hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
渦現象のアナロジーに基づくメタヒューリスティクスの開発

発見的操作を含む最適化手法はメタヒューリスティクスと呼ばれている。多くのメタヒューリスティクスは自然現象や社会現象のアナロジーを基礎として導かれている。本研究では,自然界によく現れる渦現象に着目し,そのダイナミクスを一般的な連続関数の最適化に応用することで,新しいメタヒューリスティクスを構築し,渦最適化(Spiral Optimization)と名付けた。さらに,渦最適化は,その実行のために設定しなければならないパラメータを有しており,本研究では,そのパラメータの解析を行い,その設定法も構築した。今年度は,前年度に構築した「渦最適化法」のパラメータ調整法の開発を行った。具体的には次のとおりである。1)渦最適化モデルの平衡点の安定性を解析した。平衡点が漸近安定であるための条件を明らかにした。2)安定性解析の結果を用いて収束率パラメータの調整法を開発した。3)開発したパラメータ調整法の有効性を多様なベンチマーク関数に対して検証した。今年度は,自然界に頻繁に現れる渦現象のダイナミクスがメタヒューリスティクスにおける代表的な戦略と親和性が高いことに注目し,渦現象のアナロジーに基づいた一般的な連続型最適化問題に対する性能の高い新しいメタヒューリスティクスの開発を行うことを目的に行った。得られた研究成果の概要は下記のとおりである。1)先行研究で構築した2次元直交座標系上で定義される渦モデルを一般化し,n次元直交座標系上で定義される任意の渦心を持つ渦モデルを開発した。具体的には,n次元回転行列にスカラ定数を乗ずることで定義されるn次元渦行列を構築することによって行った。2) 1)で構築した渦モデルを用いて一般的な連続型最適化問題に対する「渦最適化」と呼ばれる新しいメタヒューリスティクスを開発した。具体的には,その渦モデルを複数用いて,探索過程で得られた最も優れた解を共通の渦心とする相互作用を与えることによって,多点型の最適化モデルを導出した。3)多様なベンチマーク問題に対して,様々な計算条件のもとで「渦最適化」の数値実験を行い,性能評価を統計的に行った。他の代表的なメタヒューリスティクスの結果と比較し,提案手法の有効性を検証した。4)提案手法の数値解析と数式解析を行った。これにより「渦最適化」が具備する二つのパラメータが探索性能へ与える影響を,様々な条件と関連付けて解明することができた。これはパラメータ設定・調整法の開発に活用することができる。今年度の研究が計画通りに進み,一定の成果が得られたため。今年度得られた結果を踏まえて以下の課題に取り組む。開発した渦最適化モデル(アルゴリズム)の探索性能および利便性を向上させるために,それが有する収束率と回転率の2つのパラメータの設定・調整法を開発することを目的とする。回転率パラメータに関しては数値・数式解析を踏まえて探索効率のよい設定法を導出する。収束率パラメータは計算回数の条件(時間)と領域の条件(距離)から探索効率のよい方法を導出する。導出したパラメータ設定・調整法の有効性を多様な問題・計算条件下での数値実験によって評価する。今年度は効率的な予算執行で研究を進められたため予定とおり執行したが端数残金が生じた。次年度の計画は次のとおりである。得られた成果を国内および国外の学術会議で発表する際の旅費および参加費として使用する。得られた成果を論文誌で発表する際の掲載費として使用する。数値実験補助として雇う大学院生への謝金として使用する。研究遂行上必要な消耗品や図書・雑誌の購入等に使用する。
ボードレール、抒情詩の危機と彫刻

平成26年度は三つの課題に取り組んだ。まず、ボードレールが文学のみならず美術批評の分野で活動を行う事によってその批評精神を先鋭化し、既存の(詩を読み解くための)コード体系から意識的に逸脱していったことを明らかにした。またこの具体的な事例として、ボードレールが詩作品の中で数多く参照する絵画や彫刻などを取り上げていたことに着目し、彼がそれらの作品が伝統の中で持っていた「意味」を敢えて「読み違えた」ことを明らかにした。これにあたっては裏付け調査として、フランスの美術館等で実物を確認し、また研究書を蒐集した。こうした彼独特の「読み違え」は純然たる美術批評ではなく、詩作品において作家の個人的な見解として表明されることになる。ここには伝統から逸脱しようとする近代人に特有の意識が見られる。これは文学研究者にしてみれば面白いことではあるが、伝統的な美術史の枠組に照らせば違反行為に他ならず、ボードレールが批評において素人であったことを露呈する事例に他ならない。そこで三つ目の問題として、先行研究の様相を入念に整理し、特に1968年のボードレール100周年回顧展をめぐって美術史研究者らが展開した否定的な見解を明らかにした。以上の研究は当初の抒情詩と彫刻に関する研究課題をより一般的な問題へと拡張していったものであり、ボードレールを事例として近代文学の特性を浮き彫りにするものである。今後もこの研究課題を継続する。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は19世紀中葉にボードレール、ゴーティエ、バンヴィルといった詩人たちの間で起きた彫刻に対する注目を考察対象とする。これは美術史的な観点から知られることの少ない19世紀中葉の彫刻芸術に光を当てつつも、最終的には彫刻というテーマ論を切り口に、1840年代の「芸術のための芸術」派の様相を文学史的に描き出すことを目的とする。第1年目の平成25年度は、研究の主軸となる概念や枠組の規定を行った。主な業績は3つに整理できる。まず一橋大学言語社会研究科紀要「言語社会」への投稿論文では、ボードレールがヴィンケルマン主義を受容した様相を描きつつも、理想美の概念とモデルニテを照らし合わせる作業を行った(『ボードレールにおけるヴィンケルマン主義の受容』)。理想美とは古典主義芸術の核となる美術理論であって、彫刻の古典主義的側面を理解する上で前提となる理論である。また詩人の集団を捉える枠組については「彫琢派」と独自に命名しつつも、彼らがロマン主義を終えたあとに出現した「時代錯誤」とも言うべき事態が起きた理由について、10月26日の日本フランス語フランス文学会秋季大会で学会発表を行った(「彫琢派におけるボードレール」)。さらに美術史的な観点から彫刻作品を理解するにあたっての研究成果は、11月2日に日仏美術史学会例会で発表した(「ボードレール、騙し絵の彫刻」)。考察の中心となったのは、しばしば三流の彫刻家と椰楡されることの多いエルネスト・クリストフの彫像《仮面》である。ここではクリストフへの注目を軸としつつも、ボードレールが彫刻評論において抱えていた不安を描き出した。これらの論文執筆と学会発表の内容は、最終的には博士論文としてまとめられることになる。平成25年度の研究の目的は博士論文の執筆を見据え、議論の前提となる概念や枠組を整理することであった。理想美に対する考察が行われたことと、「彫琢派」というグループの概要が素描できたことは一つの進展であった。さらに美術評論についてもボードレールの目線が整理できた。平成26年度は平成25年度の実績を肉付けする形で、博士論文として統合することを目指す。
表面・界面物性制御による極低反射率結晶シリコン太陽電池の超高効率化

