hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
日本舞踊を中心とした身体重心の可視化及び教育支援システムの開発と検証

その成果は(1)主観的・客観的検討から重心位置の安定性を認識。(2)身体重心の軌跡が狭くなる傾向を指摘。2舞踊行為の「巧みさ」の抽出:(3)「巧みの技」継承支援システムを構築し、継承支援の補助的ツールとしての有効性を確認。(4)平均モーション法を用いて特徴量を抽出中。3床反力計と組み合わせたモーションキャプチャ動作解析:(5)<巴回り>の動作解析を重点的に行い、上・下半身の重心位置から年代(熟達度)による舞踊動作の分類が行える見通しを得た。(6)「腰を入れた」動作についてバイオメカニクス的側面からも検討中。2.教育支援システムの開発1動作の可視化による教育支援システムの開発:(7)独自の動作解析により身体重心の水平面軌跡、高さの時系列波形等を視覚的に理解しやすい教育用支援システムを構築。(8)そのシステムにおいて最大5人(5回)分の同時比較が可能となった。2イメージトレーニング・システムの開発:(9)当該年度ビデオ撮影した素踊り「供奴」のアニメーション化を開発中。3センサーを用いたリアルタイム計測による3DCGの開発:(10)慣性センサとサーボアクチュエータを用いた動作提示システムを試作。(11)教育支援システムとして利用するための手法についての検討の必要性が課題。3.教育支援システムの検証1モーションキャプチャ利用のフィードバック・ループの検証:(12)2年間にわたるアンケート調査を実施し、自己研鑽のためのフィードバック・ループの効果を確認。2開発された教育支援システムの検証:最終年度で実施。日本舞踊は「腰」、すなわち重心位置が巧拙の判断の根拠となる。以上、経時変化の解析からも「腰」の安定性が重要であることが確認できた。研究計画調書の「研究計画・方法」に則って実験並びに研究をほぼ予定通りに実施している為。なお、東日本大震災の財源確保のため交付額の配分が2回に分けて支払われたことによりフォースプレート(床反力計)の購入が冬期にずれ込んだ点、また補助金の査定により研究計画・内容の縮小をはかった点を考慮した自己評価とした。25年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画調書の「研究計画・方法」に則って実験並びに研究をほぼ予定通りに実施し、「9.研究実績の概要」で報告した通り、研究課題に即して15本の発表を行い、地道ではあるが成果を出していること。《今後の推進方策》(1)研究計画書の「研究経費」《研究費の妥当性》で述べたように今後は学会発表並びにその論文化をはかり、本研究課題を推進する。(2)上記「9.研究実績の概要」で述べた「(2)舞踊行為の「巧みさ」の抽出」においては本年度本学の助教に採用された三戸勇気氏(当該年度は連携研究者として参加)を研究分担者として受け入れ、「巧みさ」の物理的な特徴量解析の人的補強をはかる。《遂行上の問題点》大きな問題点はない。ただし、査定により縮小された補助金で当該研究を遂行するには国際学会発表の経費(旅費・論文の翻訳代)等の削減をはかることになろう。《今後の推進方策》1研究計画書の「研究経費」
異常長寿命ハドロン原子の開拓的研究

1。CERNの低エネルギー反陽子リング(LEAR)からの反陽子ビームをもちいて、反陽子遅延消滅時間スペクトル(DATS)を精密に測定する装置を作り、さまざまなヘリウム媒質中でのDATSを研究した。液相のみならず、気相においても3%の反陽子が3マイクロ秒の平均寿命を示すこと、それが微量の不純物ガスにより短寿命化することがわかった。2。この現象を微視的に解明するため、レーザー分光の方法が考案され、そのための装置が作られた。長寿命状態と短寿命状態との間にパルス状レーザーによって共鳴転移が起こった場合、DATS上に鋭いスパイクが現れると予想して、共鳴の探索をおこなった結果、波長597.26nmのところに共鳴転移が初めて見つかった。二つのレーザーを用いて共鳴強度の時間相関を測定することにより、親の準位の寿命と初期占有率が決定された。その結果、ヘリウム中の反陽子の異常な長寿命性は中性の反陽子ヘリウム原子の高角運動量状態によるものであることが明らかとなった。この原子はそれ自身、分子としての性質をもつため、アトムキュールと名づけられた。3。こうして確立したレーザー分光によって、新しいレーザー共鳴が次々と見つかり、アトムキュールの構造が決定した。観測された共鳴は長波どれもKorobovによる相対論的補正を含んだ理論値と100万分の5程度で一致することがわかった。さらにアトムキュールの準位が超微細構造をもつことが明らかにされた。構造定数が決定された。また、各準位の寿命がヘリウム媒質の密度に依存すること、微量な水素分子によって激しく短寿命化することが明らかとなった。1。2。3。本年度は異常長寿命反陽子ヘリウム原子の生成-消滅に関し多角的に研究するため、各種ヘリウム媒質をもつターゲットシェルを作製し、CERNのLEARからの低速反陽子ビームを用いて実験研究を行なった。1.高圧ガスヘリウム媒質:30気圧まで耐えるターゲットチェンバーを作り、高純度のヘリウムを封入した。不純物の発生混入をさけるため容器は窓も含めステンレススチールでつくり、長時間ベークした。反陽子の消滅時間スペクトルは予想に反し液体ヘリウムの場合とほぼ同じであった。2.低温ヘリウムガス:10K領象に冷却したヘリウムガスはもっとも長い寿命を示すことが判明した。不純物との衝突など二次効果のもっとも少ない媒質と考えられる。3.固体ヘリウム、液体ヘリウム:この実験のために新たに低温の固体ヘリウムターゲットが開発された。この容器はそのまま高圧の液体ターゲットでもある。反陽子消滅率はヘリウム密度の増加とともにゆるやかに増加し、固相・液相の相転移には依在しないことが判明した。4.他の原子を含むヘリウムガス:Ne、Ar、Kr、Xeのガスを混入し反陽子時間スペクトルの変化を測定し、系統的なデータが得られた。5.他の分子を含むヘリウムガス:水素、窒素、酸素などの分子状不純物は微量混入しただけで消滅時間に大きな変化を及ぼすことが判明した。これらの成果は学術論文として、またいくつかの国際会議において発表された。来年度のレーザー分光実験のため、分光法の研究、レーザー装置の開発を行った。ヘリウムガス中で異常に長寿命を保つ反陽子に大強度パルス状レーザーを照射し、共鳴的に準安定状態(n,ι)=(39,35)から短寿命状態(38,34)への転移を起こさせると、レーザーパルスの印加時間に始状態の占有率分だけが瞬時に消滅し、消滅粒子の時間スペクトル上にスパイクが立つと予想される。1993年10月中旬より行われたCERN-LEARにおける実験で、予想通りそのスパイクが観測された。これによって異常長寿命反陽子の正体がpe^-He^<++>(=pHe^+)原子であることが証明され、反陽子を含む原子の精密スペクトロスコピーへの道が拓かれた。

