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学術情報

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超伝導を引き起こす「重い電子」の不思議な振る舞いを捉えた−「遍歴・局在転移」の過程が明らかに−

独立行政法人日本原子力研究開発機構量子ビーム応用研究部門の藤森伸一副主任研究員らは、同先端基礎研究センターの芳賀芳範研究主幹、国立大学法人東京大学の藤森淳教授、学校法人京都産業大学の山上浩志教授、国立大学法人大阪大学の大貫惇睦教授らと共同で、希土類金属またはアクチノイド化合物などに存在し、その物質の超伝導などの特異な性質の原因となる「重い電子」が示す不思議な振舞い「遍歴・局在転移」の過程を、放射光を用いた実験で明らかにすることに成功しました。
一般的に物質中の電子は、金属中の電子のように物質中を自由に動き回る「遍歴状態」と、絶縁体中の電子のように原子に束縛されて動けない「局在状態」の二種類に分類されます。しかしながら、「重い電子」はその両方の性質を持っており、極低温では遍歴状態、高温では局在状態を示すことが知られていましたが、その具体的な挙動は30年来明らかになっていませんでした。
今回、当研究グループは大型放射光施設SPring-8からの放射光を用いた角度分解光電子分光法*4による測定を行い、重い電子系化合物UPd2Al3(ウラン・パラジウム・アルミニウムからなる化合物)の「重い電子」を直接測定することによって遍歴状態と局在状態の違いを詳細に観測することに成功しました。これは世界トップクラスのX線強度とエネルギー分解能を持つ測定装置を開発したことと、ウランなどの放射性物質の取り扱いが可能な原子力機構用ビームラインを用いたことで初めて実現したものです。重い電子系化合物は、従来の金属で観測されている超伝導とは異なる種類の超伝導を示す場合があります。今回の成果によって、重い電子の示す超伝導に対する理解が進み、さらには超伝導現象一般に対する理解が大きく進展するものと期待されます。

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世界で初めて真核生物のゲノム配列情報の100%完全解読に成功

細菌を除く、われわれも含め殆どの生物は真核細胞から形成されている。現在真核細胞の細胞核ゲノムの解読は驚異的に進んでいるが、完全に100%解読された生物はない。今回、日本の研究グループが真核生物の「基」となる原始紅藻Cyanidioschyzon merolae(略称シゾン)を用いて、細胞核ゲノム配列を20本の染色体の総てについて端(テロメア*1)から端(テロメア)まで一塩基も残さず完全解読に成功した。これまでシゾンの細胞核ゲノムの99%余りの解読を済ませ、報告を行っていたが(Nature, 2004)、残りの解読が困難な箇所についても総力を挙げて解析を進め、ようやく総ての配列を決定した。シゾンではすでにミトコンドリアと色素体(葉緑体)のゲノムも解読を完了しており、これによりシゾンの持つ総てのゲノムが明らかになった事になり、真核生物として初めてのケースとなった。ゲノム情報は、現在、生物科学のあらゆる分野に活用されており、より正確な情報が求められている。従って今回、一真核生物のすべての遺伝情報がA, T, G, C の配列で表現されるようになり、真核生物の最も基本となる設計図の全貌が明らかとなったことは重要である。今後シゾンのゲノム配列は、非常に有用な情報として、世界中で活用されると思われる。

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何でも撃てるピコリットル液滴射出ノズルを開発

酒井研究室では耐薬品性に優れ、安価・ディスポーザブルなピコリットル液滴射出の開発に成功いたしました。液滴が射出され、さらにそれらが衝突・回転・吸着などする様子を高速でビデオ撮影し、これまで計測できなかった超高速変形下の液体物性計測を行っています。さらにこれまでの常識を超える極微量化学分析などに応用が期待できます。

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原子核の中にある“強い力”の起源を解明−格子ゲージ理論とスーパーコンピュータが拓く物質研究−

70年以上も前、湯川秀樹博士は陽子や中性子を原子核に束縛する“強い力”(核力)を説明するため、未知の粒子である湯川中間子を導入しました。その後、陽子・中性子・中間子などは、クォークと呼ばれる素粒子からできている事が実験的に判明しました。しかし、クォークの基礎理論である量子色力学の複雑さのために、核力の起源をクォークから解明することは極めて困難な状況にありました。

