いた実験を継続する。また、野外において二酸化炭素分圧を操作する実験について、新たに開発された野外操作実験システムの試行運用を兼ねた予備実験を開始する。令和元年度は、能取湖の観測成果に基づいた生態系モデルによる解析を行うとともに、厚岸湖と能取湖のアマモ場のpH, pCO2濃度の変動様式を日本の他の海域と比較することで、その一般性および特異性の検証を行う。また、アマモ、付着藻類、無脊椎動物の3種系を用いた室内実験および野外操作実験を継続する。最終年度である令和2年度は、ここまでの海洋観測、生態系モデル解析、および室内・野外操作実験で得られたデータを統合的に解析することにより、環境条件の異なる複数のアマモ場において、気候変動から予測される海洋酸性化のシナリオ下での生物群集構造の変動を予測する。この目的を達成するため、1、北海道東部の環境条件の異なる複数のアマモ場でpH, CO2濃度の連続観測を実施し、2、生態系モデルにより緩和機能の影響範囲を評価する。また、3、現場のpH・CO2濃度の変動を再現したメソコズム実験により、緩和機能が生物群集に与える影響を検証し、4、以上の結果を取り入れた統合解析により、アマモ場生物群集の動態に関する将来予測を行う。初年度である平成28年度は、厚岸湖においてpH, CO2濃度の連続観測を開始し、アマモ場におけるpHが沖合よりも著しく、また沿岸域に特徴的な日周変化を示さないことを明らかにした。なお、夏季から秋季の観測については、平成28年夏以降の北海道地域への台風の頻繁な接近により定常状態におけるデータが取得できなかったため、平成29年度に実施した。これらの観測から、厚岸湖のアマモ場のpH, CO2濃度の変動には、アマモによる光合成・呼吸のみではなく、厚岸湖の流動環境が大きく関わっていることが予測されたため、生態系モデルについて厚岸湖・厚岸湾の流動を考慮したモデルを作成することを決定した。既存の窒素循環をベースとした流動・生態系モデルを炭素循環用に発展させる方法で基本的なモデルが完成した。また、メソコズム実験については、小型水槽でまず海草葉上に生息する巻貝類を対象とした二酸化炭素と水温の操作実験を行い、海洋酸性化が巻貝類に与える影響が、水温および季節により大きく変動することを明らかにした。その成果を踏まえ、多種系で実験を行うためのより大型の水槽施設の設計を開始した。

野外におけるpH, CO2濃度の連続観測については、平成28年夏季から秋季の北海道地域への台風の頻繁な接近により、厚岸湖の定常状態におけるデータが取得できなかったため、平成29年度に実施した。この結果、その後に予定していた操作実験のデザイン設計に遅れが生じたが、その代わりに、pH, CO2濃度の変動に関する経年変化、および定常時と非定常時の動態の違いに関する貴重なデータを得ることができ、操作実験および生態系モデル作成に関して、現実を反映したより有効な計画作成に結び付けることができた。アマモ場は光合成により二酸化炭素を吸収するため、海洋酸性化を緩和する機能がある。本研究では、アマモ場の海洋酸性化緩和機能の大きさと空間的な影響範囲を明らかにすると共に、その効果の海洋生物群集への影響を評価する。この目的を達成するため、(A)北海道東部の環境条件の異なる複数のアマモ場でpH, CO2濃度の連続観測を実施し、(B)生態系モデルにより緩和機能の影響範囲を評価する。また、(C)現場のpH・CO2濃度の変動を再現したメソコズム実験により、緩和機能が生物群集に与える影響を検証し、(D)以上の結果を取り入れた統合解析により、アマモ場生物群集の動態に関する将来予測を行う。2年目にあたる平成29年度は、前年台風により異常値が出た夏季を中心に厚岸湖および厚岸湾のpH, CO2濃度の連続観測を継続した。これらの観測から、アマモ場のpH, CO2濃度の変動パターンが年により大きく異なることが判明した。この原因を明らかにするために、昨年度に開発した流動・生態系構造を考慮した炭素循環予測モデルによる動態予測を行ったところ、淡水流入に伴うアマモの生物量の変化がpH, CO2濃度の変動に大きく関与している可能性が示唆された。