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この21世紀COEプログラムについて
研究プログラム

概要
計測グループ:自己組織系を捉える
理論グループ:自己組織系をモデル化する
創造グループ:自己組織系で機能を創る
研究成果
   
    15年度(2003年度)
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研究プログラム

研究成果

‖17年度(2005年度)‖

  研究拠点形成に係る具体的な成果
  トピックス
  論文発表リスト(計測グループ)
  論文発表リスト(理論グループ)
  論文発表リスト(創造グループ)
  著書・解説記事

 研究拠点形成に係る具体的な成果
精密測定、理論構築、機能創造を目的とする3グループ間の連携、またグループ内の連携を重視し、複数の研究室、あるいは個人が自己組織系物理のテーマを意識し共同研究を進めた。以下に本年度の具体的な成果を列挙する。

計測グループ

   石渡は、筋原線維収縮系とin vitro滑り運動系の中間に位置し、ミオシンフィラメントが生体と同じ格子構造を保持している、全く新しいナノ筋収縮系”を開発し、その力発生・運動特性に関する研究を行った。その結果、生体内の筋肉と同じフィラメント格子の中で単一F-アクチン上に発生するpN(ピコ・ニュートン)オーダーの張力や、滑り運動を計測することに成功し、Biophys. J. 誌のニュースとして取り上げられた。スピントロニクスの研究を進める竹内は、自己組織化量子ドットのスピン緩和機構に音響フォノン散乱が関与していることを明らかにし、量子ドット間で反強磁性結合が生じることを示した。この研究により今後の自己組織化量子ドットの量子コンピュータへの応用に向け重要な知見が得られた。
竹内が中心となって獲得した私学助成学術フロンティアの資金を利用し2つの新計測装置
を導入した。この装置によって、ナノ領域での自己組織化現象の解明、自己組織化現象を応用した新機能物質の創成に対する研究が著しく強化された。

 

理論グループ
前田は学振日英共同研究事業の日本代表(英代表David Wands(Univ. of Portsmouth ))となり「ブレイン重力と宇宙論」の研究課題で日英共同研究を開始した。山田と栗原は中性子星の内部状態と超伝導状態の類似性という観点から研究を開始した。また山田は超新星コア内の降着衝撃波の不安定モードの数値計算を行い特定モード成長の糸口を掴んだ。以前より推進している量子開放系の物理(田崎、中里、大場、PD湯浅ら)に今年度も引き続き進展が見られ、半導体積層量子ドット系において量子絡み合い状態を抽出する新たな方法を提案した。この研究成果は現実の実験系に適用する試みとして、上記計測グループのスピン緩和の成果とも密接に関連している。

 

創造グループ

  寺崎は、東京大学等と共同で、有機導電体θ-(BEDT-TTF)2CsCo(SCN)4の単結晶が液体ヘリウム温度で、サイリスタと同じ電流―電圧特性を示し、インバータのように直流電圧から交流電流を発生させることを発見した。物質単体でサイリスタ効果を示す現象の確認は世界で初めてで、新しい有機エレクトロニクス素子デザインの可能性を示唆する研究である。同時にこれは我々が掲げるCOEの研究テーマ、電子の自己組織化現象による機能の発現の例であり、固体物理学と統計物理学の基礎研究としての価値も高い。この成果は、17年9月22日発行の英国の科学雑誌「ネイチャー」に掲載された。同時にプレス発表も行い、また研究内容がNHKのニュースでも取り上げられた。大島は画期的な自己組織能をもつ高性能電子ビーム源の開発を進め、その研究成果により自身の日本表面科学会学会賞を含む3つの賞を受賞した。また、上江洲、勝藤は竹内らとともに、先に示した学術フロンティア資金を活用して、共焦点走査型SHG干渉顕微システム、極低温下物理特性測定システムを導入しその立ち上げを行った。勝藤は磁場をかけると誘電率が変化するマグネトキャパシタンス現象を、スピネル型酸化物ZnFe2O4において世界で初めて発見した。
 

