hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生物処理による飲料水の硬度と硝酸塩濃度の低減化研究

水槽で自然発生した藻類または沖縄県糸満市の浄水場で生育している藻類が、硬度を低減化できるか、ならびに硝酸態窒素濃度の高い地下水の硝酸態窒素濃度を低減化できるか検討した。どちらの藻類によっても硬度を低減化することができた。硬度は光照射時に低下し暗所化では低下しなかった。また水のpHは光照射時に高くなり暗所時には変化がなかった。このことから、藻類が光を受けて光合成を行った時に水中に溶存している重炭酸カルシウムのCO2を吸収した結果硬度が低下したことがわかった。硝酸態窒素濃度も硬度同様に低下した。それぞれの藻類は、Aphanochaete magnum、Cladophora albidaであった。水道原水に含まれる硬度成分と硝酸イオンの生物(藻類)処理による低減化について検討した。硬度成分については、1.藻類が付着する担体の種類による効果、2.藻類層を通過する水の流速の影響、3.水の流路の構造による影響について検討した。その結果、1.担体の種類については、軽石、小石、砂の3種類について実験したところ、小石が最も低減効果が高かった。2.流速については、12m/日、56m/日、910m/日の3段階で検討したが、いずれの流速でも差は見られなかった。3.流路の構造については、平型のコンテナに1藻類が付着する石を入れない、2小石を平らに敷き詰めた、3コンテナの左右にアクリル板を接着し、その間に石を詰めて水が左右を蛇行するようにした、4は3と同様に左右に空洞のあるアクリル板を接着して水が蛇行するようにした、5はアクリル板を上下に接着して石を詰め、水が上下に流れるようにした、6藻類が付着する担体として石の代わりに立体的に編んだネットをいれ、その間を水が通り抜けていくようにした、7球根用ネットに小石を詰め、その間を水が通るようにした、8コンテナの底に空間を設け、その上に石を入れた。以上8種類の装置で実験したが、硬度の低下には差がなかった。また、沖縄県南部水道企業団摩文仁浄水場の屋外で、4倍程度に大型化したコンテナを用いて同様に実験を行ったが、装置の形状による差はなかった。藻類による原水中の硝酸塩濃度低減化実験では、期間は長くかかったが、硝酸イオン濃度を10分の1程度まで低下させることができた。硬度および硝酸塩濃度低下に寄与する藻類の検索を行うため、次世代シークエンスによるメタゲノム解析の可能性を検討し、次年度実施する準備を整えた。前年度は、メタゲノム解析による藻類の同定が十分には行えなかった。その主な理由は藻類の生育が十分ではなかったことによる。その他については、ほぼ計画通りに進行した。1.硬度の高い浄水場原水の硬度の低減化について、室内の実験台に設置できる浄水場を模した小型装置による実験を行った。装置は前年度と同様、縦横高さの内法(mm)が320、233、128で小石を高さ60mm迄敷き詰め、井戸水を循環させ藻類を自然発生させた。実験方法は、井戸水に替えてエビアン水5.5Lを入れポンプで水を循環させ、(1)装置上面にLEDライトを置き常時点灯、(2)12時間点灯12時間暗所のサイクルの方法で、硬度とpHを測定した。その結果常時点灯の装置では、pHの上昇と硬度の低下が継続したが、点灯と暗所のサイクルの装置では、pHは点灯時は上昇、暗所時は変化なしまたはやや低下し、硬度は点灯時は低下、暗所時はやや低下または変化なしの結果であった。この結果から硬度の低下は主に光合成によるpHの上昇により生じていることが確認された。2.硝酸塩濃度の低下については硬度と同じ装置で実験したところ、低下傾向を示したものの硬度の減少と比べ効果が少なかった。しかし異なる装置による前年度の結果では硝酸塩濃度は大きく低下していたので、硬度の低下と比べ硝酸塩濃度を低下させるためには、藻類の量を増加させるか光量を強くする必要があるものと思われる。3.沖縄県摩文仁浄水場における野外実験では、実験室と同様の装置で屋外実験を行った。その結果、硬度も硝酸塩濃度も実験室内のLED照明下実験結果と比べ、大きな低下が認められた。このことから実験室内の実験で硝酸塩濃度の低下効果が少なかった理由は、藻類の量や光量が少なかったものと思われる。野外実験と実験室内実験との結果の相違を明らかにするために、次年度はさらなる実験を実施する必要がある。藻類の同定については分担者による次世代シークエンスによるメタゲノム解析の結果、珪藻類とアメーバがフローラの70%を占めており、いずれも一般的な環境に広く分布しているものであった。水道原水中の硬度、硝酸性窒素濃度を藻類の生物作用により低減化させるためには、光合成の力が大きく作用していることが実験から明らかになった。次年度はその効力を高める方法を検討することになるので、藻類の生育を活発にし光合成力を高める方法を検討すればよいことが分かったため。2.硬度の低減化に影響する因子としてろ過材と藻類の種類を検討した。ろ過材は鑑賞魚用カラーストーン、緩速ろ過用砂、粗ろ過用砂利3種類(径が25mmのS,510mmのM,1015mmのL)の計5種類を検討した。ろ過材自体が硬度成分を吸着したものはカラーストーンのみで、その他はいずれも吸着されなかった。

しかしカラーストーンまたは砂利Sに藻類が繁殖後の実験装置で硬度低減実験を行ったところ、ろ過材の違いによる影響はなかった。このことから浄水場で硬度低減用に使用するろ過材は、粗ろ過用に使用されている砂利で差し支えないことがわかった。Cladophora albidaまたはRhytidiadelphus squarrosusdを用いて硬度低減化実験を行ったところ、硬度低減効果に差がないことがわかった。これらの結果から浄水場では、ろ過材や藻類の種類に関係なく硬度低下処理を行える可能性がある。3.三角フラスコに摩文仁浄水場水の水を入れ硝酸性窒素濃度の低減実験を行ったところ、シオグサ属のCladophora albidaの方がフサゴケのRhytidiadelphus squarrosusdより低減効果がわずかに高かった。実験時間24時間で藻類に照射する光有と暗所下で硝酸性窒素濃度の低下効果を調べたところ、光有の方が効果が高かったが、暗所下でも低下効果が見られ、藻の量を増加させた実験では、24時間後の低下効果は同等であった。北区の井戸水を対象水とした実験でもほぼ24時間後では同程度の低減効果が観察された。水槽で自然発生した藻類または沖縄県糸満市の浄水場で生育している藻類が、硬度を低減化できるか、ならびに硝酸態窒素濃度の高い地下水の硝酸態窒素濃度を低減化できるか検討した。どちらの藻類によっても硬度を低減化することができた。硬度は光照射時に低下し暗所化では低下しなかった。また水のpHは光照射時に高くなり暗所時には変化がなかった。このことから、藻類が光を受けて光合成を行った時に水中に溶存している重炭酸カルシウムのCO2を吸収した結果硬度が低下したことがわかった。硝酸態窒素濃度も硬度同様に低下した。それぞれの藻類は、Aphanochaete magnum、Cladophora albidaであった。前年度十分に行えなかった藻類のメタゲノム解析は、藻類の生育が不十分な場合には、沖縄県の浄水場でサンプリングして進める。前年度の結果から、硬度および硝酸性窒素濃度低減期間の短縮化には、かなりの困難が予想される。この問題点をいかに解決するかが最も重要な課題と考える。1.硬度低減化および硝酸塩濃度低減化力の強い生物を調べるために、前年度は沖縄県摩文仁浄水場並びに近辺の地下水源や河川からサンプル水を採取した。本年度はこれらの水および実験室内のその他の実験水層内に生育している藻類について、次世代シークエンスによるメタゲノム解析を行い生物を同定する。2.硬度および硝酸塩濃度低減の効率化を図るための条件を検討し、沖縄県摩文仁浄水場における実用化の方向性を検討する。食品学当該年度に予定していた研究が終了したため。翌年度の物品購入費に充てることにした。2016年4月1日より2017年1月31日まで
歯列接触癖を有する患者の表情筋活動，咀嚼筋活動および顔貌との関連に関する検討