メソコズム実験においては、昨年度に引き続き、水温と二酸化炭素濃度を同時に操作する室内実験によりアマモ、付着藻類、植食性巻貝の相互作用の検証を進めた。その結果、水温上昇の効果に比べ、二酸化炭素分圧の変化が相互作用の変化に与える効果は不明瞭であった。また、上記で観測したpH, CO2濃度の時間変化も考慮した操作実験系の開発を開始した。平成28年度までの厚岸湖での連続観測の結果、厚岸湖の二酸化炭素分圧とpHの長期変動が年により大きく異なることが判明し、そのため、野外での観測の強化および野外操作実験を主体とした研究を実施する必要が生じた。これに伴い、操作実験の開始が延期になったが、その代わりに、平成29年度の観測強化により、野外の二酸化炭素分圧とpHの変動にかかるより詳細で貴重なデータを得ることができ、アマモ場の海洋酸性化緩和機能の変動機構の理解が進展した。平成29年度は、厚岸湖において連続観測の結果を踏まえた多種系の操作実験システムの開発、および二酸化炭素動態を表す生態系モデルの開発を進める。平成30年度は厚岸湖で、pHの野外観測を継続し、異常気象時を含めた時間的変動について、長期データを集積するとともに、周辺環境条件の異なる道東の他のアマモ場に新たな比較検証サイトとして設定し、季節的な観測を開始する(いずれも最終年度まで継続)。海水流動・生態系モデルについては、厚岸湖で作成されたモデルについて、試行シミュレーションを行い、上記海洋観測による精度検証を通じて、モデルの精度改良を行う。操作実験については、室内水槽およびメソコズムを用いた実験について、アマモ、付着藻類、無脊椎動物の3種系を用いた実験を開始する。
室温動作可能な超高速共鳴トンネルダイオードの開発

二重障壁構造を電子がトンネル透過する場合、電子波は2枚の障壁で多重反射されるために遅延を受ける。この遅延τ_0が、共鳴トンネルダイオードの速度限界を与えるため、デバイスの構造パラメータとτ_0との連関を明らかにする必要がある。本研究では、ピコ秒分光法を用いて、2枚の障壁内に閉じ込められた電子がトンネル効果で抜け出すのに要する寿命での測定を行うことに初めて成功した。その結果、障壁の厚さを40〓、28〓と減らすにつれてτは600ピコ秒から60ピコ秒へと指数関数的に減少することが見出され、ピコ秒程のスイッチ機能の実現には、障壁の厚さL_Bを15〓以下にする必要が明らかとなった。さらに、この実測値は、二重障壁の量子状態の寿命に対応しており、トンネル透過ピークのエネルギー半値幅の理論値ΔEと不確定性原理で定まる予測値τ=【planck's constant】/(ΔE/2)によく一致することが明らかとなったさて、上記の結果は障壁にAlAsを用いた場合に得られたが、障壁を(AlGa)Asにした場合の影響について調べてみた。その結果Al組成を下げて、ガンマ谷のパンドネ連続性Voを減らすと、エネルギー幅ΔEと電流密度Jが指数関数的に増大して、高速化に有利であるものの、過剰電流成分の増大が顕著であり、室温動作には有効ではないことが明らかとなった。従って、室温で超高速動作をさせるには、薄いAlAsの使用が最適であることが示された。共鳴トンネルダイオードを超高速のスイッチに利用する場合、三端子デバイスでないため回路構成上、様々な制約が生ずる。これを解決するために、量子井戸シュタルク変調器とトンネルダイオードを直列に接続し、一定のバイアス電圧を加えた複合デバイスを考案し解析した。その結果、100ピコ秒以下の時間でスイッチ可能な光双安定素子として機能することが明らかとなった。この素子は、低電力で高いon/off比が達成されるため、光情報処理への利用が期待される。前年度の解析と実験により、ダイオードの超高速化のための条件が明らかにされ、特にトンネル透過特性における共鳴ピークの半値幅ΔEを1meV以上の値とすることの必要性が示された。本年は、上記の成果を更に発展させるために二つの分野で探索を進めて、以下の成果を達成した。