本研究では、1.極低反射表面をもつ結晶シリコン太陽電池の表面・パッシベーション膜などとの界面の物性を解析・制御して、太陽電池で生成する電子とホールの表面再結合を防止することと、2.太陽電池に入射した光の多くを有効利用できるような構造の開発をすることの2点から結晶シリコン太陽電池の高効率化を目指している。極低反射表面は、本研究室で開発した化学的転写法によってシリコン表面にシリコンナノクリスタル(nc-Si)層を形成することで得られる。昨年度までの研究では、nc-Si層の持つバンド構造について詳細に分析し、実際の太陽電池に対してフィードバックを行った。これにより、nc-Si層を形成した太陽電池表面での光生成した電子とホールの再結合を大幅に低減し、nc-Si層で吸収される短波長領域の光に対する内部量子効率を大幅に向上することに成功した。一方で、太陽電池の特性はほとんど向上しなかった。これは、太陽電池裏面で光生成した電子とホールが再結合してセル特性に悪影響を与えていることが原因だと分かった。そこで、今年度は結晶Si太陽電池裏面を効果的にパッシベーションする手法について研究を行った。当初の研究計画では、太陽電池の裏面電界を形成する際に用いるホウケイ酸ガラスを裏面パッシベーション膜として使用する計画であったが、Siとホウケイ酸ガラスの界面に形成されるホウ素過剰層(BRL)が光生成した電子とホールの再結合を誘発するために、期待していたパッシベーション効果が得られなかった。そこで、BRLを熱濃硝酸による化学的酸化法で除去する手法を提案し、さらにBRLを除去した表面をスピンコート法で形成できる酸化膜でパッシベーションすることで、ドライプロセスなしで表面再結合を大幅に低減できることを見出した。今年度は、p型太陽電池裏面に形成するp+層における再結合を低減させる手法について検討を行った。p型の結晶Si太陽電池では、裏面に3価の元素(ホウ素やアルミニウム)を拡散して電界(BSF)を形成し、裏面への電子の流入を防ぐことで光生成した電子とホールの再結合を防止する。現在の我々の太陽電池では、ホウ素の供給源としてホウケイ酸ガラス(BSG)を用いているが、Si/BSG界面にはホウ素を多量に含む層(BRL)が形成される。このBRLでは光生成した電子とホールが再結合して消滅しやすいことが知られており、太陽電池特性の低下を誘発する。そこで、BRLを除去することで太陽電池裏面での電子とホールの再結合を低減させることを試みた。BRLを除去するための手法として、硝酸によってBRLを化学的に酸化してから除去する手法を開発した。実際に、110 °Cの70%硝酸にBRLの形成されたSiウェーハを浸漬した後に、フッ化水素酸(HF)に浸漬するという操作を数回繰り返すことでBRLが除去されることを確認した。この手法では110 °C程度の低温プロセスであるために、Siバルクへのダメージを軽減できる。さらに、HF処理によってSi表面が水素終端されることで、BSF表面での電子とホールの再結合を大幅に低減できることを確認した。一方で、このBRLを除去した面に金属電極を形成した場合には、BSF/金属電極界面での再結合が発生してしまうことが分かった。そこで、Si化合物を含む溶剤をスピンコート塗布し、900 °C程度の熱工程を加えることで形成できる100 nm程度のシリコン酸化膜をパッシベーション膜として用いることで、BSF表面のパッシベーションを行った。これにより、効果的に太陽電池裏面での再結合を防止することに成功した。このように、当初の予定とはずれたが、おおむね順調に進展しているといえる。これまでの研究で、化学的転写法で形成したnc-Si層では、量子サイズ効果によってバンドギャップが拡大し、光生成した電子とホールの再結合を防ぐようなgraded band構造が形成されていることが分かった。また、Siにホウ素を拡散する際に形成されるBRLを効果的に除去する手法を開発し、太陽電池裏面においても光生成した電子とホールの再結合を効果的に防ぐことに成功している。本年度は、上記のnc-Si層における量子サイズ効果によるバンドギャップの拡大を利用したバンドエンジニアリングと、BRLを除去したBSFを組み合わせることで、太陽電池特性の向上を目指す。ホウ素を拡散して形成するBSFでは、形成される電位差は、ベースのシリコンのドープ量に大きく依存するが、おおむね0.2 eV程度になる。この電位障壁は太陽電池表面に形成するpn接合の電位差(0.7 eV)に対して非常に低い値になっている。そこで、バンドギャップがバルクのSiよりも0.6 eV程度拡大しているnc-Si層に対してp+層を形成することで、表面のpn接合と同等程度の電位障壁を裏面においても形成でき、効果的に光生成した電子とホールの再結合を抑制できると考えられる。さらに、この手法ではSiのみでバンド構造を変化させるため、ヘテロ接合のような異種物質との界面が存在せず、接合界面での再結合も起こらないと考えられる。また、真空プロセスを必要としないため、低コストかつ高効率な結晶Si太陽電池の実現が期待できる。本研究では、極低反射表面をもつ結晶シリコン太陽電池の表面・パッシベーション膜などとの界面の物性を解析・制御して、太陽電池で生成する電子とホールの表面再結合を防止することで、結晶シリコン太陽電池の高効率化を目指している。極低反射表面は、本研究室で開発した化学的転写法によってシリコン表面に形成されるシリコンナノクリスタル(nc-Si)層によって得られる。今年度は、主にi)nc-Si層のバンド構造の解析とii)