口角牽引時では,頬筋および口角挙筋のRMS値は下顎安静時で最も高かった。歯が接触している状態では,これらの表情筋のRMS値はクレンチングの強度に比例していた。一方,口角挙上時では,50%クレンチング時で最も高かった。これらの表情筋のRMS値は,下顎安静位で最も低く,クレンチングの強度が増加するにつれて増加していることが観察された。口角牽引時では,頬筋および口角挙筋の活動は上下歯列の接触によってその活動量が減少することが示唆された。歯列接触癖を有する患者において,口角を後方に引きスマイルラインを強調した特徴的な顔貌が臨床的にしばしば観察される。この表情筋活動は,口腔顔面痛と密接な関係がある咀嚼筋活動にも影響を及ぼすと考えられているが,その詳細は明らかではない。そこで本研究では筋電図測定により,表情筋活動と咀嚼筋活動との関連を明らかにすることを目的とした。被験筋には,口輪筋,口角挙筋,頬筋,咬筋浅部,側頭筋を用いた。被験運動は,最大随意吸啜運動時,最大随意口角挙上・牽引運動時の活動量で口輪筋,口角挙筋,頬筋を標準化し,0,50,100%随意最大筋力(MVC)での,口角牽引が咀嚼筋活動に及ぼす影響を検索した。タスクは下顎安静時(上下歯列非接触時,接触時),20%,50%MVCとし,これらを先行動作として口角牽引を指示した。下顎安静位での50%口角牽引時の側頭筋,口輪筋,口角挙筋のRMS値は,15.4,48.1,84.2mV,上下顎歯列接触時では,22.4,46.2,84.1mV,20%クレンチング時では,223.0,51.0,112.5mV,50%クレンチング時では,377.3,48.2,117.1mVであった。クレンチング強度が増加するにつれて,側頭筋と口角挙筋のRMS値は増加傾向を示した。一方,口輪筋のRMS値に変化傾向は認められなかった。下顎安静位での100%口角牽引時の側頭筋,口輪筋,口角挙筋のRMS値は,60.3,142.5,220.3mV,上下顎歯列接触時では,27.9,59.3,148.6mV,20%クレンチング時では,282.2,75.1,180.2mV,50%クレンチング時では,352.4,100.7,233.2mVであった。クレンチング強度が増加するにつれて,側頭筋,口輪筋,口角挙筋のRMS値は増加傾向を示した。一定の大きさの筋力を持続的に発揮させるような被験タスクの制御がうまくいかず,その制御方法の検討に時間を要してしまったため。歯列接触癖を有する患者において,口角を後方に引きスマイルラインを強調した特徴的な顔貌が臨床の現場でしばしば観察される.この表情筋活動は,口腔顔面痛と密接な関係がある咀嚼筋活動にも影響を及ぼすと考えられているが,その詳細は明らかではない.そこで本研究では筋電図測定により,表情筋活動と咀嚼筋活動との関連を明らかにすることを目的とした.被験筋には,口輪筋,頬筋,口角挙筋,咬筋,側頭筋を用いた.最大随意吸啜運動時,最大随意口角牽引時,最大随意口角挙上時の活動量で口輪筋,頬筋,口角挙筋を標準化し,50%,100%随意最大筋力(MVC)での口角牽引,口角挙上が咀嚼筋活動に及ぼす影響を検索した.被験運動は,下顎安静時,上下顎歯列接触時,クレンチング時(20%,50%MVC)とし,これらを先行運動として口角牽引と口角挙上を指示した.咬筋のRMS値は,50%,100%口角挙上,100%口角牽引時において,下顎安静位の時の方が上下顎歯列接触時よりも大きい値を示した.下顎安静位,上下顎歯列接触,20%クレンチング,50%クレンチング時に100%の口角牽引を指示したとき,頬筋のRMS値はそれぞれ772.4mV,644.2mV,766.3mV,681.0mVであった.一方で,先行動作しないときの頬筋のRMS値は1117.6mVであったことから,咬頭嵌合位および咬頭嵌合位付近の下顎位において,頬筋は最大随意収縮を発揮することができないということが示された.