(1)共鳴トンネルダイオードのスイッチ過程を光学的に制御し、読み出す方法の考案と実証GaAs/AlAsからなる二重障壁ダイオードと多重量子井戸シュタルク変調器とを直列に接続し、一定電圧をバイアスした複合集積化デバイスを考案解析して、光双安定動作の可能なことを理論・実験の両面で検証した。このデバイスでは、低い光入力の場合には不透明媒質として機能するが、一定以上の光入力があるとトンネルダイオードの両端の電圧が急激に変化して、変調器部分が透明媒質に変るため、双安定機能が実現する。解析によれば、低いスイッチエネルギー(<30fJ)で、高速(<<100ピコ秒)のスイッチが可能であり、様々な光情報処理機能の実現に利用できるものと期待される。(2)結合量子井戸におけるキャリヤの動的過程の解明二個の量子井戸を結合した系は、レーザやその他のデバイスに利用されつつある。本研究では外部電界を加えて、両者の量子準位の共鳴状態を制御し、これに伴って井戸間のキャリヤの移動過程がどのように変化するかを調べた。

その結果、共鳴状態には極めて速い移動の生ずること、その時定数は準位の分裂(E_2ーE_1)と不確定性の原理で結ばれていること、準位に局所的な分散があると結合状態が局所的に発生するため、キャリヤの横方向の移動過程も無視しえなくなることなどが明らかとなった。
医原性難治性腰部癒着性脊髄膜炎の病態、疼痛発生機序ならびに予防と治療

腰痛症候群の中に最も難治で、その原因、本態、疼痛発生機序さらに予防、治療法が確立していない腰部癒着性脊髄膜炎はすべての点において究明しなければならない重要なものである。本研究は3年間に亘り、当初の目的に向って研究を展開し、次の知見を得た。1)腰痛症候群の中に召める本症は12%と推定された。2)原因の殆んどは医原性と判断され、それは、Panthopague myelographyおよび腰椎後方手術と判断された。しかし極めて稀に特発性のものも存在する。軽度のものは高令期にみる変性腰部脊柱管狭窄症に合併する傾向がある。3)通常、多根性の障害を示し、特定の障害根を規定することは出来ない。時間的に変動する多彩なparesthesia、脱力を主徴とし、強いpain behaviorを示す傾向が強い。精神的背景が存在する。4)術中所見、ミエログラム所見からstage分類およびType分類を可能にした。5)疼痛発生機序に関し腰痛患者191例から接取した脳脊髄液のHPLCによる分析から、本症には少なくとも3ーMT、DOPACの異常高値を認めた。データーのコンピューターによる分析から、脳代謝の異常をも合併しうる可能性が示唆された。本研究途中で得られたNAの異常高値という結果は、再検討により否定的となった。6)本症にみるクモ膜の異常増殖機構の解明にクモ膜細胞培養系を樹立し、各種条件(異物、IL、炎症物質、Superoxide)との関連で目下検討中であり、その一部の知見は報告書に記した。7)本症の治療法としてMannitol、VE、VCを検討中であるが、外科的新治療法を確立し得た。8)本症に対する適確な予防法は見い出し得なかったが、完成された本症に対する外科的治療法としてexpansive laminoplastyを開発し、その意義と価値を明らかにした。本研究課題にたいし、初年度交付された3200千円は初期の計画どおり高速液体クロマトグラフー式を購入し、病態に関するカテコラミン分析を開始するとともに、本症の実態、症候、電気生理学解析を行ない現在次ぎの知見成果を得た。1.実態,原因,症候につきある程度明らかになし得た。本症は広く腰痛を主訴とする患者の中に潜在し、その発生頻度は未だに明確になし得ないが、最底1.2%以上は存在し、医原性であるものは92%、ミエログラフィー、腰椎後方手術が主因とみる。本症の74例を集積し、その症候を分析した結果、神経学的、時間的に変転する傾向をもつ腰痛、臀部痛と種々の程度の知覚異常と運動麻痺を伴う下肢痛であり、中に重篤な機能損失の例もみられ、これまでに記載のない知見を集約しつつある。2.局所病態はおよそ3段階に分類でき、急速または緩徐進行性と考えられる。侵害刺激から1年以内に発生(30%、最短1カ月)する早期発生例がある一方、5年以上経過して発生(47%)する晩期発生例の二種があるとみられた。電気生理学的および神経学的分析から多根性障害で馬尾伝速の延長,多相化があり、部分的軸索変性を示唆する。3.局所の組識学的所見は僅か2例であるが著しい結合織の増殖があり、円形細胞侵潤は乏しいが、総じて炎症過程が考えられる。