(1) 若手の活躍
  PD加藤はPD湯浅、Spring-8スタッフとともに共同研究を進め、有機色素分子の結晶構造と結晶化による色変化との関係を解明した。すなわち有機色素分子の2次元結晶のX線構造解析に成功し、結晶構造とその結晶の色との関係を定量的に明らかにした。この成果はPRLに発表するとともにSpring-8と共同プレス発表を行い新聞三紙に取り上げられた。先に示した寺崎のネイチャー発表論文、大島の電子源の発表論文も第一著者は指導学生であることを記しておく。大島の指導学生はALC’05で学生賞を、第18回応用物理学会で講演奨励賞をそれぞれ受賞し、また上江洲指導の学生は日本セラミックス協会第18回秋季シンポジウムで優秀賞を、寺崎の指導学生は第2回日本熱電学会講演奨励賞を受賞した。また、昨年度海外研究機関に派遣したRA博士学生(17年度学振DCに採用)は、PD佐藤らと共に、派遣先であるドイツ・レーゲンスブルグ大との共同研究の成果をまとめ、PRLに発表した。これらは本拠点が推進しているホリスティック研究・教育システムの具体的産物であり、3年間事業費の多くを学生と若手研究者の育成に費やした成果といえる。なお大学院生の第一著者査読付論文発表数は3年で31件(15年)から53件(17年)と大幅に増加したことを記しておく。また専攻全体の大学院生のレベルアップに配慮するため、本プログラムに参加していない研究室にも一定の資金を引き続き供給した。

(2) 外部資金による研究・教育環境の整備
本拠点のCOE事業推進を強化し、かつ事業終了後にも本拠点の研究・教育システムを発展させるために、積極的に競争的資金の獲得を奨励した。物性物理および生物物理分野では、拠点リーダーと計測・創造グループの固体物理の推進者が中心となって、新材料創製とナノサイエンスの理解を目指す趣旨で17年度の学術フロンティア推進事業に採択された。大島の新電子源の提案は17年度新規に科学研究費基盤Sに採択された。推進者の17年度科研費採択数は継続も含めて23件である。この他振興調整費、CREST、種々の受託研究、国際グラント、学内競争的資金の研究費も獲得しており、個々の研究テーマは主に外部資金によってまかない、COE資金は学生への助成、PDの雇用、国際交流等の経費に充てる振り分けを一層鮮明にした。

(3) メンバーの強化
 世界的にユニークな生物物理学自己組織系研究拠点の形成を加速するため17年度新たに4名を迎えた。木下一彦教授は生体分子モーター、一分子生理学の研究分野で世界的に活躍する生物物理研究者である。世界的に著名な木下教授の参加によって生体分子モーターに限らず、生体分子機械のナノ動作原理、イメージング及び制御の研究は格段に強化された。ソフトマターの専門家である多辺由佳教授を新たに本学に迎えた。ラングミュア膜を使った熱平衡状態におけるパターン形成、非平衡散逸構造を実験的に研究している多辺教授の参画によって計測グループの精密測定事業推進が強化された。また、物理・応物専攻から山崎義弘助教授(パターン形成)、高野光則助教授(生物物理理論)の2名の若手理論家の参加を得ることによって、拠点の活力アップを一層図った。


 トピック

1.          寺崎一郎(応用物理学科教授)  英国科学雑誌「ネイチャー」に成果掲載 
論文題目『An organic thyristor』(有機サイリスタ)
有機導電体θ-(BEDT-TTF)2CsCo(SCN)4の単結晶が液体ヘリウム温度(4.2K=絶対温度、マイナス269C)で、サイリスタと同じ電流―電圧特性を示し、インバータのように直流電圧から交流電流を発生させることを発見した。この研究は、非常に効率の良い直流・交流変換機として有望である。これは電子の自己組織化現象による機能の発現の例であり、固体物理学と統計物理学の基礎研究としての価値も高い。NHKのニュースに取り上げられ、朝日、毎日、読売新聞ほか5誌に掲載。2005922日他

2.          石渡信一(物理学科教授)ら Biophys. J. 89, 321-328 (2005)
筋線維と1分子系の中間に位置する“バイオ・ナノ筋収縮系”を開発し、一本のアクチンフィラメントに発生するpN(ピコ・ニュートン=10-12N)オーダーの収縮力(揺らぎ)を計測することに成功。Biophys. J. 誌のNew and Notableで、全く新しいハイブリッド運動系が開発されたとして高い評価を得た(Molloy, J., “Muscle Contraction: Actin Filaments Enter the Fray”, Biophys. J. 89, 1-2 (2005))。

3.          木下一彦(物理学科教授)米国生物物理学会National Lecturer
F1
分子モーターに関する研究によって第50回米国生物物理学会年会(2006218-22Salt Lake City, Utah)のNational Lecturerに選出され基調講演を行った。
講演タイトル:Probing Nature's Nanoscale Machines with Microscale Probes
WEB: http://www.biophysics.org/meetings/2006.htm