これらの結果より,頬筋活動は咬筋活動や下顎位の影響を受けることが推察された.咬筋および頬筋において,被験者に一定の大きさの筋力を持続的に発揮させる制御方法に筋電図波形の視覚的フィードバック法を用いたが,この方法の再現性が低く検討に時間を要してしまったため.表情筋活動は,口腔顔面痛と密接な関係がある咀嚼筋活動にも影響を及ぼすと考えられているが,その詳細は明らかではない.本研究では筋電図測定により,表情筋活動と咀嚼筋活動との関連を明らかにすることを目的とした.被験者には顎口腔に機能異常を認めない成人3名を用いた.被験筋には,頬筋,口角挙筋,咬筋,側頭筋を用いた.最大随意口角牽引時,最大随意口角挙上時の活動量で頬筋,口角挙筋を標準化し,100%随意最大筋力(MVC)での口角牽引,口角挙上が咀嚼筋活動に及ぼす影響を検索した.被験運動は,下顎安静時,上下顎歯列接触時,20%および50%クレンチング時とし,これらを先行運動として口角牽引と口角挙上を指示した.咬筋のRMS値は,100%口角挙上,100%口角牽引時において,下顎安静位の時の方が上下顎歯列接触時よりも大きい値を示した.下顎安静位,上下顎歯列接触,20%クレンチング,50%クレンチング時に100%の口角牽引を指示したとき,頬筋のRMS値はそれぞれ236.9±41.8 mV,144.0±91.6 mV,177.6±130.9 mV,180.6±59.8 mVであった.一方で,先行動作しないときの頬筋のRMS値は320.5±66.1 mVであった.これらの結果より,下顎位が咬頭嵌合位および咬頭嵌合位付近では,頬筋は最大随意収縮を発揮することができないということが示された.100%口角挙上を指示したときの口角挙筋のRMS値は,下顎安静位で236.0±63.6 mV,上下顎歯列接触時で211.5±107.3 mV,20%クレンチング時で240.7±145.7 mV,50%クレンチング時で397.8±259.1 mVと,100%MVCを指示しているにもかかわらず先行動作によって違う値を示した.これらの結果より,口角挙筋は咬筋活動や下顎位の影響を受けることが推察された.口角牽引時では,頬筋および口角挙筋のRMS値は下顎安静時で最も高かった。歯が接触している状態では,これらの表情筋のRMS値はクレンチングの強度に比例していた。一方,口角挙上時では,50%クレンチング時で最も高かった。これらの表情筋のRMS値は,下顎安静位で最も低く,クレンチングの強度が増加するにつれて増加していることが観察された。口角牽引時では,頬筋および口角挙筋の活動は上下歯列の接触によってその活動量が減少することが示唆された。視覚的フィードバックを簡易的に行える装置もしくはサイズの大きなモニタを使用することにより,円滑な実験の遂行を図る。筋疲労を避けるために,タスクを持続させる時間を短縮するなどして,一定の筋活動を安定して発揮できるようなプロトコールを作成して円滑な実験の遂行を図る.歯科補綴学予定していた被験者数を満たすことがきなかったため,データ保存用のハードディスクや記録電極などの各種実験器具の購入数が少なくなってしまったため。予定していた被験者数を満たすことができず,記録電極や各種実験器具の購入数が少なかったため.当初予定していた,デジタルカメラと統計処理ソフトを購入予定である。また,被験者数を増加させ,そのデータ記録用ハードディスクや各種電極等に費やす予定である。当初予定していた各種実験器具の購入や学会出席に要する旅費に費やす予定である.
眼内の一酸化窒素(NO)の合成,代謝、生物学的機能についての研究-眼内炎症や白内障とのかかわり-

眼内での一酸化窒素(NO)とその合成酵素(NOS)について、特に炎症と白内障を焦点に研究し以下のことが明らかとなった。1)眼内で炎症物質としてNOがはたらいていることを動物実験(ラットのぶどう膜炎モデル)で証明し、さらに炎症時のNOの産生とNOSの誘導について動物実験と培養細胞を用いた実験を行い、炎症への関与の仕方を明らかにした。当初合成酵素は誘導型(iNOS)のものが炎症で主な役割を演じていると予想したが、nitroarginineとimonoethylornithineの両阻害剤をもちいた結果、炎症の開始にはむしろ構成型(cNOS)が関与し、その後iNOSが機能することが明らかとなり、これは新知見であった。2)水晶体上皮細胞のNO産生培養水晶体上皮細胞を用い、サイトカイン刺激によるNO産生とNOS活性を調べた。次に水晶体全体を器官培養し、正常水晶体が刺激に反応するか調べた。阻害剤に対する反応性についても検討した。更に炎症モデルから摘出した水晶体のNO産生とNOS活性について調べた。これらの結果、水晶体上皮はin vito,in vivo両方でNOを産生し、眼内炎症時には実際にNOを産生すろことが判明した。このことより白内障の発生とNOが深く関与することが示唆された。3)これらを踏まえ、白内障を実際に生じさせる実験や眼内のNOを実際に定量する、in vivoの実験を予定し、更に眼内でのNOの機能について明らかにしたいと考えている。1)培養網膜色素上皮細胞を用い、その一酸化窒素合成について研究した。同細胞は、細胞内毒素(LPS)とインターフェロンαを添加して培養すると、NOを産生することが判明し誘導性一酸化窒素合成酵素をもつことが明らかとなった。2)培養水晶体上皮細胞でも同様の結果を得た。また水晶体全体及び水晶体嚢を刺激(LPS+インターフェロンα)を加えてもNOが産生されることが判明した。更にLPSによりぶどう膜炎(EIV)を発症させたラットの水晶体は新たに刺激を加えなくてもNOを産生する能力があることが判明した。3)以上のことよりNOは眼内の炎症において産生がみられること、水晶体の白内障化に関与することが判明した。更に水晶体のNO産生と水晶体上皮細胞の増殖について研究を継続し、続発性白内障の発症機序を明らかにしたいと考えている。1眼内炎症におけるNOの産生と機能。われわれは既に眼内で炎症物質としてNOがはたらいていることを動物実験(ラットのぶどう膜炎モデル)で証明し、さらに炎症時のNOの産生とNOSの誘導について動物実験と培養細胞を用いた実験を行い、炎症への関与の仕方を明らかにした。当初合成酵素は誘導型(iNOS)のものが炎症で主な役割を演じていると予想したが、nitroaginineとimonoethylornithineの両阻害剤をもちいた結果、炎症の開始にはむしろ構成型(cNOS)が関与し、その後iNOSが機能することが明らかとなり、これは新知見であった。2水晶体上皮細胞のNO産生培養水晶体上皮細胞を用い、サイトカイン刺激によるNO産生とNOS活性を調べた。

3これらを踏まえ、白内障を実際に生じさせる実験や眼内のNOを実際に定量する、in vivoの実験を予定し、更に眼内でのNOの機能について明らかにしたいと考えている。
下水道行政の構造分析-現代行政におけるコンフリクト-