その過程での化学物質の同定につき引きつづき検討中であるが現在のところ次ぎの結果を得た。本症の12例,腰部脊柱管狭窄12例,椎間板ヘルニア22例,正常17例からの髄液L-ノルエピネフリンを高速液体クロマトにより分析した結果、相互に統計的有意差をもって本活性物質の上昇が認められ本症では最も高値を示すことが明らかにされた。本症が知覚異常と疼痛を主体とすることからアドレナジックトランスミッションに変調をきたしている可能性は大きいと考えられた。更に他の生物活性物質の同定を続行し、かつ動物再現実験を実施する。腰部癒着性脊髄膜炎(LAA)15例,腰部脊柱管狭窄症(SCS)35例,椎間板障害(DL)39例およびミエロパチー(MP)30例,計119例の脊髄液におけるCathecholamin系代謝物質およびセロトニン系代謝物質を高速液体クロストグラフィーにより分析した.その結果,新たな知見を得た.1.Cathecholamin系:チロシン(TYR)はLAAおよびSCSにおいて有意増量(P〈.05)を呈し,同時にノルエピネフリン(NE)およびエピネフリン(E)も有意高値(P〈.05)を示す.一方ジヒドロキシフェニル酢酸(DOPAC)およびその代謝産物であるホモバニリン酸(HVA)もまた有意水準でLAAに増量する.しかしこれら代謝過程での産物であるLーDOPA,DAおよびMHPGには変化が認められないことからチロシン代謝過程におれる次ぎの酵素の活性化が, LAAあるいはSCSに生じているとみられる.すなわた,フェニルアラニンヒドロキラーゼ(PH),ドーパシンβヒドロキシラーゼ(DBH),アルデヒドオキシダーゼ(AO),PNMTおよびCOMT等がこれである.これら諸酸素の活性化はLAAに必ずしも特異的とは言えないが, DBH,AO,COMTの酵素活性はLAA症例に特に顕著である.2.セロトニン系:Lトリプトファン(TRY),セロトニン(5HT)および5ヒドロキイテンドールアセトアルデヒド(5ーHIAA)につき測定した結果,LAA症例において結果的に5ーHIAAの増加が認められ,セロトニンに対するモノアミンオキシダーゼの著しい活性化が示唆された.以上の諸知見は馬尾部障害における局所代謝変化の存在を証明した新知見とみられ,かつ高位脊髄障害(MP)には殆んど認められないことから,胸腰髄および馬尾における広義の絞扼性炎症過程に続発とた変化と推測される.そしてLAAにおいては症状の程度とNEおよびHVAが相関性がある可能性が示唆された.最終年度は以下の三系列について研究を展開した。すなわち、1)本助成により購入したHPLCによる定型的癒着性脊髄膜炎13例を含む191名の腰部、頚部疾患から得た脊髄液の生理活性物質の分析を行った。本研究はカテコラミン系およびセロトニン系代謝物質の定量を中心に実施したが、常に正確を期する意味で、測定法の改良と精度向上につとめた結果、前回の知見を修正すべきことが判明した。今回の測定した物質は1-DOPA、Dopamine、3-MT、DOPAC、HVA、A、MHPG、Tryptophane、5-HT、および5HIAAである。これら物質は穿刺高位によって、差があることを統計的に明らかにするとともに、腰椎穿刺により採取したものを各疾患分類別にコンピューター解析を行った結果、少くとも本疾患では3-MTおよびDOPACが有意に高値を示していることが判明した。しかし、3-MT、DOPACおよびHVAはC1/2高位穿刺髄液に、より高値を示す傾向のあることから、これらDopamine代謝産物は脳におけるDA代謝活性の上昇と深い関係があるとも推定され、臨床的にも単なる局所のみでは説明できない症状からみて極めて興味あるものと考えられた。
MRIによる非破壊技術を応用したクリーム剤乳化安定性の高精度予測手法の構築