化学的転写法の反応制御によるnc-Si層の構造制御を行った。nc-Si層のバンド構造の解析は、主にX線光電子分光法によって行った。nc-Si層を表面に形成したp型結晶Siの価電子帯上端のエネルギー領域を観察したところ、nc-Si層ではバルクSiよりもバンドギャップが拡大する方向に増大していることが確認できた。このことは、nc-Si層では、Siのバンドギャップが量子サイズ効果によって拡大していることを示唆している。これは、nc-Si層の紫外可視発光スペクトルが可視光領域で見られることとも一致する。以上から、nc-Si層では、バンドギャップが拡大しているバンド構造が形成されていると考えられる。pn接合を形成したnc-Si層では、先の拡大したバンド構造により、太陽電池表面へのホールの拡散を防ぎ、キャリア再結合を減少させると考えられる。そのため、ii)化学的転写法の反応を制御することで、表面へのホールの拡散をより防げるようなバンド構造をもつnc-Si層の構造の形成を試みた。その結果、薬液中の過酸化水素水の割合を増やすことで、より拡大したバンド構造を示唆するnc-Si層が得られた。この新たな条件で形成したnc-Si層に対してパッシベーションを施して太陽電池を作成したところ、nc-Si層で吸収される短波長領域の光に対する内部量子効率が大幅に向上することが確認された。今年度は主に、i)nc-Si層のバンド構造の解析とii)化学的転写法の反応制御によるnc-Si層の構造制御、という二点から結晶太陽電池の特性の向上を目標としてきた。i)nc-Si層のバンド構造の解析においては、X線光電子分光法によるnc-Si層の価電子帯付近のスペクトル観測を行うことで、nc-Si層のバンド構造が、表面に向かって拡大しているということを示唆する結果が得られた。また、この結果から予想されるバンド構造は、紫外可視発光スペクトルから得られる結果とおおむね一致することが分かった。ii)化学的転写法の反応制御によるnc-Si層の構造制御に関しては、薬液中の過酸化水素水の割合を増やすことで、リンケイ酸ガラスパッシベーションが適用できる程度に薄く、かつ、これまでの化学的転写法の条件で形成できるnc-Si層と比較して、同じ反応時間でもより拡大したバンド構造が形成できていることを示唆する結果が得られた。また、この過酸化水素水の割合を増やした条件で形成したnc-Si層を用いて単純な構造のp型結晶シリコン太陽電池を作製したところ、短波長領域(300400nm)の入射光に対してに80%程度の非常に高い内部量子効率が得られたセルが確認できた。以上のように、分光学的手法と、デバイス作成により本来想定していた結果が得られたため、本研究はおおむね順調に進展しているといえる。本研究では、1.極低反射表面をもつ結晶シリコン太陽電池の表面・パッシベーション膜などとの界面の物性を解析・制御して、太陽電池で生成する電子とホールの表面再結合を防止することと、2.太陽電池に入射した光の多くを有効利用できるような構造の開発をすることの2点から結晶シリコン太陽電池の高効率化を目指している。
強誘電体の巨大分極を利用した超低損失ダイヤモンドパワーFETの創出

本研究が目標として掲げる「ワイドギャップ半導体ダイヤモンドに対する効率的なキャリア誘起、低損失・高効率なダイヤモンドパワーデバイスの実現」に対し、「巨大分極を有する強誘電体」をゲートとした電界効果トランジスタ(FET)の形成により、実応用を指向したパワーFETデバイスの創出を目指す。2年目の研究課題として、初年度に明らかにされた「強誘電体をゲートとする事により効率的なキャリア誘起が可能である」という実験事実に基づき、「巨大分極を有する強誘電体ゲートおよびFET構造のダイヤモンド上への作製」に取り組んだ。具体的には、巨大分極を有する強誘電体としてPb(Zr,Ti)O3(PZT)に着目すると同時に、ダイヤモンドに対してより大きなバンドギャップを有するAl2O3を中間層としたMFIS型ゲート構造の作製を試み、ゲート特性を検証した。作製したMFIS構造に関して、ダイヤモンド上にALD堆積したAl2O3中間層の上にPLD法を用いて直接堆積したPZTが比較的良好な結晶性と強誘電性を示す事を明らかにした。また、PZT堆積に伴うAl2O3中間層の絶縁性の劣化も生じない事が分かった。一方、PZT薄膜堆積時のプロセス温度に関して、ダイヤモンドチャネルへのダメージを考慮すると、非常にプロセスウィンドウが狭い事が明らかとなった。以上の事より、本研究の根幹となるダイヤモンド上に巨大分極を有する強誘電体ゲート構造の形成に関して、良好なデバイス動作を念頭に置いたプロセス条件および強誘電体材料の選定(より結晶化温度の低いBiFeO3など)、さらに実デバイス構造を用いた動作検証が最終年度の課題となる事を明らかにした。巨大分極を有する強誘電体PZTをAl2O3中間層を介して、ダイヤモンド上に直接堆積したMFIS型ゲート構造の作製を試みた。作製したMFIS構造に関して、ダイヤモンド上のAl2O3中間層の上にPLD堆積したPZTは比較的良好な結晶性と強誘電性を示す事を明らかにした。一方で、PZT薄膜の結晶化に要するプロセス温度が630°C程度と高温であり、ダイヤモンドチャネルへのダメージ回避が非常に難しく、プロセスウィンドウが狭い事が明らかとなった。この事実は、本研究課題の最終目標である「低損失・高効率ダイヤモンドFETの実現」に向けて、デバイス特性の劣化を引き起こす要因となる可能性が高く、看過できない。以上の事より、「巨大分極誘起を用いた高効率キャリア誘起」に関する明確な原理実証を目指す為には、当該の問題に対し、実デバイス応用を念頭に置いたプロセス条件の改善および強誘電体材料の再選定が必要と考える。本研究の根幹となるダイヤモンド上に巨大分極を有する強誘電体ゲート構造の形成に関して、良好なデバイス動作を念頭に置き、「ダイヤモンドチャネルへのダメージを回避しつつ、強誘電体ゲートの良好な電気特性を実現する」プロセス条件の選定が重要となる。具体的には、強誘電体の薄膜堆積法をCSD法に変更する事やアモルファス薄膜の堆積後にRTAを用いた超短時間熱処理などが有用であると考える。また、プロセス温度を低減を主目的とし、強誘電体材料としてPZTより結晶化温度の低いBiFeO3などを選定し、実デバイスに適した「プロセスと材料」を明らかとし、原理検証に取り組む事を最終年度の主目的とする。本研究の最終目標として、「不純物準位の深いワイドギャップ半導体ダイヤモンド」に対し、室温で効率的なキャリア誘起を実現し、結果として低損失・高効率なダイヤモンドパワーデバイスを実現する事にある。この目標の達成を目指すアプローチとして、「巨大分極誘起を可能とする強誘電体」をゲートとした電界効果トランジスタ(FET)を作製する事により、ダイヤモンド半導体の本質的な問題解決を図ると同時に、実応用を指向したパワーFETデバイスの創出を目指す。初年度の研究課題として、「強誘電体をゲートとする事で、ダイヤモンドに対する効率的なキャリア誘起は本当に可能なのか?」という原理的な問いに関して、実証実験に取り組んだ。具体的には、有機強誘電体VDF-TrFEをゲートとし、ウルトラライトドープとしたバルクダイヤモンドをチャネルとしたMFS型FET構造を作製し、室温におけるFETの動作およびオン電流値を検証した。作製したMFS型FET構造は典型的なデプレッション型のFET特性を示し、VDF-TrFEがゲート絶縁膜として十分に機能している(ダイヤモンドのキャリアに対するオフセットが得られている)事を確認した。また、実験結果から、バルクチャネル型ダイヤモンドMESFETで従来より報告されている値に対して訳10倍のオン電流密度を確認した。以上の事より、本研究の根幹となる強誘電体ゲートを利用したダイヤモンドチャネルに対する効率的なキャリア誘起は原理的に可能である事を実証した。本研究課題の第1段階である、「強誘電体ゲートを用いたダイヤモンドチャネルに対する効率的なキャリア誘起」が可能である事を実証した。2018年度は、上記の前年度成果を基に第2段階と位置付ける「巨大分極誘起能を有する強誘電体」をゲートとしたFET構造の作製および超低損失動作に向けた高オン電流の実証を目指す。なお、当該構造の形成に関するプロセス検討も順調に進んでおり、現段階においては本研究は順調に進展しているものと自負する。