まず、昨年度に引き続き、わが国の下水道行政の分析を行った(「現代型訴訟としての住民訴訟の可能性(下)-葉山町下水道住民訴訟を素材に-」)。具体的には、下水道行政の構造が限られた関係当事者によって排他的に構成される「閉じたガバメンタル・システム」としての特質を強く有していることを指摘した上で、その閉鎖性に変化を与える契機となった現代型訴訟としての住民訴訟に着目した。ところで、水については、自治体ごとや用途ごとにではなく、流域の広がりで総合的に論ずる必要があることが、近年、強調されている。このことは、下水道行政におけるコンフリクトを問題にする場合であっても、下水道に考察対象を限定していては、コンフリクトの意義と可能性を見極めることができないことを意味しているように思われる。そこで、本年度は、まず第一歩として、考察対象を上水道行政にまで広げることにした(「第3回世界水フォーラムにおける水道民営化論議-『官民の連携』セッションでの議論を中心に-」、「多摩地域における水道事業-都営一元化をめぐる軌跡と現状-」)。従前から行ってきた下水道行政の研究と適合的な形での研究とは必ずしもならなかったが、「水道民営化」の問題など、ガバナンスの観点から見てきわめて重要な論点を論ずることができた。また、研究課題との直接的な関係はないが、「地方分権改革が現場にインパクトをもたらしていないのはなぜなのか」という問題関心に基づく研究を行ったことも申し添えておきたい(「分権改革と現場変革-分権改革による現場へのインパクトはなぜ乏しいのか-」)。本年度の主たる業績としては、葉山町下水道住民訴訟第1審判決を1つの素材としつつ、現代型訴訟としての下水道住民訴訟が有している可能性を論じた論文がある。当該論文は3部からなるが、「上」では、従前の行政学・政治学では十分活用されてこなかった法学情報としての判決文を用いている。これには、実証研究の際に多々困難が生じる事実認定の問題を、判決という公式情報に依拠することでクリアするという戦略的な意図がある。また、判決内容検討を通じて下水道裁判において何が問題とされているのかを整理しそれへの一定の評価を行うことで、本論文が政策研究にも寄与することも意図している。「中」では、下水道裁判で問題とされている「過大で著しく費用のかかる下水道事業が実施される」傾向が何故に生じるのか、政治・行政システムに着目し、その諸要因を抽出している。具体的には、近年の地方財政研究における事業費補正を通じた単独事業への地方の動員に関する先行研究や、近年の行政学における技官研究を摂取しつつ分析をしている。析出された要因は複数に渡るが、それらが相互に結びつき合いながら構造的に作用しつつ、コンフリクトをシステム内に許容しえない「閉じたガバメンタル・システム」の形成に結びついていることがここでの主張である。なお、まだ未公刊の「下」では、「新しい社会運動」に関する社会学における蓄積、現代型訴訟に関する法社会学等の先行研究を生かしながら、閉じたガバメンタル・システムにおいて下水道住民訴訟が有する可能性を明らかにする予定である。「上」で見たように一連の下水道住民訴訟は、一定の限界を有しており「閉じたガバメンタル・システム」を打破するところまではいかないものの、「コンフリクトを許容する、開かれたガバメンタル・システム」への転換の第一歩につながる可能性を有している、というのが結論的主張である。
シアリダーゼの共有結合阻害を指向した抗インフルエンザ薬の開発

インフルエンザウィルスが宿主細胞から放出される段階で働くシアリダーゼの阻害剤は、抗ウィルス薬として有効である。これまでタミフルやリレンザなどが上市されてきたが、耐性ウィルスの出現や副作用などの問題から新規薬剤の開発が望まれている。我々は、2,3-ジフルオロシアル酸がシアリダーゼを不可逆的に阻害することを明らかにした。この結果に基づき、より強固な結合能を求めて、全てのシアリダーゼ活性中心にある三つのアルギニン残基と結合する、アノマー位カルボキシ基の代替を検討した。カルボキシ基の代替としてホスホノ基が有効であるとの知見を参考に、より電子吸引性の大きいスルホ基の導入を試みた。シアル酸誘導体のアノマー位をSAc基で置換しO,S-アセタール及びそのグリカールに導いた。各々をOxoneで酸化してスルホン酸塩に導き、脱保護によりスルホシアル酸類を得た。スルホシアル酸類のインフルエンザウィルス(H2N2)、ウェルシュ菌(Clostridium)、連鎖球菌(Streptococcus)のシアリダーゼ阻害活性試験を行った。エクアトリアル型スルホシアル酸はN2に対してエクアトリアル型ホスホン酸より40倍強力であり、アキシアル型スルホシアル酸とグルカール型スルホシアル酸も強い活性を示した。エクアトリアル型スルホシアル酸はウェルシュ菌と連鎖球菌にも効果があった。スルホ基は、アノマー位官能基として最強の活性を示すというこれら結果は、スルホシアル酸を基盤とする次世代型不可逆的阻害剤の開発に繋がる成果である。28年度が最終年度であるため、記入しない。新規なインフルエンザ治療薬の開発は、パンデミックに備えるために重要な課題である。これまで、ウィルスの出芽段階で機能するシアリダーゼを標的とした創薬が展開され、リレンザ、タミフル等が上市されてきたが、頭痛、異常行動などの副作用や抵抗性株の出現が問題となっている。我々は既にインフルエンザ・シアリダーゼが、Tyr406残基の関与する二重反転機構で進む保持型グルコシダーゼであることを、2,3ジフルオロシアル酸と酵素との共結晶のX線結晶構造解析や組換え酵素によるシアリルラクトースの加水分解により明らかにしてきたが、更に高活性な化合物の設計と合成を行った。、2α,3α-ジフルオロ置換基を有するシアル酸を基本母核化合物として、各種官能基の置換を試みた。これ迄の知見から、4位にグアニジル基の導入、7/8位にメトキシ基など脂溶性官能基の導入を検討した。また、9位ヒドロキシ基の修飾も試みた。シアル酸のヒドロキシ基のアセチル基による保護とカルボキシ基の脱炭酸を同時に行う反応において、温度条件が重要であることを明らかにした。即ち、アセチル化した後、エステル化を行う際、温度を徐々に上昇させるとカルボキシ基と7位ヒドロキシ基の間でラクトン環を形成する反応が主となった。ここでは急激な加熱条件で昇温することで収率選択性よくエステル化を行うことが可能となった。多種のエステル型誘導体の調製を可能にする重要中間体を得ることに成功した。新規なインフルエンザ治療薬の開発は、世界的なパンデミックに備えるために極めて重要な課題である。これまで、ウィルスの出芽段階で働くシアリダーゼを標的とする創薬が展開され、タミフルやリレンザなどが上市されてきたが、異常行動や耐性ウィルスの出現などの問題から、新規薬剤リードの開発が急務となっている。2α,3α-ジフルオロシアル酸は、インフルエンザ・シアリダーゼの活性中心で重要な機能を持つTyr406残基と共有結合を形成する、従来の拮抗阻害型薬剤とは異なる機構で働く化合物である。本年度は、シアル酸を出発原料とする合成経路を利用して、シアル酸のカルボキシ基を他の置換基で置換した誘導体の合成に成功した。これら化合物は、予備的な試験で種々のシアリダーゼに対して阻害活性を示した。シアル酸誘導体については、カルボキシ基について二通りの代替置換基を持つ化合物の合成を進めている。一方(A)は、比較的順調に進み、シアリダーゼ阻害活性試験を行うまで成果をあげることができた。他方(B)については、現在鍵段階の検討中であるが、重要中間体についてシアリダーゼ阻害活性試験を行い、従来とは異なるデータを得ることが出来た。