この観測のためCERNの低エネルギー反陽子蓄積リングLEARからの反陽子ビーム(運動量200MeV/c)を低温ヘリウムガス(10K,0.5気圧)中にとめる。反陽子消滅に伴う荷電・中性パイ中間子発生を99.7%の効率で検知するため7個のカウンターを配置する。即発性消滅を起こしていない長寿命反陽子(全体の3%)だけを選び、エキシマ励起色素レーザーを発振させる。レーザー光は反陽子ビームと反対方向より入射される。反陽子到着後の消滅パイ中間子の時間スペクトルを測定し、スパイクが現れるかどうかをレーザーの波長を変えながら探索した。共鳴の探索は10月15日に開始され、何も見えないまま数日が経過したが、10月20日早暁、ついに探し求めていたスパイクが波長597.26nmあたりに出現した。この結果、共鳴波長は597.260±0.001nmと決定された。この実験の第一報はPhys.Rev.Letters誌1994年2月21日号に発表された。この実験方法を複数のレーザーパルスに拡張することにより、準安定準位のカスケード構造をつぎつぎと明らかにすることが可能となり、反陽子の電磁的性質を研究する糸口がひらかれる。準安定反陽子ヘリウム原子が他の原子分子と激しく反応することはすでにNature誌に発表したところであるが、レーザー分光法の確立により反陽子を含む原子分子の化学反応のメカニズムの解明にもミクロなメスが入れられることになる。反陽子へリウム原子の新しい精密分光法をさらに発展させるため二つの装置を開発し、9月から行われたCERNにおける実験に臨んだ。一つは遅延反陽子消滅時間スベクトルのアナログ計測のためのパルス波形の精密観側であり、他の一つは放射光子の検出用の分光器であるCERNにおける実験は成功裡にすすめられ次のような成果が得られた。1)新しいレーザー共鳴線が47Onmのところに発見され、準位(n,I)=(37,34)から(36,33)への転移と同定された。この共鳴線の時間分布からν=2準安定系列の性質が決定された。2)パルス状ビームを用いた時間スペクトルのアナログ計測が成功し、パルスレーザーの印加時間を任意に設定することが可能となった。この方法により、レーザー共鳴・強度の時間分布がいろいろな媒質条件のもとで測定され、多くの知見を得た。3)低温ヘリウムガス中の寿命のヘリウム原子密度の依存性が研究され、異常な振る舞いが発見された。4)水素不純物を含むヘリウム媒質中の反陽子が異常な時間スペクトルを示すことが発見された。5)3||eと4||eとの間の同位体効果が精密に測定された。6)分光器を川いた光子検出法の開発が行われた。1.反陽子ヘリウム原子の理論的研究を関連研究者と共同で行った。反陽子ヘリウム原子は特異な3体量子系であり、そのエネルギーレベルの精密計算は少数系の量子計算物理の興味あるテーマである。理論値の精度を我々のレーザー実験の精度に近づける試みが関連研究者によって続けられた結果、我々が昨年までに発見した2本のレーザー共鳴の波長と数十ppmで一致する結果が得られた。2.反陽子ヘリウム原子のレーザー分光実験をCERNの低速反陽子蓄積リング(LEAR)で実施した。
西洋における知識革命の物質的基盤の解明――16～18世紀の西洋古典籍の紙分析から

本研究は、ヨーロッパ各地域の1618世紀の古典籍を調査・分析対象とし、各地域で使用されていた印刷用紙を非破壊的な調査方法を用いて、紙の原材料を解明する。その地域間の差異を検証するうえ、中国を主とする同時代のアジアの紙との比較を行い、当時のヨーロッパで流通していた紙の生産地を明らかにする。同時に、東西貿易に関する史料をオランダやロンドンで収集し、紙質分析の結果とあわせて「紙」の流通ルートを検討する。上記の結果を整理することによって、出版文化が急速に発達した16世紀から、ヨーロッパにおける知識革命に「紙」という物質的基盤を提供した東西交流史の一端を究明する。
共変性要素の導入による新たな乱流解析手法の開発