2年目の研究課題として、初年度に明らかにされた「強誘電体をゲートとする事により効率的なキャリア誘起が可能である」という実験事実に基づき、「巨大分極を有する強誘電体ゲートおよびFET構造のダイヤモンド上への作製」に取り組んだ。具体的には、巨大分極を有する強誘電体としてPb(Zr,Ti)O3(PZT)に着目すると同時に、ダイヤモンドに対してより大きなバンドギャップを有するAl2O3を中間層としたMFIS型ゲート構造の作製を試み、ゲート特性を検証した。作製したMFIS構造に関して、ダイヤモンド上にALD堆積したAl2O3中間層の上にPLD法を用いて直接堆積したPZTが比較的良好な結晶性と強誘電性を示す事を明らかにした。また、PZT堆積に伴うAl2O3中間層の絶縁性の劣化も生じない事が分かった。一方、PZT薄膜堆積時のプロセス温度に関して、ダイヤモンドチャネルへのダメージを考慮すると、非常にプロセスウィンドウが狭い事が明らかとなった。以上の事より、本研究の根幹となるダイヤモンド上に巨大分極を有する強誘電体ゲート構造の形成に関して、良好なデバイス動作を念頭に置いたプロセス条件および強誘電体材料の選定(より結晶化温度の低いBiFeO3など)、さらに実デバイス構造を用いた動作検証が最終年度の課題となる事を明らかにした。巨大分極を有する強誘電体PZTをAl2O3中間層を介して、ダイヤモンド上に直接堆積したMFIS型ゲート構造の作製を試みた。作製したMFIS構造に関して、ダイヤモンド上のAl2O3中間層の上にPLD堆積したPZTは比較的良好な結晶性と強誘電性を示す事を明らかにした。一方で、PZT薄膜の結晶化に要するプロセス温度が630°C程度と高温であり、ダイヤモンドチャネルへのダメージ回避が非常に難しく、プロセスウィンドウが狭い事が明らかとなった。この事実は、本研究課題の最終目標である「低損失・高効率ダイヤモンドFETの実現」に向けて、デバイス特性の劣化を引き起こす要因となる可能性が高く、看過できない。以上の事より、「巨大分極誘起を用いた高効率キャリア誘起」に関する明確な原理実証を目指す為には、当該の問題に対し、実デバイス応用を念頭に置いたプロセス条件の改善および強誘電体材料の再選定が必要と考える。前年度成果を基に第2段階と位置付ける「巨大分極誘起能を有する強誘電体」をゲートとしたFET構造の作製および超低損失動作に向けた高オン電流の実証を目指す。なお、当該構造の形成に関するプロセスの検討として、現段階までに原子層堆積(ALD)法を用いたゲート絶縁膜のダイヤモンドチャネル上への形成を進めている。このゲート絶縁膜/ダイヤモンド積層構造上に強誘電体として、BiFeO3もしくはPb(Zr,Ti)O3を堆積し、バンドオフセットを考慮したMFIS型ゲート構造を形成し、目的達成を目指す。本研究の根幹となるダイヤモンド上に巨大分極を有する強誘電体ゲート構造の形成に関して、良好なデバイス動作を念頭に置き、「ダイヤモンドチャネルへのダメージを回避しつつ、強誘電体ゲートの良好な電気特性を実現する」プロセス条件の選定が重要となる。具体的には、強誘電体の薄膜堆積法をCSD法に変更する事やアモルファス薄膜の堆積後にRTAを用いた超短時間熱処理などが有用であると考える。
非平衡複合系における量子凝縮現象のマクロ量子論

非平衡複合系での多彩な量子現象を記述するマクロ量子論の構築を目標に研究を行い、一般論・具体論の両面から様々な成果を得た。主要な具体的成果は次の通りである。(1)半導体励起子発光寿命におけるコヒーレンス(ポラリトン)形成の新描像の提唱、(2)熱平衡相転移と非平衡凝縮現象の両方が起こる超伝導回路系の発見、(3) BEC-BCS-LASERクロスオーバーを記述する時間領域理論の構築、(4)結合共振器QEDアレイ系での非平衡プラトー現象の発見、(5)共振器QED系の放射光エネルギーを仕事と熱へ分ける方法の構築、(6)マクロ量子系としての断熱量子計算機の量子性と計算効率との関係本年度は,非平衡状態での量子凝縮状態を具体的なモデル系で解析した。(1)結合共振器QEDアレイ系,(2)超強結合系のレーザー発振現象,(3)超放射転移,(4)ポラリトン多体系である。(1)の平衡状態では共振器間の光子ホッピングが大きい領域で量子凝縮相が現れること知られている。共振器損失などが存在する非平衡状況下での凝縮相の性質を,共振器損失と外部からの励起の二つの効果を取り入れた量子マスター方程式で解析した。平均場近似レベルで非平衡定常状態での相図を決定し,非平衡状況下でも凝縮相が現れることを確認した。さらに,非平衡効果誘起によるプラトー現象を発見した。非平衡開放系特有のコヒーレンス形成として注目している。(2)の系を記述する際には,いわゆる回転波近似を適用することができない。この状況下で,超強結合下でのレーザー発振の解析を行った。レーザー発振には高調波を伴うことが明らかになり,双安定発振現象も現れることが分かった。(3)では,光と物質の超強結合を議論する上で,ベクトルポテンシャルの二乗項や分極の二乗項の有無によって,超放射転移と呼ばれる相転移現象が起きるかどうかが決定される。荷電粒子と電磁場からなる系では,原子間の双極子双極子相互作用を,分極の縦場と横場に注目しながら書き換えることによって,一見すると超放射転移が起きるように見える結果が示された。このHamiltonianの書き換えの妥当性について検討し,最終的に横場のみに注目して議論する上では,そのような書き換えを行うことができず,やはり超放射転移は起きないと結論づけた。(4)では,共振器中のポラリトン多体系に関するBEC-BCS-LASERクロスオーバーを記述する時間領域理論を構築した。これにより,自然放出を含めたダイナミクスを容易に追跡することができるようになる。非平衡系の量子凝縮を記述しうるマクロ量子論の構築に向け,まず,複合量子系の具体例としてレーザーを熱機関として捉えたモデルの設計と解析を行った。このモデルでは,高温熱浴と低温熱浴によって熱励起された物質系が共振器内の光子と相互作用し,共振器損失によって光が外部環境へ出力される。このモデルを量子マスター方程式によって解析し,定常状態における出力光が運ぶエネルギーを仕事流とみなして熱効率を計算すると,熱力学と矛盾する結果となるパラメータ領域が存在することが分かった。この結果は,量子熱機関の解析において,出力エネルギーを素朴に仕事と勘定すべきではなく,仕事と熱への適切な分解が必要であることを示している。この結果は日本物理学会第71回年次大会において発表した。半導体の励起子が発光する際には,その重心運動のコヒーレントな広がりの体積が発光寿命に反映される。近年,この発光寿命の発光波長依存性が実験的に観測され,重心運動のコヒーレンスだけでなく,物質中における光と励起状態とのコヒーレントな結合状態を発光先として考える必要があることを見出した。この解析により,発光現象におけるコヒーレンスの役割が明確になった。本研究成果はPhysical Review B誌に発表された。レーザー発振に関して,光と物質の超強結合下においては,一般に高調波が発生し双安定性も得られることが昨年度までに判明しており,この成果がPhysical Review A誌にて出版された。高調波解の安定性解析を進めている。光と物質の相互作用によって,電磁場が熱平衡状態において自発的に振幅を獲得する超放射相転移は,熱力学と量子電磁力学が絡むコヒーレント現象として知られる。本年度は,この超放射相転移が期待できない超伝導回路構造を比較的広い範囲で示しただけでなく,静磁場下ではあるが,超放射相転移が起こりうる回路構造を見出し,理論的にその検証を進めた。昨年度の引き続き,「電子正孔光子系」,「レーザー系」「共振器QED系」の3つのモデルを対象に研究を推進する計画で進めた。本年度も,いずれのモデルの解析も進展したので,「おおむね順調に進展」と言える。とりわけ,レーザー系を非平衡な量子熱力学系としてとらえた場合,「仕事」と「熱」の切り分け方が重要であることを示すことができたのが大きな進展である。その切り分け方の処方箋を明らかにすることが重要な課題であることが明確になった。また,超放射相転移の出現可能性と不可能性についても,共振器QED系から超伝導サーキット系も含めた広い系で検討し,理解が深まったと言える。量子熱力学系の具体例としてレーザー系を考える。まず,共振器から光として放射されるエネルギーを全て仕事として勘定し,熱効率を計算するとカルノー効率を超えてしまう場合があるという結果が得られた。