Oil-in-water (o/w)エマルションは、クリーム剤などの外用剤に広く利用されている。エマルションの物理安定性は、分散する油滴が凝集し、クリーミングが進むにつれて低下していく。したがって、エマルションを基剤とするクリーム剤の製剤設計において、長期保存した製剤の乳化安定性の評価および予測は最も重要な検討項目と言える。本申請課題では、MRIなどの新規分析評価技術と時間温度換算則などの時系列データ解析手法を組み合わせることにより、長期保存後のクリーム剤の乳化安定性を高精度に予測する新規手法の構築を試みた。本申請課題は3年間の計画で実施され、本年度が最終年であった。研究成果の概要は以下のとおりである。本研究では、試料として、透析患者の皮膚掻痒症に対して院内製剤として処方されるメントール・ジフェンヒドラミン含有クリームを用いた。調製した試料を異なる温度(3045°C)で保存し、MRIを用いて経時的な相分離挙動を観察した。そして、撮像したMRI画像について時間温度換算則を用いた解析を行った。その結果、時間温度換算則がエマルションの乳化状態予測において有用であることが明らかになった。また、今回の試料の場合、実験条件の低温領域(3035°C)と高温領域(3545°C)では、相分離挙動が異なっていた。この原因として、温度帯によって試料中の油滴の合一挙動が異ったためと考察し、試料中の経時的な油滴の合一挙動を後方散乱光強度測定によって評価した。その結果、両者に強い相関関係が認められ、本試料の場合、油滴の合一挙動が相分離挙動に非常に大きく影響することが明らかになった。以上の検討結果から、時間温度換算則を応用した本手法は、クリーム剤の乳化安定性予測・評価において非常に有用であると考えられる。したがって、エマルションを基剤とするクリーム剤の製剤設計において、乳化安定性は最も重要な製剤特性と言える。近年、我々は、MRIの水分子運動性可視化技術を応用し、エマルション製剤の製剤安定性を非破壊的かつ詳細に評価できる手法を考案した。本申請課題では、MRIの画像情報を活用して、高度で客観的な乳化安定性評価を実現し、さらに、その画像情報について時間温度換算則を用いて時系列解析することにより、クリーム剤の将来的な乳化安定性を高精度で予測する手法を構築することとした。初年度の検討では、臨床で実際に使用されている院内製剤(クリーム剤)の中から製剤安定性に課題のあるものを試料として用いた。試料を様々な温度条件(3045°C)で保存し、MRIを用いて経時的に試料の相分離の様子を観察した。得られた画像データをもとに、相分離して下層から染み出す水相面積の経時的な成長挙動を求め、時間温度換算則を応用して解析を行った。解析の結果、試料の相分離挙動は温度依存性を示し、時間温度換算則が適用できる可能性が示唆された。次年度以降は、時間温度換算則で得たエマルション相分離挙動のアレニウスプロットをもとに、試料の相分離挙動を精査し、乳化安定か機構について明確な考察を加えていく予定である。当課題は、エマルション製剤の設計において重要な製剤特性である乳化安定性の深い理解を目的として、分子イメージング技術のMRIと材料工学の分野などで広く用いられている時間温度換算則を駆使した詳細な検討を行うこととする。初年度の到達目標として、MRIを使って試料の乳化状態を客観的に評価する指標システムを確立し、さらに、その相分離挙動が時間温度換算則で評価可能か否かを明らかにすることとした。現在時点では、研究はおおむね順調に進んでいると考えらえる。なお、申請時は、アトピー性皮膚炎治療に使用される保湿クリームを検討に用いる試料として想定していたが、予備検討の結果をもとに、これまでに検討実績のあるクリーム剤(透析掻痒症に使用される院内製剤)を用いて研究をスタートすることとした。実験の結果、MRIによって試料の経時的な相分離挙動を非破壊的に観察することができ、さらに相分離した下層の面積を乳化状態評価のための指標に使用できることが明らかになった。さらに試料の相分離挙動が保存温度依存的であり、得られた評価指標を使って時間温度換算則による解析が可能であることが明らかになった。以上より、初年度の到達目標を十分に達成できたものと考えている。本申請課題では、MRIなどの新規分析評価技術と時間温度換算則などの時系列データ解析手法を組み合わせることにより、長期保存後のクリーム剤の乳化安定性を高精度に予測するための手法を構築することを目的とした。試料として、臨床で実際に使用されている院内製剤(クリーム剤)を選択し、様々な温度条件(3045°C)における高温加速試験を実施した。