高分子添加溶液の抵抗低減機構の解明をBDSーDNS法を用いて行い、反変型高分子は大きく伸長した時,伸長過程で貯蔵した弾性エネルギーを保持できず,溶媒の運動エネルギーに伝達するため,散逸の生成が増大する事、共変型高分子は,最大に伸長した時,伸長過程で貯蔵した弾性エネルギーを保持するため,顕著な抵抗低減が得られることを明らかにし、伸長の大きな高分子が剛性を有するというde Genneの仮説の正当性を示した.更に、MHD乱流の磁場ベクトルは,反変性高分子と類似した挙動を,また,スカラー勾配と渦度ベクトルは,各々,反変性と共変性高分子に類似した挙動を示す事を明らかにし,普遍的な特性が示された.本研究は、流体乱流における共変性要素の導入が付与する効果を明らかにする事を目的とし、平成26年度は、粘弾性流体とMHD乱流を対象とした解析を行った.粘弾性流体においては、一様等方乱流を対象とし、BDS-DNS法を用いて高Weissenberg数における抵抗低減機構の解明を行い、溶媒の運動エネルギーの高分子弾性エネルギーへの変換によって粘性散逸が低下する事、および、この変換にはKolmogorov長近くまで伸長された高分子の寄与が支配的である事を示した.反変型高分子は散逸率の等値面に沿った方向に分布するのにたいして、共変型の高分子は、等値面の直交方向に分布して張力を及ぼす事により散逸構造の伸長を抑制するため、顕著な抵抗低減が得られる事を明らかにした.次に、せん断の掛かる場における検証のため、BDS-DNS法の一様せん断乱流における適用を試みた.空間の離散化には正弦・余弦級数展開に基づくスペクトル法を用い、外力により一定の勾配を持つ平均速度の維持を図り、反変型と共変型高分子は各々渦層面内方向と面垂直方向に配向し、その方向に張力を及ぼす事で抵抗低減が発生し、一様等方乱流と共通な機構に寄ることを示した.また、高分子応力の非等方化による流れ方向渦の伸長の抑制が、共変型高分子でより大きい事を示した.次に、MHD乱流における電流シート維持機構の解明を目指し、電流ベクトルの支配方程式を導出して、反変・共変の両要素が含まれる事、電流の伸長による電流の生成は起きず磁場との相互作用に起因する事を示した.更に、Hall項の付加によってイオンスキン長の効果の導入を図り、MHDにおける主応力は渦層を張る2方向に面状に作用するため、渦層の不安定性の発生が抑制されるのにたいして、Hall項を含めた場合は、1次元方向のみに主応力が作用するため、層状構造維持が抑制される事を示した.本研究は、共変性要素の導入が流体乱流に付与する効果を明らかにする事を目的とし、平成27年度は、非圧縮性および圧縮性の粘弾性流体、ならびにNewton性非圧縮流体を対象とした解析を行った.非圧縮性粘弾性流体においては、多重スケール法の一つであるBDS-DNS法を一様等方乱流に適用して、高Weissenberg数におけるエネルギー伝達機構の解明を行った。溶媒の流動に対する高分子の追随性が強い場合、高分子は反変型として運動するが、伸長が大きくなると伸長時に蓄積した弾性エネルギーを保持できず、溶媒の運動エネルギーへの変換が起きるため、粘性散逸が増大するのにたいして、追随性が低い場合は共変型として運動し、大きな伸長を受けても弾性エネルギーが保持されるため、顕著な抵抗低減が得られる事を明らかにした。次に、圧縮性が粘弾性流体に及ぼす影響を検証した。反変性と共変性の弾性を持つ要素の添加による流体への応力の印加を模擬するため、高分子応力の構成方程式を解いて応力を算出しNavier-Stokes方程式に付加する方法を採用し、共変性要素が反変性要素に比べて、より大きな抵抗低減を生じる事を示した。また、圧縮性に固有なPressure-dilatation項が、溶媒の内部エネルギーの運動エネルギーへの変換を促して弾性エネルギーの生成を行って、抵抗低減を促進する事、その効果は共変性の場合に強まる事を示した。Newton性流体における反変型要素として渦度があるが、渦度の伸長の検証を行い、反変型の高分子と同様に、伸長が大きくなると散逸の生成を伴うため、伸長が抑制される事を示し、反変型要素が有する普遍的な特性を明らかにした。非圧縮性と圧縮性の粘弾性流体、ならびにNewton性流体の広範囲の流体において反変性要素の付与が乱流の挙動に与える効果の検証を完了し、その普遍的な特性を明らかにした。また、粘弾性流体においては、近年注目されているElasto-inertial turbulence(EIT)と呼ばれる、高分子の大きな伸長時における弾性エネルギーの溶媒への伝達の機構を明らかにした。更に、共変型高分子では、EITの発生が抑制できる事を示したが、これは世界的に見ても、過去に全く指摘されていない先駆的な結果であり、2015年12月にフランスで開催された国際会議で招待講演を行い、高い評価を得た。このため、計画以上の進展と成果が得られたものと考えている。粘弾性流体、MHD、圧縮性乱流、伝熱場等の広範囲の流動を対象として、反変性と共変性要素の特定とそれらの相互作用を解析し、共変性要素の果たす役割を明らかにした.粘弾性流体では、高分子を添加した一様等方と一様せん断乱流のBDS-DNSを行い、一様なせん断の掛かる場においても等方場と同様に、溶媒の変形に対する高分子鎖の非追随性を考慮した場合に顕著な抵抗低減が起きることを明らかにし、管内流における構成方程式によるDNSの結果と整合していることを示した.

また、弾性エネルギーの生成に対して反変型と共変型高分子が機能する伸長領域が互いに異なり、相補的な振舞をする事を明らかにした.MHDでは、磁場ベクトルおよび電流密度ベクトルの反変性と、Lorentz力の共変性を示し、それらの渦層における配向を明らかにした.渦層上におけるMaxwell応力の非等方性を示し、磁場の選択的配向による張力の発生と、その張力による渦層の不安定化の抑制を明らかにし、反変型高分子添加溶液との類似性を示した.圧縮性乱流では、圧縮性混合層における渦度生成低減機構の解明を行った.渦度の支配方程式においては、vortex-stretching項がマッハ数に依存せずに支配的であるが、高マッハ数では、渦軸方向の伸長が減少するため混合層中のrollerのmergingが発生しない事を示した.高マッハ数では、compression項の寄与は無視できず、膨張による渦軸方向渦度の生成の抑制に寄与する事を示した.Baroclinic torque項は共変型の密度勾配と圧力勾配ベクトルの外積で与えられるため反変ベクトルとなる事を示し、その強度は小さいものの渦度の伸長ベクトルに対抗する配向を取るため、渦度生成を抑制する事を示した.伝熱場では、流体のエネルギー伝達を担う渦度ベクトルは反変性で温度勾配は共変性であるため、温度場は流体に比べてより大きな伸長を受け,より小さなスケールが形成される事を示した.高分子添加溶液の抵抗低減機構の解明をBDSーDNS法を用いて行い、反変型高分子は大きく伸長した時,伸長過程で貯蔵した弾性エネルギーを保持できず,溶媒の運動エネルギーに伝達するため,散逸の生成が増大する事、共変型高分子は,最大に伸長した時,伸長過程で貯蔵した弾性エネルギーを保持するため,顕著な抵抗低減が得られることを明らかにし、伸長の大きな高分子が剛性を有するというde Genneの仮説の正当性を示した.更に、MHD乱流の磁場ベクトルは,反変性高分子と類似した挙動を,また,スカラー勾配と渦度ベクトルは,各々,反変性と共変性高分子に類似した挙動を示す事を明らかにし,普遍的な特性が示された.乱流場中のベクトルは流体のせん断による伸長を受けて運動するが、反変性と共変性要素に分類される.本研究は、広範な乱流場において、反変性に比べて解明が進んでいない共変性要素の果たす役割を明らかにし新手法の開発を図る事を目的とする.平成26年度は、一様等方粘弾性乱流のBDS-DNSにおいて共変性要素の新たな局面を明らかにし、BDS-DNSの適用を一様せん断乱流に拡張した.当初平成26年度末に予定していたコード作成作業の完了が早められたため、BDS-DNS計算の実行とデータ解析まで進める事ができた.この結果、工学的実用化において重要なせん断の掛かる場においても、共変性高分子の添加によって反変性高分子に比べてより顕著な抵抗低減が得られる事、および、その低減が一様等方乱流と共通な機構による事が明らかにされた.当初平成27-28年度に予定していたMHD乱流における反変性・共変性要素の解析の、平成26年度中の着手が可能となり、MHDの一様等方性乱流にたいする離散フーリエ展開によるコードの開発と実行を行った.MHD乱流では、電流シートの形成とその維持が示されているが、その維持機構の解明のため、反変性と共変性要素の解析を行った.このため、電流の支配方程式を導出し、この方程式には反変性と共変性要素の両者が含まれ、電流ベクトルの回転のみが生成されて伸長は生成されないという注目すべき結果を明らかにした.次に、Hall項の付加による微細な特性的長さスケールの導入を図った.
学童期口腔健康レベル評価法の確立に関する研究