このため,放射光のエネルギーを仕事と熱に分ける必要がある。今年度,キャビティQED系と熱浴や放射光を受け取る系(「ドレイン」と呼ぶ)が相互作用している系を考えた。通常は,熱浴とドレインの自由度を消去してキャビティQED系の量子マスター方程式を得た後,その定常解における放射光としての(単位時間あたりの)流出エネルギーを計算する。しかし,この方法ではその流出エネルギーを仕事と熱に分解する指針は見えてこない。そこで,この流出エネルギーをドレインがどのような形で受け取るのかを調べた。ドレインの量子マスター方程式から,ドレインの時間発展がハミルトニアンで書ける部分と書けない部分に分解でき,それぞれの時間発展の仕方に対応したドレインへのエネルギー流入を仕事と熱に割り振ることが可能となる。このように定義した仕事と熱はフォトン場の振幅が非ゼロの部分とゼロの部分という直感的な分け方と整合している。光と物質の相互作用によって,電磁場が熱平衡下にて自発的に期待値を獲得する超放射相転移は,熱力学と量子電磁力学を結びつけるコヒーレント現象として1970年頃から議論されてきた。昨年度から解析を進めてきた超放射相転移が起こりうる超伝導回路構造を提案した。また,相転移後に得られる量子力学的なコヒーレント状態はマクロな物理量で近似的に記述できる状態であり,本研究課題の目的であるマクロ量子論の確立に寄与するものである。また,光と物質が超強結合する系と外界とを繋ぐ際に,Maxwell境界条件という物理法則に基づいてマスター方程式を導出するとnon-Lindblad形式にならざるを得ないという結果を得た。昨年度までに引き続き,電子正孔光子系,レーザー系,超強結合量子系の3つのモデルを対象に研究を推進した。レーザー系を非平衡熱機関としてとらえた場合に,昨年度に課題として明らかになった「仕事と熱の切り分け」が,今年度の研究で解決した点は大きな進歩である。また,超放射相転移の出現が可能となる超伝導回路系を提案したことも,今年度の大きな成果であった。非平衡複合量子系の典型例である「光と物質の相互作用系」において、超放射相転移の実現条件を明らかにするとともに、熱力学的法則の導出に成功した。また、量子計算機マクロ量子系と捉え、その量子加速の必要条件についての強い示唆を得た。より具体的には以下の成果を得た。1.昨年度に発見した超放射相転移が起こりうる超伝導回路について,分担研究者の一人である馬場が光科学技術研究振興財団より研究表彰された.今年度は,より一般にどの様な回路構造であれば起こりうるのか,回路の分類に部分的ながら成功した.この成果はPhysical Review A誌に掲載された.また,実験グループと協力し,超放射相転移を一般的な物質で探索していく上での有力な探索方針を明らかにすることができ,Nature Photonics誌に2本の論文が掲載予定である.また既存の磁性体が示す相転移が,超放射相転移に類似のものである可能性を示唆する実験結果が得られた.2.量子熱機関の典型例を与える共振器量子電磁気学系に対する熱力学の構築を行った。昨年度の放射光の仕事と熱の分解(熱力学第1法則に相当)を受け、熱力学第2法則に相当するエントロピー生成が満たすべき不等式の導出を行った。この導出の過程で、ゆらぎの定理を外部系が真空状態の場合へと拡張することに成功した。この成果は論文準備中である。
生体を模倣した階層構造型高分子アクチュエータ