各温度での乳化状態の変化(相分離挙動)を評価するために、経時的に試料のMRI画像を撮像し、撮像した画像データを時間温度換算則によって詳細に解析した。検討の結果、本試料の相分離挙動は温度依存性を示し、その乳化安定性評価に時間温度換算則が適用できることが明らかになった。さらに、本手法によって得られた相分離挙動のアレニウスプロットから、本試料の乳化安定性機構に関する深い洞察を得ることができた。本時系列解析の概念は、温度依存的な事象だけでなく、圧力依存的な事象にも適用することができる(時間圧力換算則)。そこで、最終年度では、時間温度換算則に加えて時間圧力換算則を応用した検討を実施し、長期保存後のクリーム剤の乳化安定性を高精度に予測するための手法を構築する。当研究課題では、エマルション製剤の重要な製剤特性である乳化安定性の高精度な保存安定性予測を目的とし、MRIによる試料観察と時間温度換算則を駆使した時系列データ解析についての検討を行っている。現在時点では、研究はおおむね順調に進んでいると考えらえる。本検討の試料には、臨床で実際に使用されている院内製剤(クリーム剤)を用い、初年の検討では、本試料の相分離挙動に時間温度換算則が適用できることを明らかにした。本年度(2年目)の検討では、時間温度換算則から得られた解析結果を精査し、試料の相分離機構について詳細に考察することとした。その結果、MRIの結果から得られたアレニウスプロットは35°Cを境に2相性を示し、本試料の相分離機構は35°C以上の高温領域と35°C未満のより低い温度領域で異なることが示唆された。この理由として、試料中の油滴の合一挙動が35°Cを境に、高温側と低温側とで著しく異なるためと考察した。そこで、その考察を検証するために、スタビリティーテスターを用いて試料の経時的な後方散乱光強度測定を実施した。検討の結果、申請者の仮説通り、異なる保存温度帯での相分離挙動の差異は、保存温度の変化に伴う油滴合一挙動の差異に起因することが示唆された。エマルション製剤の長期保存安定性を予測する手法については、これまでにほとんど研究が行われておらず、十分な予測手法は確立されていない。MRIによる優れた乳化状態評価技術と時間温度換算則による高精度な予測技術を融合して構築される新規乳化安定性予測手法は、エマルション製剤の高品質化および開発の効率化に大いに貢献すると考えられる。本申請課題の最終年度となる次年度では、本手法のさらなる実用性向上に向けた検討を進めていく。Oil-in-water (o/w)エマルションは、クリーム剤などの外用剤に広く利用されている。エマルションの物理安定性は、分散する油滴が凝集し、クリーミングが進むにつれて低下していく。したがって、エマルションを基剤とするクリーム剤の製剤設計において、長期保存した製剤の乳化安定性の評価および予測は最も重要な検討項目と言える。本申請課題では、MRIなどの新規分析評価技術と時間温度換算則などの時系列データ解析手法を組み合わせることにより、長期保存後のクリーム剤の乳化安定性を高精度に予測する新規手法の構築を試みた。本申請課題は3年間の計画で実施され、本年度が最終年であった。研究成果の概要は以下のとおりである。本研究では、試料として、透析患者の皮膚掻痒症に対して院内製剤として処方されるメントール・ジフェンヒドラミン含有クリームを用いた。
強相関超伝導体における電荷・軌道・スピン複合自由度の協奏現象の理論解明