児童の口腔健康状態を評価する方法を確立する目的で、小学校1年生時の健全乳歯の本数および唾液S.mutans(MS)レベルをもとに口腔健康状態の評価を行った.その結果、口腔健康レベルを以下の3つのグループに分類することができた.HighHealth:下顎乳臼歯の健全歯数が34歯、MiddleHealth:下顎乳臼歯の健全歯数02歯かつMSレベルClass0、LowHealth:下顎乳臼歯の健全歯数02歯かつMSレベルClass1以上.児童の口腔健康状態を評価する方法を確立する目的で、小学校1年生時の健全乳歯の本数および唾液S.mutans(MS)レベルをもとに口腔健康状態の評価を行った.その結果、口腔健康レベルを以下の3つのグループに分類することができた.HighHealth:下顎乳臼歯の健全歯数が34歯、MiddleHealth:下顎乳臼歯の健全歯数02歯かつMSレベルClass0、LowHealth:下顎乳臼歯の健全歯数02歯かつMSレベルClass1以上.第1大臼歯の咬合面の初期う蝕の動態をQLF法にてモニタリングした結果、低学年で視診により検出されたCO歯は、脱灰量が大きくかつ進行性である確率が高いのに対し、高学年で検出されたCO歯は、脱灰量が小さくかつ回復性の初期う蝕である確率が高いことを明らかにした.この結果から、低学年で検出されるCO歯には積極的なう蝕予防対策を講じることの重要性を示すことができた.また、1年生時口腔健康レベル(唾液SMレベル、下顎乳臼歯健全歯数により評価)および2年生以降の永久歯う蝕発生に関わる生活習慣項目について検索した結果、間食時間の規則性、間食の食べ方、間食回数、飲物種類、朝食摂取状況が重要であることがわかった.とくに、1年生時口腔健康レベルがMiddleおよびLow Health群であっても、よい生活習慣を3つ以上続けることができれば、永久歯を健全に維持できることが示された.さらに、健康増進対策の一案として実施している学童期給食後ガム(砂糖非配合)摂取が口腔内環境に及ぼす影響について検討した結果、ガムを摂取することにより唾液SMレベルおよび唾液緩衝能ともに改善者の割合が有意に高くなっていることを明らかにした.1年生時口腔健康レベル別に検討した結果においても、High、Moderate、Low Healthいずれの健康レベル群でもガムを摂取したグループのSMレベルおよび唾液緩衝能が有意に改善されていることがわかった.さらに、High、Moderate Health群ではPOsCa+緑茶フッ素配合ガムを摂取したグループでより口腔内環境が良くなっていることが明らかとなった.これらの結果から、比較的高い健康レベルの者にはフッ化物添加ガムが健康増進対策として有効であり、また、健康レベルの低い者には、フッ化物添加の有無に関わらず、ガムを噛むことで健康レベルを向上させることができることを示せた学童期の永久歯う蝕が減少し、今後学童期の口腔保健対策を構築していくには、児童の大半を占める永久歯健全者に対する健康増進という概念での口腔保健対策が重要である.そのためには、学童期に口腔の健康レベルをアップすることにより、疾患にかかりにくい児童を育成することが、将来の歯科疾患の減少につながっていくと考え、学童期の新たな口腔保健対策を検索する目的で、給食後のリン酸化オリゴ糖配合チューインガムの摂取が口腔内環境にどのように影響するかについて検討した.その結果、ガムを摂取することによって、唾液SMレベル、唾液緩衝能ともに有意に改善あるいはよい状態が維持されることがわかった.また、初期齲蝕に対する積極的な改善作用を検討するため、新規入学生には緑茶抽出フッ素配合ガム摂取を実施した.従来のガムとこのフッ素配合ガムについて1年間の初期齲蝕の動向をQLF法(器機による初期齲蝕脱灰量測定)にて比較検討した結果、フッ素配合ガムを摂取した群では従来のガム摂取群に比べ、初期齲蝕が回復傾向にあるものが有意に多くなっていた.この結果は、視認できる初期齲蝕の数でも認められ、ガムを噛んでいない群および従来のガムを噛んだ群では、1年間で視認できる初期齲蝕数が増加していたのに対し、フッ素配合ガムを摂取した群では増加していなかった.さらに、1年生時口腔健康レベルによって、ガム摂取による効果の違いを検討した結果、健康レベルが高い者でが、緑茶抽出フッ素を配合したガムを噛むことで、リン酸化オリゴ糖のみ配合ガムより、さらにSMレベル、唾液緩衝能が改善し、健康増進対策として有効であることがわかった.健康レベルの低い群ではフッ素配合の有無にかかわらず、リン酸化オリゴ糖配合ガムを噛むことで健康レベルを向上できることがわかった.学童期の健康増進対策として、給食後にリン酸化オリゴ糖Ca配合ガムの摂取を実施し、ガム摂取の継続により唾液緩衝能が高まることを示した.また、初期齲蝕の動向に対する効果については、ガムを噛んでいても3年生6年生に比べ、1,2年生時の第一大臼歯咬合面の初期齲蝕は進行しやすいことが明らかとなった.そこで、1、2年生にはリン酸化オリゴ糖Ca配合ガムに緑茶抽出フッ素を添加したガムの摂取を実施した.本年度は、主としてその効果について、ガムを噛んでいない対照校との比較も加え検討した.その結果、1年生時にQLF(Quantitative Light-Fluorescence)法によって検出された第1大臼歯咬合面の初期齲蝕は、リン酸化

オリゴ糖Ca配合ガム摂取群ではベースライン時平均5.4部位から2年後に8.7部位に有意に増加したのに対し、緑茶抽出フッ素配合ガムを摂取した群では、4.4部位5.5部位と2年間でわずか1部位しか増加しておらず、両群間には6か月、12か月、18か月、24か月後いずれの時点でも有意な差が認められた.また、初期齲蝕をモニタリングした結果、緑茶抽出フッ素配合ガム摂取群の初期齲蝕は回復傾向にある割合が高いことがわかった.さらに、ガムを摂取していない対照校と比較した結果、ガム摂取群は、対照群より歯磨き習慣、間食習慣、唾液中S.mutansレベルが悪いにもかかわらず、3年生時の平滑面の初期齲蝕保有者率が低い(ガム摂取群25.0%に対しガム非摂取群40.5%)ことがわかった.また、唾液流出量もガム摂取期間が長いほど対照群と比較して多くなっていることがわかった.以上、本研究の結果、給食後ガム摂取を継続することで噛む訓練ができ、唾液流出量が増加し、平滑面の初期齲蝕発生抑制ならびに第一大臼歯咬合面の初期齲蝕進行抑制につながることが明らかとなった.学童期の口腔健康レベル評価法については確立することができた.また、口腔健康レベルの向上するための対策の一つの方法として、学校における給食後ガム摂取の実施を試み、その効果を評価することができた.24年度が最終年度であるため、記入しない。唾液流出量、唾液緩衝能、唾液中SMレベルおよび生活習慣要因の変化パターンを明らかにし、その変化パターンと初期う蝕動向との関連、および3年間のう蝕発生との関連について解析する.また、今回確立した口腔健康レベル評価法が他の小学校においても応用可能かどうかを検討するため、調査対象校を1校追加し、同様の解析を実施する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
新規多発血管炎性肉芽腫症モデルマウスの確立