4.          大島忠平(応用物理学科教授) 日本表面科学会学会賞受賞
「高性能電子ビーム源の開発と高分解能電子分光の研究」で多くの優れた業績を挙げ、表面科学の進歩に特に顕著な貢献をした。授賞年月日:2005513

5.          前田恵一(物理学科教授)、山田章一(同左)、大師堂経明(教育学部理学科教授)ら が中心となり、第3回自己組織系物理シンポジウムの成果をJ. Phys.: Conference Series 31, “The Third 21COE Symposium: Astrophysics as Interdisciplinary Science” (1-3 Sep. 2005, Tokyo, Japan), ed. by K. Maeda, S. Yamada and T. Daishido, Online March (2006) に発表
http://www.iop.org/EJ/toc/1742-6596/31/1

6.          森島繁生(応用物理学科教授)、前島謙宣、上村周平、町田保、竹林正雄
NICOGRAPH
論文コンテスト 最優秀論文賞 200511

7.          森島繁生(応用物理学科教授)らの研究がメディアに取り上げられる
「CG出演で不思議体験」 読売新聞 2005714日、「骨格の動き正確に画像化」 日本産業新聞 200577日、「人に感動と幸福をもたらす研究を」 Web掲載(企画 朝日新聞社広告局) http://www.asahi.com/ad/clients/waseda/opinion/opinion176.html

8.          加藤徳剛(客員講師)、湯浅一哉(同左)、上江洲由晃(物理学科教授) Phys. Rev. Lett. 94, 136404 (2005) 財)高輝度光科学研究センターSPring-8との共同研究及びプレス発表
有機色素分子の結晶構造と結晶化による色変化との関係に関する研究。有機色素分子の2次元結晶のX線構造解析に成功し、結晶構造と色の関係を定量的に明らかにした。

9.          加藤徳剛(客員講師)、湯浅一哉(同左)らの研究が多数のメディアに取り上げられる
「有機色素分子の結晶構造 「色」との関係明らかに 早大などX線解析」日刊工業新聞 (日刊工業新聞社) 科学技術面200548日、「色変化の仕組み解明 早大 結晶構造の違いに着目」 日経産業新聞 (日本経済新聞社) 先端技術面200548日、「結晶構造と色変化を定量化有機光デバイス開発指針に 早大などの研究グループ成功」週間科学新聞 (科学新聞社) 第一面 2005415日。「結晶構造と色の変化、有機光デバイス開発の強力ツール」 知財情報局 (Braina) 先端技術2005510日。“Relation between the Crystal Structure and the Crystal Color of Organic Dye Molecules”  Lightsources.org, Latest Press Release 200547日。
 

 学生の表彰・成果

  1.         横田紘子(大学院生) 日本セラミックス協会第18回秋季シンポジウム 優秀賞受賞
「量子常誘電体KTaO3におけるLi添加誘起相転移のSHG顕微鏡観察」が表彰され、シンポジウムポスター賞を授与

  2.         板垣考洋(大学院生) 18回応用物理学会講演奨励賞受賞

「単原子電子源の電界放出特性:2.エネルギースペクトル特性」
 
3.         板垣考洋(大学院生) 5th International Symposium on Atomic Level

 Characterizations       学生賞受賞 “Field emission from a single-atom tip: Apex structure

dependences of field emission properties”

  4.        丸山真幸(RA) 第18回応用物理学会講演奨励賞受賞
70mmMg添加定比組成LiNbO3 を用いたマイクロチップ固体レーザ励起光パラメトリック発生」

  5.        小林航(学振DC) 日本熱電学会講演奨励賞受賞 「室温強磁性体Co酸化物Sr3YCo4O10.5におけるマグノンドラッグ現象」

  6.        浅井健太郎(大学院生) 8th Trombay Symposium on Radiation & Photochemistry     優秀ポスター賞受賞   “EB irradiation effects on Nafion membrane”

  7.        松浦章雄(大学院生) 8th Trombay Symposium on Radiation & Photochemistry      優秀ポスター賞受賞  “Study on PEM based on crosslinked FEP using EB-grafting- Characteristic properties and chemical structures-”

  8.         上村想太郎(学振PD) 本学での博士論文が評価され第22回井上研究奨励賞受賞
(財)井上科学振興財団 http://www.inoue-zaidan.or.jp/gakujyutsu/gakujutsu2.html

  9.         深澤敏子(学振DC) ドイツ・レーゲンスブルグ大学との共同研究の成果を佐藤高彰(客員講師)らと共に発表
 “Relation between dielectric and low-frequency Raman spectra of hydrogen-bond liquids”, Phys. Rev. Lett. 95, 197802 (2005)


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