鉄系超伝導体や銅酸化物超伝導体において、電子系の回転対称性や並進対称性が自発的に破れる「電子液晶秩序」が観測され、脚光を浴びている。ネマティック相の近傍では多彩な非従来型超伝導が発現するため、超伝導機構との関係が注目を集めている。2018年度は以下の研究を遂行した。(1)B2g対称性ネマティック秩序:過剰ホールドープ鉄系超伝導体CsFe2As2では、通常の鉄系超伝導体のB1gネマティック秩序から45度傾いた、B2gネマティック秩序が観測される。その説明のため、我々は高次多体効果であるバーテックス補正を考慮した計算を行い、CsFe2As2の特徴であるDirac型フェルミ面の効果により、B2g対称性を有するボンド秩序(=相関ホッピングの4回対称性の自発的破れ)が出現することを見出した。更に銅酸化物超伝導体において、hot spot構造が発達する時にB2gボンド秩序が実現する結果を得て、Hg系銅酸化物超伝導体におけるB2gネマティック秩序を説明した。(2)鉄系超伝導体におけるスピンレゾナンスの理論研究;保存近似である揺らぎ交換(FLEX)近似に基づき、自己エネルギーのエネルギー依存性を正確に計算し、ギャップの符号反転が無いS++波状態においてもスピンレゾナンスが出現することを見出した。つまり、中性子散乱実験の結果はS++超伝導状態においても説明である。これは鉄系超伝導体の超伝導発現機構に対する重要な知見を与える。(3)鉄系超伝導体Ba122系の超伝導発現機構:従来の超伝導理論であるMigdal-Eliashbergギャップ方程式を超えた理論を構築してBa122系に適用し、ホール面のギャップ関数が等方的である結果を得た。これはARPESによる実験結果と整合し、Ba122系において軌道揺らぎを媒介とするフルギャップS波超伝導が実現することを示唆する。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。鉄系および銅系高温超伝導体において、最適ドープ領域において軌道秩序や電荷秩序が最近相次いで発見されたことで、高温超伝導発現機構における電荷・軌道自由度の重要性が注目を集めている。今年度は、銅酸化物高温超伝導体における電荷秩序の解明と、鉄系超伝導体における軌道秩序の理論的奇解明に取り組んだ。その理解のために、我々は従来の理論研究において重要視されてこなかった高次の多体効果である「バーテックス補正」に着目した。バーテックス補正により電荷・軌道・スピンの3自由度が結合する結果、スピン揺らぎを起源として電荷秩序や軌道秩序が生じることを見出した。バーテックス補正の計算手法として、我々が開発した「自己無撞着バーテックス補正法」と、汎関数繰り込み群法の改良版である「RG+cRPA法」を適用した。高温超伝導体における電荷秩序は、共鳴X線散乱実験によると、Cu-Cu軸方向の周期4a_{CU-Cu}の波長を持つ。我々はAslamazov-Larkin型バーテックス補正に着目し、その理論的再現に世界に先駆けて成功した。更に我々は、Aslamazov-Larkin型バーテックス補正が鉄系超伝導体における軌道秩序状態を与えることを見出した。本研究により、鉄系超伝導体の重要未解明問題であった「電子ネマティック秩序」の正体が、軌道偏極(xz軌道とyz軌道の電子密度に偏りが生じた状態)であることを明らかにした。本理論により、鉄系および銅系高温超伝導体において電荷・軌道の量子揺らぎが発達することが明らかになり、超伝導発現機構に対する重要な役割が期待される。鉄系超伝導体における軌道秩序や、銅酸化物高温超伝導体における電荷秩序を理論的に再現する上で、高次の多体効果である「バーテックス補正」を精度良く計算する理論手法の開発が必須である。本研究課題において開発した、「自己無撞着バーテックス補正法」と、汎関数繰り込み群法の改良版である「RG+cRPA法」により、その高精度の理論計算が可能になった。開発された両手法は、鉄系超伝導体や銅酸化物高温超伝導体のみならず、トリプレット超伝導体であるSr2RuO4にも適用され、その超伝導発現機構が明らかになるなど、新しい展開があった。鉄系および銅酸化物高温超伝導体において軌道秩序や電荷秩序が最近相次いで発見され、電荷・軌道自由度の本質的役割にスポットライトが集まっている。