本研究の目的は、筋肉と同等もしくはそれ以上の伸縮、発生力性能を持ち、長寿命で安定駆動な導電性高分子ソフトアクチュエータを創成するとともに、ソフトアクチュエータの実用化のために様々なアプリケーションを提案する事である。これらの目的を達成するために平成19年度は、階層構造、多孔質構造を付与した高分子自立膜の作製、使用環境による性能の変化、最適な駆動形状、電極の配置等に関して検討を行ってきた。膜構造を制御することにより、伸縮率、応答速度等の性能の向上を確認する事が出来たが、実用化に際し重要な要素である駆動寿命の向上を確認する事が出来なかった。平成20年度は、これらの問題の原因が駆動溶液中に溶存する酸素や不純物による副反応に起因していると考え、空大中で安定に存在し、蒸気圧がゼロであり、広い電位窓を持つと言われるイオン液体をソフトアクチュエータの駆動溶液として用いて駆動寿命の向上を試みた。イオン液体を用いない場合、筋肉と同等の26%もの高い伸縮率を示すソフトアクチュエータにおいても数10サイクル伸縮させると伸縮率が一桁以下に低下していた。しかし、イオン液体を用いるとソフトアクチュエータの伸縮率は56%という既存のソフトアクチュエータよりも低い値ではあるが、非常に長寿命で安定した駆動を確認する事が出来た。また、我々はイオン液体に有機溶媒等を添加することによって、安定した駆動を保ったまま、10%以上の伸縮率を示すことを見出した。イオン液体を駆動液として用いた系において、上記のような性能を示された報告はなく、導電性高分子ソフトアクチュエータ実用化のためにイオン液体を用いることが非常に有効であることが我々の研究より示された。本研究の目的は、伸縮率50%以上、応答速度を筋肉と同等もしくはそれ以上、発生力が筋肉の100倍以上となるソフトアクチュエータを創成するとともに、ソフトアクチュエータの実用化のために様々なアプリケーションを提案する事である。これらの目的を達成するために19年度は、階層構造を付与した高分子自立膜の作製、使用環境による性能の変化、最適な駆動形状、電極の配置等に関して検討を行ってきた。階層構造を付与した高分子自立膜の作製については、配向させた高分子薄膜をテンプレートとして重合することでの作製を試みている。また、アクチュエータの問題点として掲げられているエネルギー効率の低さ、応答の遅さ、駆動寿命の短さ、溶液中での駆動等は、使用環境を検討することで問題の解決を試みている。これらの問題は駆動溶液中に溶存する酸素や不純物による副反応に起因していると考えられる。そこで、我々は空気中で安定に存在し、蒸気圧がゼロであり、広い電位窓を持つと言われるイオン液体をアクチュエータの駆動溶液として、また導電性高分子重合時の支持電解質として用いることでアクチュエータの性能の向上を試みた。結果として、イオン液体をソフトアクチュエータの駆動液として用いることで、大気中での安定的な動作を得ることができ、駆動寿命に関しても性能の向上が見られた。しかし、イオン液体を用いた場合のソフトアクチュエータの伸縮率は56%という既存のアクチュエータよりも低い値となってしまった。よって20年度においては、高分子膜へ螺旋構造など更なる高次構造付与や用いるイオン液体の最適化などを通して、問題の解決を行い目的の達成を実現する。
イオン液体アナログを有機相とするマルチモードHPLC固定相の開発

高分子イオン液体を用いた高効率・高選択的かつ安定なHPLC固定相の開発を目的に、当該研究者はHPLC固定相に応用できる数種の新規な高分子イオン液体修飾シリカ材料の開発を行った。その結果、新規な合成方法を開発するとともに、高い規則性と安定性を有する双性イオン性機能化固定相の開発に成功した。以下にこれまでの取組みと成果を具体的に要約する。アリルブチルイミダゾリウムイオン液体修飾シリカ粒子(SiImBr)をラジカル重合反応により合成し、多環芳香族炭化水素及び極性化合物に対して、疎水性だけでなく、π-π相互作用やイオン・双極子相互作用などに基づく分子識別能を発揮しうることを確認した。また、長鎖アルキル基を有する臭化ビニルオクタデシルイミダゾリウムイオン液体修飾シリカ粒子(Sil-PImC_<18>-Br)をラジカル重合反応により合成した。この固定相は、対アニオンを臭素イオンからπ共役系色素アニオンに変換することが可能であり、これによって色素は高度に配向し、結果として従来の液体クロマトグラフィーには見られない高い選択性が発現した。たとえば、分離が難しいエストラジオール異性体の分離に成功した。さらに本年度は、マルチモードで利用できるHPLC固定相の開発にも着手した。イオン液体モノマーをシリカ上で共重合させた双性イオン性のシリカ粒子(Sil-P(ImC_<18>-SS)およびSil-P(VIm-AMPS))を開発し、そのマルチモード(すなわち、順相、逆相、HILIC)の条件下で評価し、いずれのモードにおいてもすぐれた分離性能が得られることを確認した。本研究は、担体となるシリカゲルにイオン液体(アルキルイミダゾリウムカチオン)を共有結合によって導入した新規充填剤の合成を行い、HPLC分野への検討を行うものであり、本年度は以下に示すような研究成果を得た。1.新規に臭化ビニルイミダゾリルイオン液体を合成し、これをモノマーとして用い、メルカプトプロピル化したシリカ粒子によるラジカル重合反応によって、シリカ上にイオン液体性分子をグラフト化させてグラフトポリマー被覆シリカ粒子の調製を行った。また、アニオン交換反応により、異なる対イオン(BF_4^-,PF_6^-,CF_3SO_3^-)をもつ粒子の調製を行った。得られた材料は元素分析(EA),赤外吸収スペクトル(FT-IR),重量分析法(TGA)により構造確認を行った。接触角測定により対イオンの種類が及ぼす親水性の評価を行った。2.臭化アリルブチルイミダゾリウム([AyBIm]Br)をイオン液体性モノマーとし、メルカプトプロピルシリカ粒子によるラジカル重合反応を実施した。得られたイオン液体修飾シリカ(SiImBr)はEA、FT-IR、TGAにより構造確認を行った。さらにSiImBrを固定相とした逆相クロマトグラフィー分析により,多環芳香族炭化水素に対する保持挙動の調査を行った。調査の結果、SiImBrは多環芳香族炭化水素及び両性化合物の分離において疎水性、π-π及びイオン□双極子相互作用など多くの相互作用を示した。このように,本研究で用いた高分子イオン液体修飾シリカ粒子はHPLC固定相として十分に期待されることを確認した。本年度は,新規ポリイオン液体モノマー被覆シリカを合成・評価を中心に行った。臭化ビニルイミダゾリルイオン液体を合成し,これをモノマーとして用い,ラジカル重合反応によってシリカ上にイオン液体性分子をグラフト化させグラフトポリマー被覆シリカ粒子の調製を行った。また,アニオン交換反応により,異なる対イオンをもつ粒子の調製を行った。これとは別に,臭化アリルブチルイミダゾリウム([AyBIm]Br)をイオン液体性モノマーとし,メルカプトプロピルシリカ粒子によるラジカル重合反応を実施した。得られたイオン液体修飾シリカ(SiImBr)を固定相とした逆相クロマトグラフィー分析により,多環芳香族炭化水素に対する保持挙動の調査を行った。調査の結果,SiImBrは多環芳香族炭化水素及び両性化合物に対して,π-π及び双極子-イオン間での静電相互作用や,双極子相互作用などいくつかの相互作用に基づく分離挙動を示すことが明らかになった。さらに,長鎖イオン液体モノマーとしてビニルオクタデシルイミダゾリウム([C_<18>VyIm]Br)を合成し,メルカプトプロピルシリカ粒子によるラジカル重合反応を実施した。得られたポリイオン液体修飾シリカ(Sil-PImC_<18>-Br)はメチルオレンジ(MO)を用いて自己集積させた。参照基準物質を用いたクロマトグラムは,Sil-PImC_<18>-MOは非常に高い形状選択性を有するポリマーに似た保持挙動を示し,また,従来クロマトグラフィー分離において困難であるとされているエストラジオール異性体の分離において,Sil-PImC_<18>-MOを固定相として用いたカラムではメタノールを溶離液として3分以内の分離を実現した。以上,本年度は当初の計画通り,イオン液体モノマーグラフト化シリカを合成し,HPLC固定相を作製,さらに,その分離挙動について検討を行った。