マウスに結核類似病変引き起こすモデルにMPO抗体を投与することにより、GPAに類似した病変を誘導できるか検討した。MPOノックアウトマウスを免疫することにより、抗MPO抗体作製に成功した。過去の報告にしたがって、抗体をB6マウスに投与したが、効率的に腎血管炎の誘導ができなかった。同モデル再現が難しかったとの報告もあり、LPSを加えて抗体を投与したところ、腎炎の誘導に成功した。TDMを抗体とともにB6マウスに投与したところ、肉芽腫病変の増大傾向を示す結果が得られたが、再現性を得るのに困難を要した。現在抗体が肺肉芽腫の修復障害に関わっていると仮定し、肉芽腫回復期を観察する実験を進めている。本研究ではマウスでMPAを誘導することのできるMPO-ANCAとともにsecond hitとして気道炎症を加えることで、GPA病態を再現できるかを検討する。Second hitとしては二つの方法を用いる。マウスを用いてMPO-ANCAの存在下に1結核菌の菌体成分であるトレハロース・ジミコール酸(trehalose dimycolate:TDM)、もしくは少量の菌体を投与する。MPOノックアウトマウスをリコンビナントMPO+完全型フロインドアジュヴァントで1回、不完全型フロインドアジュヴァントで3回免疫し、マウス血清を回収。血清をカプリル酸沈殿で粗精製を行った後、プロテインGカラムを用いて、IgG分画をアフィニティー精製した。抗体の抗MPO活性はELISAを用いて確認された。その他アジュヴァントをTiter Maxに変更して免疫したが、前者プロトコールの方が収量が良好であった。抗MPO活性が確認された抗MPO抗体をB6マウスに静脈内投与を行った。投与後一過性の血尿は確認されたが、論文に示されているような糸球体腎炎は確認できなかった。TDMの最適な投与量を確認するため、B6マウスにTDMを各3、10、30μgづつ投与を行った。各インジェクションで肺肉芽腫形成を確認できたが、10μgが最適量と考えられた。TDM10μgと抗MPO抗体を同時に投与を行った。抗体投与で肉芽腫増大するマウスも確認できたが、再現性が乏しかった。現在抗体の収量を上げるため、免疫の条件を設定しているところである。多発血管炎性肉芽腫症(GPA)は上気道から始まり、肺腫瘤性病変、腎糸球体病変を引き起こす肉芽腫性血管炎である。自己抗体である抗好中球細胞質抗体(ANCA)陽性で特徴付けられるANCA関連血管炎に含まれる。同じANCA関連血管炎である顕微鏡的多発血管炎(MPA)のANCAを使った実験動物モデルは確立しており、その病態は理解されているが、GPAでは有用な動物モデルは確立されていない。我々はGPAがMPAと異なり、気道炎症を伴うことに着目し、ANCAに加えて気道の炎症というセカンドヒットがGPAの病態を形成していると仮設した。本研究の目的はGPA発症モデルマウスの確率である。ANCAとともに気道炎症を誘発することにより、同モデルを確立することを考えた。本研究ではマウスでMPAの誘導することのできるMPO-ANCAとともにセカンドヒットとして気道炎症を加えることで、GPA病態を再現できるかを検討する。セカンドヒットとしては二つの方法を用いる、MPO-ANCAの存在下に結核菌の菌体成分であるトレハロースジミコール酸、もしくは少量の菌体を投与する。平成26年度にMPOノックアウトマウスをMPOで免疫した血清よりMPO-ANCAに成功した。TDMとの同時投与で肉芽腫の増悪を確認したデータが得られたが、再現性も乏しかった。26年度にMPOノックアウトマウスをMPOで免疫した血清よりMPO-ANCAに成功した。TDMとの同時投与で肉芽腫の増悪を確認したデータが得られたが、再現性も乏しく、各種条件で最適条件を検討したが、未だ安定した条件はできなかった。一方MPO-ANCAの抗体も過去の論文と同じような、十分な血管炎が得られず、問題点を検証した。こちらについてはLPSを投与することにより腎炎を誘導することに成功した。また抗体の収量が少ないため、免役法の条件を検討した。こちらに関しても、最終的にはオーソドックスなCFA/ICFSによる免疫法が最も良いことを確認した。我々はANCA関連血管炎患者227名のデータ解析を行い、MPO-ANCA陽性多発血管炎肉芽腫症(GPA)患者の背景に上気道炎症を多く認め、気道病変、結節性病変を多く認めることを示した。この結果はMPO-ANCA陽性GPAの肺病変が、ANCAだけではなく、局所の炎症の影響を強く受けることを示す。本研究のANCA関連血管炎の肉芽腫性病変が、MPO-ANCAだけでなく局所の炎症の作用を必要とするという仮説に合致する。しかし、MPO抗体によるGPA増悪効果は再現性のある形で得られなかった。本研究の問題点について以下のものが考えられた。1)MPO抗体の力価が低い:MPOで免疫後回収したIgGのMPOに対する反応性はELISAで確認されたが、MPO抗体をマウスに静脈内投与したが、尿潜血、タンパクを軽度認めるのみで、過去の報告のように病理学的腎炎を確認できなかった。

我々は免疫源として、市販のリコンビナントMPOを使用して行ったが、高価のため減量して使用した。そのことがMPO抗体の力価が上がらない問題点の一つと考えられた。2)TDM投与する条件:TDM投与条件をいくつか検討したが、減量投与した場合の結節影出現の再現性が得られなかった。技術的な問題を克服する必要があると考えられる。3)仮説についての再検討:これまで、MPO抗体が結節影形成を増強する仮定し、研究を進めたが、TDMの刺激が強すぎて、MPO抗体の有無の差を観察することができなかった。近年GPAにおいて、ANCAが死細胞除去を障害するという報告もされている。MPO抗体は結節影の改善を障害する可能性も考えられる。マウスに結核類似病変引き起こすモデルにMPO抗体を投与することにより、GPAに類似した病変を誘導できるか検討した。MPOノックアウトマウスを免疫することにより、抗MPO抗体作製に成功した。過去の報告にしたがって、抗体をB6マウスに投与したが、効率的に腎血管炎の誘導ができなかった。同モデル再現が難しかったとの報告もあり、LPSを加えて抗体を投与したところ、腎炎の誘導に成功した。TDMを抗体とともにB6マウスに投与したところ、肉芽腫病変の増大傾向を示す結果が得られたが、再現性を得るのに困難を要した。現在抗体が肺肉芽腫の修復障害に関わっていると仮定し、肉芽腫回復期を観察する実験を進めている。B6が糸球体腎炎抵抗性であり、感受性の高い129S6/SvEvマウスに変更して、実験を計画する。好酸球性多発血管炎性肉芽腫症のモデルとして、喘息モデルマウスにMPO-ANCAを投与し、その反応を見る。我々の臨床研究よりMPO-ANCA陽性患者でもGPA型を示す症例も多数おり、そのような患者では背景に先行する上気道病変を持ち、MPAとも異なる病型、転帰を示すことがわかった(近日論文投稿予定)。最近の学会では、本研究とほぼ同じような方法で、マウスにMPO-ANCAとともにLPSを吸入させることによりGPA様病態を誘導したとする報告があった。今後その結果の追試を行い、本モデル妥当性を検討する。TDM投与モデルは系が安定しないので断念し、気管支喘息モデルにMPO-ANCAを投与することにより、好酸球性多発血管炎性肉芽腫症モデルの確立することを予定している。血管炎
Rasファルネシルトランスフェラーゼ阻害物質の分子設計