特にこれらの電子系で発見された電子ネマティック秩序は、従来の標準的な理論である乱雑位相近似(RPA)や揺らぎ交換近似(FLEX近似)では理解できない。それゆえ、これらの近似理論で無視されている、高次の多体効果(バーテックス補正)を考慮する必要がある。バーテックス補正は電荷・軌道・スピンの3自由度の結合項を与え、これら複合自由度の多彩な協奏効果の源泉となる、大変重要な多体効果である。本研究では新規多体理論である「自己無撞着バーテックス補正法」と「汎関数繰り込み群法」を両輪として、各種強相関超伝導体におけるバーテックス補正の役割を研究する。鉄系超伝導体の電子ネマティックの起源は、この物質群おける重要な未解明問題である。その理解のため、申請者は高次の多体効果であるバーテックス補正を考慮した理論を構築してきた。

今年度は、その理論をFeSeに適用し、FeSeにおける磁気秩序を伴わない電子ネマティック秩序の理論的説明に成功した。更に、バーテックス補正の理論を発展させて、FeSeの電子ネマティック相において角度光電子分光で観測された「運動量空間における符号反転を伴う軌道偏極」の理論的再現にも成功した。これらの成果は、鉄系超伝導体における電子ネマティック秩序の起源が、従来の有力候補のスピンネマティック秩序ではなく、軌道秩序であることを深く示唆する結果であり、その後の研究の指針となった。また、バーテックス補正の理論を銅酸化物高温超電導体に適用し、この物質群の擬ギャップ相において最近発見された電荷秩序相の理論的再現にも成功した。鉄系超伝導体や銅酸化物超伝導体において、電子系の回転対称性や並進対称性が自発的に破れる「電子液晶秩序」が観測され、脚光を浴びている。ネマティック相の近傍では多彩な非従来型超伝導が発現するため、超伝導機構との関係が注目を集めている。2018年度は以下の研究を遂行した。(1)B2g対称性ネマティック秩序:過剰ホールドープ鉄系超伝導体CsFe2As2では、通常の鉄系超伝導体のB1gネマティック秩序から45度傾いた、B2gネマティック秩序が観測される。その説明のため、我々は高次多体効果であるバーテックス補正を考慮した計算を行い、CsFe2As2の特徴であるDirac型フェルミ面の効果により、B2g対称性を有するボンド秩序(=相関ホッピングの4回対称性の自発的破れ)が出現することを見出した。更に銅酸化物超伝導体において、hot spot構造が発達する時にB2gボンド秩序が実現する結果を得て、Hg系銅酸化物超伝導体におけるB2gネマティック秩序を説明した。(2)鉄系超伝導体におけるスピンレゾナンスの理論研究;保存近似である揺らぎ交換(FLEX)近似に基づき、自己エネルギーのエネルギー依存性を正確に計算し、ギャップの符号反転が無いS++波状態においてもスピンレゾナンスが出現することを見出した。つまり、中性子散乱実験の結果はS++超伝導状態においても説明である。これは鉄系超伝導体の超伝導発現機構に対する重要な知見を与える。(3)鉄系超伝導体Ba122系の超伝導発現機構:従来の超伝導理論であるMigdal-Eliashbergギャップ方程式を超えた理論を構築してBa122系に適用し、ホール面のギャップ関数が等方的である結果を得た。これはARPESによる実験結果と整合し、Ba122系において軌道揺らぎを媒介とするフルギャップS波超伝導が実現することを示唆する。鉄系超伝導体の研究において、磁性を伴わない電子ネマティック秩序を示すFeSeに注目が集まっている。更にFeSeは、過剰電子ドープによりホール面が消失させることで、転移温度が60Kを超える高温超伝導状態を発現する。これらの実験結果は、これまで鉄系超伝導体において盛んに議論されてきた"スピンネマティック機構"や"スピン揺らぎ超伝導発現機構"では説明不可能であり、現在世界中で精力的に研究されている。我々は、「自己無撞着バーテックス補正法」や「RG+cRPA法」をFeSe理論模型に適用し、これらの重要未解明問題の理論的解明を目指す。鉄系超伝導体におけるバーテックス補正の理論を発展させて、この系の超伝導発現機構の研究を行う。