スルホシアル酸類のインフルエンザウィルス(H2N2)、ウェルシュ菌(Clostridium)、連鎖球菌(Streptococcus)のシアリダーゼ阻害活性試験を行った。エクアトリアル型スルホシアル酸はN2に対してエクアトリアル型ホスホン酸より40倍強力であり、アキシアル型スルホシアル酸とグルカール型スルホシアル酸も強い活性を示した。エクアトリアル型スルホシアル酸はウェルシュ菌と連鎖球菌にも効果があった。スルホ基は、アノマー位官能基として最強の活性を示すというこれら結果は、スルホシアル酸を基盤とする次世代型不可逆的阻害剤の開発に繋がる成果である。11月に来日し、本格的に実験を開始して4か月未満であるが、既にタミフル・リレンザに代わりうるインフルエンザ・シアリダーゼ阻害剤開発に向け、各種エステル誘導体の作成に必要な鍵中間体の効率的合成法を確立できた。誘導体(B)について、鍵段階の検討(二重結合の導入およびフッ素化)を行い、目的物に導く。誘導体(A)についても更なる誘導化・プロドラッグ化を行う。インフルエンザウィルスに加えて、他の微生物由来のシアリダーゼについても阻害活性試験を行い、総合的に有効な薬剤リードを見出す。28年度が最終年度であるため、記入しない。実験を開始して4か月、特に支障は生じていない。当初の研究方針通り進める予定である。即ち、合成した鍵中間体から、ジフルオロ置換基を有する各種エステル誘導体を合成する。高価なシアル酸以外の化合物を出発原料とする合成経路についても検討する。
振動子ネットワーク：生命現象の理解と予測を目指したモデリングと理論枠組みの構築

本研究では体内時計や脳にみられる振動現象に関する理論的課題に取り組んできた。まず30年度の成果についてまとめる。28年度にPNAS誌より、分子時計が低温条件下で停止することを報告したが、分子レベルのダイナミクスのモデリングをさらに検討した。マクロレベルではHopf分岐で振動が消滅することが実験によって判明した。分子レベルではリン酸化リズムの脱同期がその背後にあることが示唆されているのが、その過程を記述した数理モデルの解析により、脱同期の程度が大きくなるにつれて振動の正確性が急激に低下することがわかった。分子間コミュニケーションの重要な役割を明らかにした結果である。この成果は国際会議Gordon Research Conferenceで発表した。また、ゆらぎ強度が不均一な振動子集団において、同期度をネットワーク構造から求まるラプラス行列の固有値・固有ベクトル関係づける理論をすでに構築していたが、いくつかの興味深い例を考え、また、大規模なネットワークに適用した。この結果は現在投稿中である。研究期間全体を通して総括する。本研究の目的は生物リズムの複雑なダイナミクスや機能の理解に貢献することであった。概日リズムのモデリングと解析を通して、時差ボケ時に見られる複雑な適応過程の解明に本質的な貢献をできたと考えている。また、複雑ネットワークにおける同期のゆらぎに対するロバスト性を評価する理論枠組みを作ることができ、これは工学的応用につながる成果だと考えられる。本研究では体内時計や脳にみられる振動現象に関する理論的課題に取り組む。27年度は特に、脳から抹消までの階層的な体内時計ネットワークを構築し、時差ボケや睡眠障害などの特異なダイナミクスの理解を得て、新規実験の提案を行った。海外旅行時に経験する時差ボケの特異な性質にモチベーションがある。体内時計は視交叉上核(SCN)と呼ばれる神経細胞ネットワークが作り出す。個々の細胞は約24時間周期で遺伝子発現を繰り返し、振動子とみなせる。この系は、視神経からの入力によって環境の明暗サイクルの影響(周期外力)を受ける。時差は明暗サイクルの位相を瞬間的に大きく変化させることに対応し、その摂動からの緩和過程が時差ボケの原因を作る。前進させる時差(東向きの長距離移動に対応)では、緩和時間が非常に長く、また、数日間にわたって細胞集団の位相がバラバラ(脱同期状態)になことがマウスやラットの実験観察から知られている。解決すべき問題は、前進と後退の時差に対する非対称性のメカニズムと脱同期のメカニズムである。これらを明らかにするため、2つのアプローチを行った。前者には、外力をうける振動子モデルの標準化を近恒等変換を利用した高次の摂動論を構築することにより、周期外力のもとでは前進の時差にたいして緩和が遅くなることが一般的であることを示すことに成功した。また、後者については、視交叉上核の階層的構造を出来る限りシンプルに取り入れたモデルを構築し、脱同期の説明に成功した。このモデルによる予測を共同研究者が実験検証を行った。これらの結果は現在投稿準備中である。時差ボケだけでなく、シフトワーカーの体内時計の不調についても取り組むことができた。本研究の項目(A)では体内時計や脳に見られる振動現象に関する理論的課題に取り組んでいる.27年度には,時差ボケ現象を説明するためのモデル構築を行った.このモデルを用いると,日本からアメリカ西海岸などといった東向きの長距離旅行旅行に対応する8時間の時差を与えるときに,その前日に4時間の時差を先行して与えることにより,時差ボケから回復が早まることが予測された.実験研究者と協働でこの理論的予測の実験検証結果を解析し,理論的に予測した方法が時差ボケの解消時間が有意に短くなることを実証することができた.この結果について論文を投稿し,国際学術誌であるScientifc Reportsでの掲載が決定した.現在は,さらに,このモデルを用いて時間シフト労働者のスケジュール提案手法を検討している.そのため,モデルのパラメータを各個人の特性に合わせるパラメータ推定方法が必要になる.また,本研究の項目(C)では特定の機能を最適化する振動子ネットワークのネットワーク構造の探求に取り組んでいる.ゆらぎの強度が不均一な振動子集団において,同期度をネットワーク構造から求まるラプラス行列の固有値・固有ベクトルと関係づけることに成功した.これにより,最適ネットワーク構造を求めることができた.得られた結果は容易に解釈しづらいものである.信頼できる振動子をネットワーク上のどこに置くべきかについての設計原理を提案できる理論である.現在,投稿準備中である.論文がアクセプトされた.本研究の項目(A)では体内時計や脳に見られる振動現象に関する理論的課題に取り組んでいる。27年度に提案した時差ボケ現象を説明する数理モデルを用いて、シフトワーカーの問題に取り組んだ。2つの異なるシフトスケジュールを考え、体内時計の順応性の差をシミュレーションによって調べた。この結果、ローテータと呼ばれる種類のスケジュールが順応を著しく妨げることが示唆された。マウスの実験研究者と実験検証について打合わせを行った。(B)では確率的に状態遷移する素子集団のダイナミクスを取り扱う理論枠組みを構築し、ゆらぎを伴う複雑な振動や神経興奮の集団ダイナミクスの新規解析手法を提案することを目指している。28年度にPNAS誌より、分子時計が低温条件下で停止することを報告した。これの理論を本枠組みを用いて構築した。その結果、分子時計の停止は、分子レベルのリン酸化サイクルの脱同期が引き起こすことが示唆された。この結果は日本物理学会2017年秋季大会で口頭発表した。