癌遺伝子Rasは多くの哺乳動物の癌細胞から見いだされており、この遺伝子がコードしているRas蛋白質は抗癌剤の標的として重要なものである。Ras蛋白質が機能を発現するためには、ファルネシルトランスフェラーゼ(FTase)によりRas蛋白質末端のシステイン残基がファルネシル化を受けることが必要とされている。本研究ではFTaseが亜鉛酵素であることに着目し、有機合成化学、FTaseの専門家、癌遺伝子産物と細胞内シグナル伝達領域の専門家の共同研究により、亜鉛のキレート剤を設計合成し、それによりFTaseの新規阻害物質を得ることを目的とした。平成13年度は研究代表者(大塚)、研究分担者(大川原、山崎、岡本、梅澤、井本)に加え、海外共同研究者(玉野井、Burke、Casey、Corey、Lazo、Manne)6名の参画のもとに、より多角的な研究を展開し、平成13年7月に熊本大学にて研究連絡会を兼ねた3年間の成果報告のシンポジウムを開催した。ジメチルアミノピリジンと2つのヒスタミン側鎖からなる種々の人工配位子によるファルネシルトランスフェラーゼの変異体の阻害に成功したこと、および癌の温熱療法への応用を検討したこと、Rasのファルネシル化とファルネシルトファンスフェラーゼの関連を明らかにしたこと、ファルネシルトランスフェラーゼ阻害剤の臨床応用、酸化還元と細胞周期を検討したこと、Grb2SH2ドメインの阻害剤の合成に成功したことが平成13年度の成果として総括することができる。癌遺伝子rasは多くの哺乳動物の癌細胞から見いだされており、この遺伝子がコードしているRas蛋白質は抗癌剤の標的として重要なものである。本研究ではFTaseが亜鉛酵素であることに着目し、有機合成化学者、FTaseの専門家、癌遺伝子産物と細胞内シグナル伝達領域の共同研究により、亜鉛の新規キレート剤を設計合成し、それによりFTaseの新規阻害物質を得ることを目的とした。研究代表者らはジメチルアミノピリジンと2つのキレート性側鎖とからなる対称的構造をもった人工配位子を種々合成した。これらの化合物は亜鉛と強く結合することが分かった。なかでもジメチルアミノピリジンとシステアミンからなる化合物HPH-5はY361L変異型FTaseに対して強力な阻害効果を示した。化合物HPH-5によるFTaseY361L変異体の阻害は亜鉛イオンを同時に添加することにより抑えられたが、Y361L変異体をHPH-5と5分間インキュベートさせた後に亜鉛イオンを添加しても阻害活性は回復しなかった。このことは、阻害剤HPH-5がFTaseY361変異体の亜鉛部位と結合を形成して阻害していることと矛盾しない。この実験結果はRasを阻害する新しい抗癌剤への道を開くものと考えられる。研究代表者らはジメチルアミノピリジンと2つのキレート性側鎖からなる対称的構造をもった人工配位子を種々合成した。なかでもジメチルアミノピリジンとシステアミンからなる化合物HPH-5はFTaseのY361L変異型に対して強力な阻害効果を示した。阻害剤HPH-5がFTaseのY361L変異型の亜鉛部位と結合を形成して阻害していることを示唆する実験結果を得た。

HPH-5と亜鉛との結合を解明するために、2-メチルスルファニルエチルアミンとジメチルアミノピリジンからなる新規人工配位子を合成した。その銅錯体のX線結晶解析を行い、2つの二級アミノ基本がアピカル位を占めたトリゴナルバイピラミダル構造と1つのチオエーテルがアピカル位を占めたスクエアピラミダル構造の中間の構造をとっていることが明らかになった。この結果はRasを阻害する抗癌剤の分子設計への新知見となるものと考えられる。癌遺伝子Rasは多くの哺乳動物の癌細胞から見いだされており、この遺伝子がコードしているRas蛋白質は抗癌剤の標的として重要なものである。Ras蛋白質が機能を発現するためには、ファルネシルトランスフェラーゼ(FTase)によりRas蛋白質末端のシステイン残基がファルネシル化を受けることが必要とされている。本研究ではFTaseが亜鉛酵素であることに着目し、有機合成化学、FTaseの専門家、癌遺伝子産物と細胞内シグナル伝達領域の専門家の共同研究により、亜鉛のキレート剤を設計合成し、それによりFTaseの新規阻害物質を得ることを目的とした。平成13年度は研究代表者(大塚)、研究分担者(大川原、山崎、岡本、梅澤、井本)に加え、海外共同研究者(玉野井、Burke、Casey、Corey、Lazo、Manne)6名の参画のもとに、より多角的な研究を展開し、平成13年7月に熊本大学にて研究連絡会を兼ねた3年間の成果報告のシンポジウムを開催した。ジメチルアミノピリジンと2つのヒスタミン側鎖からなる種々の人工配位子によるファルネシルトランスフェラーゼの変異体の阻害に成功したこと、および癌の温熱療治への応用を検討したこと、Rasのファルネシル化とファルネシルトファンスフェラーゼの関連を明らかにしたこと、ファルネシルトランスフェラーゼ阻害剤の臨床応用、酸化還元と細胞周期を検討したこと、Grb2SH2ドメインの阻害剤の合成に成功したことが平成13年度の成果として総括することができる。
キー・コンピテンシー育成に必要な教科・領域の研究