以下にこれまでの取組みと成果を具体的に要約する。アリルブチルイミダゾリウムイオン液体修飾シリカ粒子(SiImBr)をラジカル重合反応により合成し、多環芳香族炭化水素及び極性化合物に対して、疎水性だけでなく、π-π相互作用やイオン・双極子相互作用などに基づく分子識別能を発揮しうることを確認した。また、長鎖アルキル基を有する臭化ビニルオクタデシルイミダゾリウムイオン液体修飾シリカ粒子(Sil-PImC_<18>-Br)をラジカル重合反応により合成した。この固定相は、対アニオンを臭素イオンからπ共役系色素アニオンに変換することが可能であり、これによって色素は高度に配向し、結果として従来の液体クロマトグラフィーには見られない高い選択性が発現した。たとえば、分離が難しいエストラジオール異性体の分離に成功した。さらに本年度は、マルチモードで利用できるHPLC固定相の開発にも着手した。イオン液体モノマーをシリカ上で共重合させた双性イオン性のシリカ粒子(Sil-P(ImC_<18>-SS)およびSil-P(VIm-AMPS))を開発し、そのマルチモード(すなわち、順相、逆相、HILIC)の条件下で評価し、いずれのモードにおいてもすぐれた分離性能が得られることを確認した。
バラスト水処理装置副生成物の船体構造安全性に与える影響に関する研究

オゾンと共にバラスト水に注入される酸素ガス量を設定し,バラスト水注入直後のタンク内酸素濃度を計算及び模型実験により予測した.通常酸素濃度及び酸素濃度30%において塗装鋼板の劣化及び腐食に及ぼす影響を比較した.温度70°Cの湿潤環境における約65日間の劣化促進試験後に比較を行った結果では,通常酸素濃度環境及び酸素濃度30%環境の間に明瞭な差異は認めなかった.バラスト水条約が発効した場合、船舶が排出するバラスト水に含まれる水生生物及び細菌の個体数は、条約の定める基準以下に処理した後に排出することが義務づけられる。バラスト水処理の目的で船舶にバラスト水処理システム(BWTS)が設置される。オゾンを使用するBWTSは優れた殺滅能力を持つが、オゾンに変換されなかった酸素ガスが同時にバラスト水に混入し、バラストタンク内の上部空間が通常に比べて高酸素濃度環境となる可能性が考えられる。本研究では、この酸素濃度の予測及び高酸素濃度環境が船体腐食に長期的に及ぼす影響について検討する。文献調査等を元に、オゾンと共にバラスト水に注入される酸素ガス量を設定し、バラスト水注入直後のタンク内気相部酸素濃度を計算及び模型実験により予測した。バラストタンクの気相部割合が全容積の5%の場合、完全置換を想定した条件では気相部酸素濃度が最大で約50%となる結果を得た。同条件で模型実験を行った場合、実船に対応するフルード数の元では気相部の酸素濃度は約30%であった。水の注入に伴って発生する気体の対流により高酸素濃度の注入ガスとタンク内の空気との混合が行われ、完全置換の条件よりも酸素濃度が小さくなったと推察する。ただし、実験ではタンクに注入される気泡が粗大化したためより気泡を微細化した条件での検討も必要と考える。通常酸素濃度及び酸素濃度30%において、塗装鋼板の劣化及び腐食に及ぼす影響を比較した。温度70°Cの湿潤環境における約65日間の劣化促進試験後に塗膜の電気化学インピーダンス計測及びスクライブからの剥離幅により比較を行った結果では、通常酸素濃度環境及び酸素濃度30%環境の間に明瞭な差異は認めなかった。オゾンと共にバラスト水に注入される酸素ガス量を設定し,バラスト水注入直後のタンク内酸素濃度を計算及び模型実験により予測した.通常酸素濃度及び酸素濃度30%において塗装鋼板の劣化及び腐食に及ぼす影響を比較した.温度70°Cの湿潤環境における約65日間の劣化促進試験後に比較を行った結果では,通常酸素濃度環境及び酸素濃度30%環境の間に明瞭な差異は認めなかった.生物殺滅にオゾンを使用するバラスト水処理装置について、バラスト水に注入される活性物質の濃度及び活性物質生成時に発生する副生成物(酸素ガス)濃度を文献及びヒアリングにより調査した。ヒアリング調査では、装置開発担当者の参加する展示会等に出向き、当該担当者より直接情報を得るなどした。また、オゾンと海水中の成分との反応による酸素の発生について調査し、バラスト水中に注入される最大の酸素ガス濃度を明らかにした。完全置換条件を想定した数値解析により、バラストタンク内気層部の酸素濃度は約50%と予測される結果を得た。また、別途実験による評価を行うために先行事例調査を行ったところ、タンク内の対流現象はフルード数への依存性が大きいことが判明した。これを基に、実船と同程度のフルード数が実現可能な実験装置の設計・製作を行った。あるフルード数での実験の結果、バラストタンク内気層部の酸素濃度は約30%となり、数値解析結果よりも小さいという結果を得た。これには完全置換条件において考慮していない拡散の影響が含まれていると考えられるものの、実船の条件を包含する各フルード数で実験を実施し、酸素濃度とフルード数の関係を把握する必要があると考えた。高酸素環境で実験が可能な塗膜劣化(腐食)促進試験装置について検討し、高酸素下で安全に運用するため、装置内の加熱を水を媒体とした伝熱管で行う型式とした。また、酸素濃度の高い環境(目的とする環境)と通常酸素濃度環境で実験結果が直接比較可能な様に装置の製作を実施した。研究実施計画中「2.バラストタンク内の副生成物濃度の検討」について、装置内の対流速度と、酸素ガスサンプル量との関係から、当初予定よりも酸素濃度評価タンクの容量を増大させる必要があることが分かった。このため、装置の再設計を行った。また、広範なフルード数で酸素濃度評価を行う必要があることが判明したため、本部分の実験完了がやや遅れている。このため、本酸素濃度を基に条件設定を行う「5.塗装鋼板による腐食促進実験及び評価」(24年度実施)の開始もやや遅れる見込みである。このため、全体として「やや遅れている」と判断した。当初予定よりも短期間の内に塗膜劣化度合いの評価を可能とするため、評価方法について予定のものに加えて新たな手法を調査・検討していく。これにより、最終的に研究目標を達成するように研究を実施していく。研究実施計画の内、主として「4.バラストタンク内の副生成物濃度変化の検討」及び「5.塗装鋼板による腐食促進実験及び評価」に要する機材及び試験片等について仕様検討及び調達を行う。
X11ファミリータンパク質の生理機能解析