項目(C)では特定の機能を最適化する振動子ネットワークのネットワーク構造の探求に取り組んでいる。ゆらぎ強度が不均一な振動子集団において、同期度をネットワーク構造から求まるラプラス行列の固有値・固有ベクトル関係づける理論をすでに構築していたが、具体的な問題を設定しそれらに対する最適ネットワーク構造を求めた。また、新たに、空間に広がる素子間のシンクロを最適化するネットワーク構造の理論を構築した。論文発表、学会発表を行えている。本研究では体内時計や脳にみられる振動現象に関する理論的課題に取り組んできた。まず30年度の成果についてまとめる。28年度にPNAS誌より、分子時計が低温条件下で停止することを報告したが、分子レベルのダイナミクスのモデリングをさらに検討した。マクロレベルではHopf分岐で振動が消滅することが実験によって判明した。分子レベルではリン酸化リズムの脱同期がその背後にあることが示唆されているのが、その過程を記述した数理モデルの解析により、脱同期の程度が大きくなるにつれて振動の正確性が急激に低下することがわかった。分子間コミュニケーションの重要な役割を明らかにした結果である。この成果は国際会議Gordon Research Conferenceで発表した。また、ゆらぎ強度が不均一な振動子集団において、同期度をネットワーク構造から求まるラプラス行列の固有値・固有ベクトル関係づける理論をすでに構築していたが、いくつかの興味深い例を考え、また、大規模なネットワークに適用した。この結果は現在投稿中である。研究期間全体を通して総括する。本研究の目的は生物リズムの複雑なダイナミクスや機能の理解に貢献することであった。概日リズムのモデリングと解析を通して、時差ボケ時に見られる複雑な適応過程の解明に本質的な貢献をできたと考えている。また、複雑ネットワークにおける同期のゆらぎに対するロバスト性を評価する理論枠組みを作ることができ、これは工学的応用につながる成果だと考えられる。十分な成果がでているので、論文執筆を加速させるべきである。成果は順調に出ており,論文執筆に注力したい.成果は順調にでており、論文執筆に注力する。招待講演の1つが先方払いとなったため、海外旅費が節約された。また、購入予定であった計算機サーバーは、最近購入された共同利用の計算機の活用ができたため、27年度は購入を見送った。現在使用している計算機の能力,耐久性を考えたときに購入を次年度以降に遅らせたほうが良いと判断した.また,学生の研究補助者を雇用するはずだったが適当な人材がいなかった.研究補助できる学生がいなかったため謝金が予定より使用できていない。次年度はこの分を学会参加などの成果公表に活用する。研究の加速ため、研究補助者の雇用や、新たな計算機サーバの購入に充てる予定である。計算機の購入と研究補助者の雇用に使用する.
二重魔法数エキゾチック核Ni-78の質量精密測定

本研究の最終目標は、陽子と中性子の数が極端にアンバランスな不安定原子核の質量を精度測定することである。特に中性子が過剰なエキゾチックな原子核を対象としている。中性子星を理解するためには、原子核の状態方程式EOSが不可欠であり、エキゾチック核の質量はEOSを決定するための鍵となる情報である。しかし、短寿命核の質量測定はこれまで困難であった。そこで我々は、寿命の短いエキゾチック核の質量を精密に測定するための重イオン蓄積リング『稀少RIリング』を発明し、理研RIビームファクトリーに建設した。これにより、これまで測定困難だったエキゾチック核の質量を高精度(Δm/m10の-6乗)で測定することが可能となる。稀少RIリングはサイクロトロンと組み合わせることで、目的のエキゾチック核を1個ずつ識別でき、たとえ1個でも10の-6乗の精度で質量を決定する仕組みをそなえている。理研のビームタイムに遅れが出ているため、稀少RIリングを用いた実験はH27年度からとなったが、この助成の具体的な目標とするチェレンコフ検出器の開発には成功した。ウランビームから核分裂を利用して中性子過剰なエキゾチック核を生成する場合、多くのバックグラウンド核がビームに混入する。核破砕片分離装置での磁気剛性率とエネルギー損失による分離は十分でない。稀少RIリングへのビーム入射の頻度は100Hz程度であるため、稀少なRIのみ選び出す必要がある。そこで、チェレンコフ光を利用して目的の核の速度を選択し、効率よく稀少RIリングに入射する仕組みを開発した。H25年度に引き続き、放医研にてビーム試験を行い、56Fe 500MeV/uから生成される2次ビームに対してチェレンコフ光による速度選択を行い96%の効率で54Crを選択することに成功した。核破砕片分離装置BigRIPSに導入できる実機も製作済みである。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は,陽子と中性子の数が極端にアンバランスな「エキゾチック原子核の質量」を高精度で測定することである。とくに中性子が過剰な原子核を対象としている。中性子星を理解するためには,原子核の状態方程式EOSの決定が不可欠であり,エキゾチック核の質量はEOSを決定するための“鍵"である。しかし,エキゾチック核の質量測定はこれまで困難であった。そこで我々は,寿命の短いエキゾチック核の質量を精密に測定するための,重イオン蓄積リング『稀少RIリング』を発明し,理研RIビームファクトリーに建設している。これにより,これまで測定困難だったエキゾチック核の質量を高精度(10の-6乗)で測定することが可能となる。本研究では蓄積リングにビーム入射する際,より効率的に特定のエキゾチック核を選択する新しい仕組みを開発する。通常, RIビームは磁気剛性とエネルギー減衰を利用して分離されるが,ウランの核分裂の場合十分でない。78Niの場合, 10の6乗倍以上も他の核種が混合する。そこで従来の選別法に加えて,チェレンコフ光による速度選択法を導入する。チェレンコフ光の放出角度は,粒子の速度βとラジエータの屈折率nで決まる。バックグランド粒子の速度は78Niに比べて速いためチェレンコフ光の放出角度は大きくなり,最終的にはラジエータ中で全反射し外部には出てこない。78Niから発生するチェレンコフ光のみ検出し,蓄積リングに入射する仕組みに応用すれば,より効率的に質量測定ができる。H25年度はプロトタイプ検出器を試作し,放射線医学総合研究所の重イオンビーム(56Fe, 84Kr)を用いてビーム試験を行った。その結果, 10の-3乗という速度分解能を達成することが出来た。この性能は稀少RIを選択的にトリガーするための要請を満たしている。

そこで、チェレンコフ光を利用して目的の核の速度を選択し、効率よく稀少RIリングに入射する仕組みを開発した。H25年度に引き続き、放医研にてビーム試験を行い、56Fe 500MeV/uから生成される2次ビームに対してチェレンコフ光による速度選択を行い96%の効率で54Crを選択することに成功した。核破砕片分離装置BigRIPSに導入できる実機も製作済みである。26年度が最終年度であるため、記入しない。チェレンコフ速度選択器のプロトタイプを製作し、ビーム試験によって十分な性能を得た。H26年度はチェレンコフ速度選択器の実機を製作し蓄積リングに設置する。また蓄積リング本体のビーム試験も予定されているため実験に備える。
アジア太平洋地域におけるヒトの移動と社会・文化変容