【研究目的】キー・コンピテンシーを中心に据えた国際理解の授業実践をし、国際理解とキー・コンピテンシーとの関連性を明らかにすることを目的とする。【研究方法】国際理解の学習の前後に各々1回、調査対象児童に対して、キー・コンピテンシーの3つのカテゴリーについての質問紙調査を行う。そして、国際理解の学習の前後で、質問紙調査の結果に有意差があるか調査する。また、調査対象児童の国際理解の能力と質問紙調査の結果について相関関係があるか調査する。さらに、国際理解を実践していない学校にも質問紙調査を行い、調査対象児童との結果に有意差があるか調査する。【研究成果】質問紙調査では,国際理解の学習の前後、国際理解を実践していない学校との比較において、22項目のうち11項目において,危険率5%、1%で有意差が出た。有意差の出た項目をまとめると,「問題解決的な学習を通して,他の領域に活用することができ,自己肯定感をもてるようになった」となる。このことは,キー・コンピテンシー「知識や情報を活用する能力』と関わりがある。本研究では国際理解を進め,自己決定したり,自分の考えをまとめたりする機会を多く設定した成果と考えられる。これらの調査から、「国際理解の学習を行うことでキー・コンピテンシーを育成できる」「国際理解を行っている学校にキー・コンピテンシーが高い」ことがわかった。また、操業実践質問紙調査の結果から、「国際理解の能力の高い子はキー・コンピテンシーが高い。」こともわかった。」こともわかった。
バルクナノ結晶粒半導体の新規創製

本年度はGeおよびGaAsのHPT加工によるバルクナノ結晶粒作製とZnTeの新規HPT加工実験を行った。いずれの場合も付与圧力を24 GPaとした。GeのHPT加工には、純度99.999%のディスク試料を用いた。HPT加工後では、ダイヤモンド構造のGe-Iに加えて準安定相であるGe-IIIが観察され、準安定相の形成が付与ひずみにより促進されることがわかった。HPT加工後の試料を窒素雰囲気中でアニール処理すると、XRDおよびラマン測定にてGe-IIIに対応するピークは消滅し、Ge-Iへ相変態することがわかった。また室温におけるフォトルミネッセンス(PL)測定では、Ge-Iナノ結晶に起因する600800 nmにブロードなピークが観察された。GaAsのHPT加工には、単結晶GaAs(100)基板小片を用い、423 Kにて温間HPT加工を行った。温間加工後のXRD測定では、GaAs-Iの回折ピークのみが観察され、準安定相は観察されなかった。PLスペクトルでは、700 nm付近のブロードなピークが観察され、結晶粒微細化とアニール効果が同時に生じたことがわかった。ZnTeのHPT加工には、PドープZnTe(100)基板の小片を用いた。HPT加工後はジンクブレンド構造のZnTe-Iにて構成されることがわかった。773 Kにてアニールを行うと、550 nm付近のバンドギャップに対応するPLピークに加え、680 nmを中心とするPLピークが観察された。これはHPT加工により格子欠陥や空孔が導入された後、アニールによりTeおよびZn原子の拡散が促進されたと考えられる。以上の結果より、HPT加工とアニール処理を組み合わせることで、バルクナノ結晶粒半導体が得られること、また光学的特性においてバルクとは異なる性質が得られることが明らかとなった。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、巨大ひずみ加工によるバルクナノ結晶半導体の新規創製を目的としている。本年度は主としてシリコン(Si)およびゲルマニウム(Ge)について、巨大ひずみ加工法の一つであるHigh-Pressure Torsion (HPT)による加工を施し、結晶構造の変化や光学特性について調査した。Siの場合、単結晶Si基板小片を用い、室温にて付与圧力および回転速度をそれぞれ24 GPa、1 rpmとした。付与ひずみを増加させた場合、準安定相であるSi-IIIやSi-XIIの形成が促進されることがわかった。アニール処理後の試料において、高分解能TEM観察にてSiナノ結晶粒が存在することを確認した。またフォトルミネッセンス(PL)測定では、回転数の増加とともに短波長側へのピークシフトが観察された。GeのHPT加工では、試料に純度99.999%のGeロッドを用いた。ディスク状にスライスした後、付与圧力24 GPa、室温にてHPT加工を行った。HPT加工によりダイヤモンド構造のGe-Iに加えてST12構造のGe-IIIが形成されることがわかった。これはHPT加工時には高圧相のGe-IIとなっており、圧力を除荷した際にGe-Iに加えて準安定相のGe-IIIが生成したと考えられる。また室温にてラマン散乱分光測定を行うと、Ge-IIIピークが消滅し、Ge-Iのみとなることがわかった。これは測定中にレーザーアニールが起こるためであり、試料温度を約180 Kに冷却することで準安定相ピークが観察されることがわかった。また低温でのPL測定では、発光ピークは得られないことがわかった。これはSiと同様の結果であり、アニール処理による結晶構造および光学特性の変化が期待される。またガリウム砒素(GaAs)については加工後およびアニール後のGaAs-I結晶粒の観察および温間HPT加工実験を行った。

773 Kにてアニールを行うと、550 nm付近のバンドギャップに対応するPLピークに加え、680 nmを中心とするPLピークが観察された。これはHPT加工により格子欠陥や空孔が導入された後、アニールによりTeおよびZn原子の拡散が促進されたと考えられる。以上の結果より、HPT加工とアニール処理を組み合わせることで、バルクナノ結晶粒半導体が得られること、また光学的特性においてバルクとは異なる性質が得られることが明らかとなった。26年度が最終年度であるため、記入しない。当初ZnTeのHPT加工についても実施する予定であったが、アニール処理後のSiナノ結晶存在の確認およびHPT加工後のGeの相変態について詳細に観察する必要があったため、ZnTeについては来年度への研究課題とした。またGaAsについては温間HPT加工による相変態について継続調査中である。SiおよびGeについては一定の研究成果が得られたため、「(2)おおむね順調に進展している」とした。Siについて、付与ひずみの増加に伴う結晶粒微細化を試みるとともに、フォトルミネッセンスによる発光特性のさらなる改善を試みる。またナノ結晶粒の構造特性評価として、TEMなどによる微細組織観察を行う。Geについては準安定相形成の付与ひずみ依存性およびアニール効果、フォトルミネッセンス発光特性の評価を行う。化合物半導体では、GaAsについて温間HPT加工による準安定相形成と光学特性変化について調査する。またZnTeについてはZnTe結晶を用いたHPT加工を行う。
ヒト癌におけるムチン遺伝子発現の意義