X11及びX11L遺伝子欠損により過分極賦活型(HCN)チャネルの機能異常が起き,X11/X11L二重遺伝子欠損マウスが脳波異常を伴う痙攣発作を起こすことを明らかにした。X11L遺伝子欠損マウス脳内に形成されるアミロイド斑数が増加していることを明らかにした。X11 proteinsが有するアミロイド前駆体蛋白質(APP)の代謝安定化にはカルボキシル基末端の2つのPDZドメインが重要な役割を担っていることを明らかにした。X11 family proteinsはアルツハイマー病発症の原因遺伝であるアミロイド前駆体タンパク質(APP)の代謝をAPP-X11 family proteins-Alcadein複合体を形成し安定化する分子であり、これまでにX11/X11L二重遺伝子欠損マウス脳でアルツハイマー病の発症原因であるアミロイドβ(Aβ)の産生亢進が起きていることを明らかにしてきた。また、X11/X11L二重遺伝子欠損マウスは自発的な痙攣発作(てんかん)を起こし、異常な神経細胞活動が起きている脳内領域を同定してきた。本申請研究においては、X11 family proteinsの生理機能解析を目的とし、1.X11/X11L二重遺伝子欠損マウスの新たな表現型として発見した自発的な痙攣発作(てんかん)の発症機構を分子レベルで解明すること、アルツハイマー病とてんかんが同時発症する分子機構の解明を行うこと、2.APP-X11 family proteins-Alcadein複合体がAPP代謝に果たす役割を遺伝子欠損マウスを作製しin vivoにおいて解明すること、以上の2点を目的に解析を進めた。1.痙攣発作発症の原因分子として過分極賦活型チャネル(HCNチャネル)を同定し、HCNチャネルの細胞膜表面存在量が減少しHCNチャネルが作り出すIh currentの減少が痙攣発作発症の原因であることを生化学的な分画、免疫染色、電気生理的手法により明らかにした。痙攣発作の発症機構が明らかにされた例が非常に少ない同分野において、本研究による発作の分子機構の解明は、新たな治療薬のターゲットの開発に貢献できる。また、今後はX11/X11L二重遺伝子欠損マウスを用いアルツハイマー病とてんかん同時発症の分子機構や機序の解明を検討している。2.現在、X11 family proteins、Alcadein遺伝子の各種欠損マウスの作製が完了し、今後脳内APP代謝産物量(Aβ産生量、アミロイド斑形成数等)の解析を検討している。X11 family proteinsはアルツハイマー病の原因遺伝であるアミロイド前駆体タンパク質(APP)の代謝をAPP-X11 family proteins-Alcadein複合体を形成し安定化する分子であり、これまでにX11/X11L二重遺伝子欠損マウス脳でアルツハイマー病の発症原因であるアミロイドβ(Aβ)の産生が亢進していることを明らかにしてきた。1.痙攣発作発症の原因分子として過分極賦活型チャネル(HCNチャネル)を同定し、HCNチャネル量がアルツハイマー病モデルマウスであるAPP-Tgマウス脳内において減少していることを明らかにした。これらの成果はアルツハイマー病患者の一部で認められるてんかん併発の分子機構解明に大きく貢献する成果であるとともに、新規アルツハイマー病治療のターゲット分子の創出に貢献するものである。2.Alcadein遺伝子の各種欠損マウス、Alcadein-Tgマウスの作製が完了し、脳内APP代謝産物量(Aβ産生量、アミロイド斑形成数等)の解析を行ったところ、Alcadein遺伝子欠損マウス、Alcadein-TgマウスでAPP代謝が変動していることを明らかにした。Alcadeinタンパク質の代謝はアルツハイマー病患者脳で変動していることから、これらの成果はアルツハイマー病治療や発症機構解明に貢献するものである。
新しいヒトMHC関連遺伝子群の解析

本研究では、我々が発見したMHCクラスI関連遺伝子MR1を中心に解析を行ない、MHC関連遺伝子産物の機能の解明を目指す。ヒト及びマウスMR1の詳細な比較:ヒト及びマウスMR1cDNAより予測されるアミノ酸配列を比較すると、非常に特徴的な保存性が明らかとなった。即ち、α1及びα2ドメインのヒト、マウス間でのアミノ酸残基の一致は、90%近い値を示した。古典的MHCクラスI分子においては、α1及びα2ドメインは、ペプチド結合ドメインを形成しT細胞レセプターと相互作用する重要なドメインである。また、MR1の保存性について、サザンブロット解析により検討すると、種々の哺乳類DNAでMR1陽性バンドが検出され、哺乳類においては広くMR1遺伝子が保存されていることが推測された。マウスMR1遺伝子の染色体における存在位置は、FISH法により1H1であり、これは、ヒトMR1の染色体位置1q25に相当する位置であることが判明した。古典的MHCクラスI遺伝子群との比較:我々は、古典的MHC遺伝子及びMHC関連遺伝子群の起源を探る目的で、系統発生的に原始的な動物のMHC(関連)遺伝子群を解析しているが、今回、最も原始的な有顎脊椎動物の一群である軟骨魚類より古典的MHCクラスI遺伝子の単離に成功し、詳細な解析を行なった。軟骨魚類の古典的MHCクラスI遺伝子とヒトMR1を比較すると、α1及びα2ドメインで40%を超える比較的高いアミノ酸残基の一致が観察された。MR1分子は、α1及びα2ドメインに関して、軟骨魚類からヒトまでの古典的MHCクラスI分子と比較的高い類似性があることが明らかとなった。哺乳類MR1のα1及びα2ドメインにおける例外的に高い保存性は、これらのドメインと重要な分子との相互作用の存在を推測させる。
低バックグランド・宇宙起源反ニュートリノ検出器の開発

本年度の研究課題について成果をまとめる。(1)液体シンチレータ特性計測・中性子,ガンマー線の検出効率の優れた液体シンチレータNE343,BC-521、BC-525の3種類の発光量計測を行ない全てカタログ通りの性能を示すことが確認された。次に大型検出器に使用するために流動パラフィンで稀釈する必要があるが、市販の流動パラフィンで稀釈したところNE343とBC-521は発光量の劣化とともに溶液の変質が確認された。又BC-525は性能を維持しており,現在BC-525の発光性能と流動パラフィンの稀釈量との相関を定量的に求める計測を行っており,近々結果がまとまる予定である.・発光量とともにもう1つの要素である光の透過率を計測するために,最大2mで長さが可変の透過率測定器の製作を行った。現在は2mの筒と暗箱,光学系の調整が終り,まず水を用いての透過率測定を行っている.これによって装置の性能が確認されれば,液体シンチレータの計測を開始する予定である.モンテカルト・プログラムの開発大型液体シンチレーターによるニュートリノ検出器の性能を評価するために,まず10MeV以下のエネルギー領域で予想されるバックグランド現象をリストアップしてそれぞれのバックグランド源からくる信号のエネルギー分布,頻度,ニュートリノ信号との識別を求めるプログラムを作成した。これによって検出器の性能評価が可能になった.本年度の研究課題について成果をまとめる。これによって検出器の性能評価が可能になった.