平成11年度及び12年度の特別研究推進費による本研究課題によって得られた研究成果はおおよそ次のようなものである。(1)平成10年度に文部省国際会議開催費などの援助を得て開催した「アジア太平洋におけるヒトの国際移動と社会・文化変容-その最新事情-」国際シンポジウム(1999年9月、於早稲田大学)の成果にもとづき、日本における「ヒトの国際移動」研究の先行業績の集約と研究者ネットワークの充実を図った。(2)同様に、同シンポジウムの成果の上に、日本の「ヒトの国際移動」研究とアジア太平洋地域におけるマイグレーション研究とを連接させるために、日本の研究者ネットワークに英文ホームページを設置し、APMRN(Asia Pacific Migration Research Network)とのネットワークの充実を図った。APMRN第4回会議(2001年3月、於マニラ)には日本から研究成果報告と研究状況報告を提出した。(4)文部省国際学術調査にもとづく平成9年度海外学術調査の成果の継続として、タイ・日本間の「ヒトの国際移動」に関する日タイ共同研究を本格的に実施する準備のため、パイロット・スタディを実現させた。(5)ユネスコのMOST(Management of Social Transformation)プログラムの研究提言に注目し、それとの連携を図った。(6)2年間を通じ、7つの個別研究グループの研究会と合同研究会を頻繁に開催し、研究の現状と課題の検討を続けた。その結果、「ヒトの国際移動」に限定せず、エスニック関係の変容、企業活動の国際化など、グローバリゼーションと社会・文化変容を、実証的、総合的、立体的に共同研究し、文化の多様性を維持する方法を追究する必要があることに見解が一致した。(7)その見解にもとづき、科学研究費補助金「特定領域研究(A)」として平成13年度に発足を希望する特定領域を、申請領域名「アジア太平洋におけるグローバリゼーションと社会・文化変容」で申請した。1990年代に顕著になってきたグローバリゼーションの傾向はアジア太平洋地域も例外ではなく、各国の隅々までその影響が及んでいる。「ヒト・モノ・カネ・情報の国際移動」という具体相をとって及んでくるグローバリゼーションが、さまざまな社会・文化変容を僻遠の農村にまで及ぼしているのである。もちろん、人々の生活は変わらなければならないが、人類が失ってはならない「分化多様性」までが失われるのであれば、そのような事態には緊急に対応する必要があろう。政策的な対応も急がれるが、学問的には、グローバリゼーションの各地への波及の実態と、それがもたらしている社会・文化変容を至急解明しなけらばならない。本研究チームは、このような問題意識に立って、日本における関連研究を再評価し、より有機的に再構成することによって、国際的な研究活動にもより積極的に参画していくことを目的とする。本年度は、9月に、アジア太平洋マイグレーション研究ネットワーク(APMRN)と共催で「アジア太平洋におけるヒトの国際移動と社会・文化変容」国際会議を開催して、最新状況の理解を深めるとともに、国際共同研究の機運を全国的に高めたあと、国内と国際の研究ネットワークを連携させる体勢を整え、日本とタイの間のマイグレーションに関する国際共同研究の準備を開始するなどした。ヒトの国際移動以外では、居住問題・大都市化の問題、エスニシティ問題、モノの国際移動の新ネットワーク、アジア通貨危機、ニュー・メディアなどがもたらす社会・文化変容に関する新たな共同研究を次年度から本格的に展開する準備を行っている。平成11年度、12年度の2年間にわたった本研究の最大の実績は、平成13年度の特定領域研究(A)として、「アジア太平洋におけるグローバリゼーションと社会・文化変容」という領域の申請を行ったことである。これは、最近のグローバリゼーションに対応して、アジア太平洋地域でどのような社会・文化変容が展開しているかを、アジア研究の方法によって、多面的、俯瞰的、国際的に明らかにしようとする計画である。この大型の研究計画の必要性の確認とその構想には、本研究の成果が不可欠であった。と同時に、本研究で開始した総合的な研究を完成させるためにも、特定領域による研究の継続がぜひ必要であることも確認された。特定領域による本格的な研究に発展させるべき研究として、グローバリゼーション下のアジア太平洋におけるヒトの国際移動、エスニック関係の変容、企業活動の国際化、労働文化の変容、情報通信と教育、越境交渉、文化の多様性と文化マネジメントなどについての共同研究をすでに開始した。以上に加えて、東北タイの農村を対象とする、タイ・日本間のマイグレーション研究のためのパイロット・スタディーを実施し、日本におけるマイグレーション研究の成果を国際的に発表し、さらに、日本におけるマイグレーション研究を国際的に紹介する英文ホームページを設置した。(4)文部省国際学術調査にもとづく

平成9年度海外学術調査の成果の継続として、タイ・日本間の「ヒトの国際移動」に関する日タイ共同研究を本格的に実施する準備のため、パイロット・スタディを実現させた。(5)ユネスコのMOST(Management of Social Transformation)プログラムの研究提言に注目し、それとの連携を図った。(6)2年間を通じ、7つの個別研究グループの研究会と合同研究会を頻繁に開催し、研究の現状と課題の検討を続けた。その結果、「ヒトの国際移動」に限定せず、エスニック関係の変容、企業活動の国際化など、グローバリゼーションと社会・文化変容を、実証的、総合的、立体的に共同研究し、文化の多様性を維持する方法を追究する必要があることに見解が一致した。(7)その見解にもとづき、科学研究費補助金「特定領域研究(A)」として平成13年度に発足を希望する特定領域を、申請領域名「アジア太平洋におけるグローバリゼーションと社会・文化変容」で申請した。
CaV_4O_9型格子ハバード模型における量子臨界現象の研究