様々なヒト癌におけるムチン抗原の発現と、予後をはじめとする臨床病理学的因子との関連性がより明確になってきた。具体的な成果は以下の通りである。(1)膵腫瘍におけるムチン遺伝子発現の分子病理学的検索で、膵管内乳頭腫瘍(IPMT)は、MUC2(腸型分泌ムチン)が陽性で"dark Cell"からなり癌の併存率が高い症例と、MUC2が陰性で"clear cell"からなり癌の併存率が低い症例に分けられた。WHO分類では一つの系統で悪性化が記載されているIPMTは、MUC2が陽性と陰性の2系統に分類する方が、個々の症例に適した手術の適応や術式の選択に好都合であり、さらに、MUC2陽性のIPMTではMUC2染色が手術摘出断端の決定にも有効である。(2)最近の大腸腺腫は過去の症例に比べて、組織学的異型度、核分裂指数、ならびにKi-67標識指数が有為に高値で、一方、腸粘膜の分化指標となるMUC2の発現は低下しており、悪性転化を起こしやすい傾向がある。(3)大腸腫瘍でのシアリルTn形成のためのシアル化は、腺腫ではtrans-Golgi器官で起きるが、癌ではGolgi器官全体と粗面小胞体で起きる(MUC2とシアリルTnの発現の免疫電顕的検索結果)(4)大腸の粘液癌においては、MUC2のみでなく、胃型ムチンのMUC5ACならびにMUC6も、通常の管状腺癌よりも有為に高発現をしていた。一方、低分化腺癌においては、MUC2が通常の管状腺癌よりも有為に低発現をしていた。(5)胃癌症例のリンパ節でのmicrometastasisの検出に、RT-PCRによるムチンのmRNAの検索を応用し、その検索結果と術後再発との関連性の検討を開始した。(6)一方、ムチンの発現が顕著でない甲状腺腫瘍においては、新しい細胞接着因子のガレクチン-3の腫瘍特異的発現がみられ、その発現率は、濾胞腺腫<濾胞癌<乳頭癌であった。
基板によりグラフェンに誘起される物性のシミュレ-ション

基板がグラフェンに有益な物性を発現させるかについて研究を行った。とくに、Ni基板上の多層グラフェンを研究した結果、基板直上のグラフェンが基板の影響を強く受け、グラフェン単独では極めて小さいスピン軌道相互作用が無視できなくなることを見いだした。さらに、ラシュバ効果の発現等が期待できることを明らかにした。この知見は、今後グラフェンのスピントロニクス応用を考える上で重要である。Ni基板上多層グラフェンの電子状態をスピン軌道相互作用を取り入れた第一原理計算により調べ有用な知見が得られた。始めに、Ni基板上の1層グラフェンの計算を行った。強磁性Ni基板の影響によりグラフェンのπバンドにおいて、スピン分裂が生じ、さらにこのバンドはスピン軌道相互作用の影響を受ける事が分かった。さらに、Ni基板上5層グラフェンについて計算を行った。部分状態密度の解析から、Ni直上のグラフェンの電子状態は、Ni基板より、非常に大きな影響を受けるが、それ以外のグラフェン層では、影響が小さい事が分かった。また、ジグザグエッジを持つ多層グラフェンナノリボンの電子状態計算を行った。リボン両端のエッジでは、反対方向のスピンを持ち、層間の相互作用は、強磁性的である事が分かり、全系は反強磁性である事が分かった。この系にキャリアを注入すると、強磁性となる事を発見した。適切な基板の選択により、キャリアの注入が可能ではないかと期待される。Niを電極とし、グラフェンの層と垂直方向に流れる量子伝導の計算に関して、試験的な計算を行った。本計算では、NEGF(Non-Eequilibrium Green's Function)法を用いている。この予備的計算により、次年度以降に本格的な計算が始められる環境を構築した。本研究では、基板がグラフェンに影響を及ぼし,新しい物性が出現する可能性を探ることを目的としている。本年度は、昨年度に引き続き、強磁性基板Ni上のグラフェンの電子状態を,解析した。計算には、OpenMXコードを用い、相対論的第一原理計算を実行し,スピン軌道相互作用を考慮した。はじめに、Ni基板上1層及び複数層のグラフェンの計算を行った。部分状態密度の解析により、Ni基板直上のグラフェン1層は、Ni基板の影響を強く受けることが明らかになった。このとき、グラフェンのA副格子とB副格子では、スピンの方向が逆で有り、反強磁性的スピン配置となっていることが明らかになった。いっぽう、2層目以降では、Niの影響は小さくなり、部分状態密度は、グラフェンの状態密度に近づく事が分かった。ただし、部分状態密度の解析によりグラフェン層に少し電子が移動している事が明らかになった。つぎに、Ni基板が直上のグラフェン層にのみ強い影響を与えることに鑑み、Ni上1層グラフェンにつき、スピン軌道相互作用の影響について調べた。この系では、Ni基板からの影響により、スピン分裂が起こる。スピン軌道相互作用を入れた計算と入れない計算を行い、この系のラシュバ分裂を明らかにした。これまでの実験的研究では、大きなRashba効果と小さいRashba効果がそれぞれ観測され、その違いがどの様な原因で生じるのかは不明であった。本研究の結果は、小さいRashba効果を支持した。本研究で対象としている系では、ファンデルワールス相互作用を精密に取り入れないと信頼性の高い構造計算ができないが通常の密度汎関数法では、この相互作用を正確に取り入れるのが難しかった。そこで、通常のLDA計算の他、Grimmer(DFT-D2)の方法およびWilliamsの方法を用いファンデルワールス力を取り入れた計算を行った。層間距離の最適化により、様々な環境において層間距離がどのようであるのかを調べた。とくに、多層グラフェンにおいて、層数に応じた層間距離に関して検討した。また、多層グラフェンにおいて、アルカリ金属元素を導入した場合に超伝導を示すかどうかを調べるため、密度汎関数理論に基づく計算を行った。グラファイトにおいては、層間にKなどの電子供与体を挿入すると,超伝導体となることが示されている。この際、層間に大きな振幅を持つ、層間状態がフェルミ面を横切っていることが超伝導を引き起こすと考えられている。2層グラフェンでは、このような状態のエネルギーはフェルミエネルギーよりも大きく、超伝導体とはならないと予想される。しかし、不活性な分子を挿入するなどして、層間距離を広げると超伝導体となる可能性を理論計算の結果より示した。本研究全体を通し、フリースタンディングなグラフェンに様々な形で、摂動を与えることで、有用な物性が生じる可能性を示した。本研究では、ファンデルワールス相互作用を取り入れた構造最適化や、不純物の導入による、超伝導の発現等で興味深い研究結果を得ている。しかし、ファンデルワールス力の計算等において、時間を要したため、得られた有用な研究結果を論文投稿するまでには至っていない。本研究全体を通し、基板がグラフェンにどのように有用な物性を与えるのかを調べた。とくに、特筆すべきなのはNi基板上のグラフェンの研究である。Ni基板上の多層グラフェンの計算を行い、部分状態密度の解析により、基板直上グラフェン層が特に強い影響を受ける事が明らかになった。このことに着目し、Ni基板上の一層グラフェンがどのような物性を持つのかを明らかにした。グラフェン自体は軽い炭素原子のみからなり、スピン軌道相互作用の影響は極めて小さい。しかしながら、Ni基板との相互作用により、グラフェンは、スピン軌道相互作用の影響を受けることにより、電子構造においてラシュバ分裂が見られることを明らかにした。