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植物の出生20億年の秘密を解き明かす− ”超”植物界 (“Super” Plant Kingdom) の復権 −

20億年前に起きた「植物」のはじまりはシアノバクテリア(藍藻)*1を捕獲し、自らの色素体(葉緑体)としたことに始まるが、その後の進化に関しては様々な説があった。今回、太古の進化の推測に適切と考えられる保存的遺伝子だけを用いて大規模なスーパーコンピュータ解析を実施した結果、色素体の獲得後、様々な系統で色素体を失ったという説を支持した。この結果は、現在は色素体を欠く多くの鞭毛虫等の生物群も「植物」として分類すべきであるという2003年に我々が提唱した”超”植物界(“Super” Plant Kingdom)の復権を意味する。

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マントル深部への水輸送の地震学的証拠

東北日本下の沈み込み帯において,マントル深部への水輸送の直接的証拠と解釈できる構造を地震学的に明らかにした.これにより海洋から地球深部への水輸送の経路が明らかになり,地球システムにおける水循環の定量化へ向けた研究が進展すると期待される.

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銅超微粒子を用いた積層セラミックスコンデンサ用電極の開発

銅超微粒子を電極層に積層したセラミックスコンデンサの焼結前の断面SEM(走査型電子顕微鏡)写真

一般に金など空気中で安定な貴金属超微粒子の調製法として広く用いられている化学還元法(湿式法)により,空気中では酸化され易い銅超微粒子を調製し,これをペースト化したものを用いて低温焼結性積層セラミックスコンデンサ用電極を作成することに成功した。これまで,積層セラミックスコンデンサ用電極にはニッケル粒子が用いられてきたが,銅微粒子を用いることにより焼結温度を200℃以上低下させることが可能になった。積層セラミックスコンデンサは日本が大きなシェアを有する電子部品であるため,焼結温度の低下はプロセスにおける省エネルギー化に大きな貢献が見込まれる。また,銅は低毒性であるため,今後,ニッケル粒子からの代替としての利用が期待される。

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メダカゲノムの解読:日本生まれの実験動物から脊椎動物進化の道筋が見えてきた

ニホンメダカ

情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所と国立大学法人東京大学等は共同プロジェクトでニホンメダカ(Oryzias latipes, 以下メダカ)のゲノム解読に成功しました。 本研究では約7 億の塩基配列を決定し、その中に20,141 個の遺伝子を見つけました。メダカゲノムはヒトゲノムの4 分の1 の大きさですが、ヒト遺伝子組成と非常によく似ています。ヒトの遺伝病に関連するメダカの遺伝子も数多く見つかました。現在メダカでは発生・成長に異常を示す突然変異体が多数単離されています。この中にはヒトの疾患モデルとなるものが含む多く含まれています。今回のゲノム解読により、メダカを用いた基礎生命科学が飛躍的に発展するものと期待されます。

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記者会見「小惑星イトカワにおける土砂崩れの発見」

小惑星イトカワは、500m 程度の大きさの小さくていびつな天体です。これまで小さな天体は、その弱い重力のせいで表面の岩や砂が簡単に飛び去ってしまうので、土砂を表面に持たない大きな岩のかたまりであろうと考えられてきました。しかし JAXA の「はやぶさ」探査機が取得した高解像度の画像を調べたところ、小惑星イトカワは疑いなく砂利や無数の岩で覆われていることがわかりました。

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「地中海の深海底に巨大湖」

ギリシャ沖地中海の水深約 2900mの深海で巨大塩水湖を発見しました。計測結果によれば、塩水湖を満たす海水の塩分濃度は、死海のそれを上回り、通常海水塩分濃度(約 3.5%)の 10 倍弱の値を持つこと、溶存酸素濃度はほぼゼロであることが明らかとなりました。また、深海重作業ロボット(NSS)をもちいて湖面を TV カメラで観察し、さらに塩水湖の縁辺から全長約 4m の柱状コアを取得することに成功しました。採取された試料から、湖の水位変化、存在時間等の様々な歴史が明らかにされるものと期待されます。また、高塩分の水および湖底堆積物に棲息する微生物や底棲生物について新知見が得られるものと期待されます。

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