CaV4O9型格子は正方格子から格子点を周期的に1/5欠損させた格子で単位胞に4個の格子点を含む多軌道系である.この格子上を運動する電子系に対するハバード模型は金属絶縁体転移,磁気相転移等が絡み合った多様な量子相転移を示すことを明らかにした.電子数がサイトあたり1/2である場合の基底状態相図については平均場近似を用い,電子数がサイト当たり1個の場合の量子相転移についてはクラスター動的平均場近似(DMFT)を用いて研究を進めた。最近脚光を浴びているFeSiおよびFeGeを念頭に、多軌道ハバード模型における金属絶縁体転移に伴う磁性の出現という観点でその特徴を明らかにした。CaV4O9型格子ハバード模型において電子数がサイト当たり1/2 (1/4フィリング)である場合の基底状態相図を平均場近似で求めた。ダイマー側の弱結合領域は非磁性絶縁体であり、強結合領域になると強磁性金属相に一次転移をする。プラケット側の弱結合領域は常磁性金属相が安定であるが、クーロン相互作用を大きくするにつれ、反強磁性金属相へと二次相転移をし、そこから反強磁性絶縁体相に一次転移をすることが明らかになった。この反強磁性絶縁相はダイマーボンドにスピンが生じるボンド反強磁性である。ダイマー間のホッピングが無限小の極限では、このボンド反強磁性状態が基底状態であることを厳密に示した。さらに強結合領域に行くと基底状態は、強磁性金属または強磁性絶縁体となるがその境界は、ダイマー内のホッピングとダイマー間のホッピングが2対1の所である。プラケット側の常磁性絶縁体相とダイマー側の半強磁性相との間の量子相転移は、SU(3)に埋め込まれたディラック電子で記述されることが明らかになった。電子数がサイト当たり1個(1/2フィリング)の場合の量子相転移についてはクラスター動的平均場近似を用いて研究を進めた。不純物問題のソルバーとしては連続時間量子モンテカルロシミュレーションを用い、クラスターサイズについては4サイトと8サイトについて計算を実行した。プラケット側では金属絶縁体転移が、正方格子のときと同様一次転移で起きることが明らかになった。ダイマー側では、ダイマー内のホッピングとダイマー間のホッピングが2対1になるまでは、バンド絶縁体から強相関のダイマー絶縁体にクロスオーバーをし、それ以下のときは連続的な金属絶縁体転移をすることが分かった。CaV4O9型格子は正方格子から格子点を周期的に1/5欠損させた格子である。この格子はダイマーボンドで覆うこともできるし、プラケットで覆うこともできる。したがって、この格子上の反強磁性ハイゼンベルグモデルは、ダイマーボンドが強い極限でダイマーシングレットの基底状態を持ち、プラケットボンドが強い極限ではプラケットシングレットが基底状態となる。二つの交換相互作用が拮抗する領域では反強磁性秩序を持ち、二つの結合定数の比を変化させたときに二度量子相転移をすることが確立されている。反強磁性ハイゼンベルグモデルはハバードモデルの1/2フィリングにおける強相関領域での有効ハミルトニアンであるから、1/2フィリングにおける相関効果を研究すればいくつか定性的に異なる金属絶縁体転移の様相が現れ、金属絶縁体転移に対するわれわれの描像が豊かになることが期待される。このプロジェクトの中心テーマはこの金属絶縁体転移をクラスターを用いた動的平均場近似で研究することにある。動的平均場近似では、周期系の多体効果を一個のクラスターに対する不純物問題に落として、その不純物問題をとくことになる。不純物問題の解法としては連続時間量子モンテカルロ法を用いている。プラケット内のホッピングパラメータのほうが大きい場合には金属絶縁体転移は一次転移として起きる。これは、単純な正方格子で見られている振る舞いと同様である。一方、ダイマー側のホッピングの方が大きい側では、プラケット内のホッピングに対する比が2よりも大きい場合には最初から絶縁相であるが、それよりも小さいときには金属絶縁体転移が連続転移として起きている。この転移はリフシッツ転移として理解されることを明らかにした。これらの成果は強相関電子系国際会議のプロシーディングおよびPhysical Review Bの論文として公刊された。このプロジェクトの中心テーマはCaV4O9型格子上のハバード模型の金属絶縁体転移を、クラスターを用いた動的平均場近似で研究することにある。動的平均場近似で必要となる不純物問題の解法としては連続時間量子モンテカルロ法を用いた。プラケット内のホッピングパラメータのほうが大きい場合には金属絶縁体転移は一次転移として起きるのに対し、ダイマー側のホッピングの方が大きい側で起きる金属絶縁体転移は連続なリフシッツ転移であることを明らかにした。クラスターDMFTの手法が整備されたことは軌道縮退系の金属絶縁体転移の議論が可能となったことを意味している。最近再度脚光を浴びているFeSiは特異な半導体として知られているが、それと同様な荷電子配置を持つFeGeはヘリカル秩序を持つ金属磁性体である。当プロジェクトの最終年度は、これまで開発してきた手法を用いて、これらの物質を念頭に、多軌道ハバード模型における金属絶縁体転移に伴う磁性の出現というテーマに取り組んだ。FeSiおよびFeGeはB20構造をとり単位胞に分子式4個分の原子を含んでいる。フェルミエネルギー近傍の電子状態にはFeの3d電子とSiないしGeのp電子が関与している。

われわれはWien2kを用いてバンド計算を実行し、最適ワーニエ軌道でフィッティングすることにより32軌道ハバード模型を構築した。クーロン相互作用と交換相互作用については、DMFTを用いたが、その不純物解法としては二次摂動を用いた。その結果、合理的な範囲にある共通の相互作用定数を用いて、FeSiの基底状態が半導体であるのに対して、FeGeではFeあたり1ボーア程度の磁化を持つ強磁性金属であることが示された。温度を上げると、FeSiは半導体から金属にクロスオーバーしていくのに対し、FeGeでは強磁性金属から常磁性金属へと相転移をすることが無理なく説明された。CaV4O9型格子は正方格子から格子点を周期的に1/5欠損させた格子で単位胞に4個の格子点を含む多軌道系である.この格子上を運動する電子系に対するハバード模型は金属絶縁体転移,磁気相転移等が絡み合った多様な量子相転移を示すことを明らかにした.電子数がサイトあたり1/2である場合の基底状態相図については平均場近似を用い,電子数がサイト当たり1個の場合の量子相転移についてはクラスター動的平均場近似(DMFT)を用いて研究を進めた。最近脚光を浴びているFeSiおよびFeGeを念頭に、多軌道ハバード模型における金属絶縁体転移に伴う磁性の出現という観点でその特徴を明らかにした。プラケット側のスピンギャップ絶縁相とダイマー側のスピンギャップ絶縁相については、異なるクラスターを用いた計算結果となっていた。この二つの絶縁相の関係を調べるには共通のクラスターを用いることが必要である。実際に計算可能なクラスターサイズで共通のものを用いるには周期的境界条件を用いること必要がある。われわれは、その場合の計算プログラムの開発に取り組んできたが、それが完了した。8サイト周期境界条件を使ったcluster DMFTでは、プラケット側の一次転移がなまってくる傾向にある。最近、われわれの結果に触発されて1/5欠損正方格子の金属絶縁体転移を研究している中国のグループのプレプリントによれば、二つの絶縁相は点群によって区別される状態で、その条件を崩すと分離があいまいになるfragile Mott insulatorということを主張している。我々の8サイト周期的境界条件を用いたクラスター計算では、二つの相が共通の規約表現に属しており、われわれと中国のグループの結論は定性的に一致している。物性理論Fragile Mott Insulatorとして特徴付けられる二つの絶縁相が熱力学極限で別の相になるのか、あるいは連続的なひとつの相で両者の間の移り変わりが連続的なクロスオーバーとなるかはむつかしい問題で、どこまで明らかにすることができるか今後検討する必要がある。われわれが開発したクラスターDMFTによる金属絶縁体転移のプログラムは、1/5欠損正方格子を含む単位胞に複数の軌道を含む系の金属絶縁体転移の研究に適応可能である。今後推進すべきプロジェクトとして、軌道縮退系の金属絶縁体転移がある。FeSiは特異な半導体として知られているが、それと同様な荷電子配置を持つFeGeはヘリカル秩序を持つ金属磁性体であることが知られている。ヘリカル秩序は、反転対称性がない結晶構造のために存在するジャロシンスキー守谷相互作用によって強磁性的な状態がひねられて実現していると考えられる。