萌芽研究奨励事業

[2023年度採択]

古環境データから季節性の経年変化を捉える高精度編年法の開発
地学専攻 准教授 髙栁栄子
研究の概要: 近年,⽔資源の偏在が深刻な社会・環境問題の1つとなっている.島嶼および⼤陸の沿岸域において, ⽔循環の季節性を決める重要な要素の1 つは周辺の海洋環境であり,地球温暖化に起因する各地域の気 候と海洋環境の季節性の経年変化の実態を⻑期的に把握・予測していく必要がある.従来,表⾯海⽔温の 変化を観測記録が存在する時代以前に遡って把握する⼿法の1つとして,造礁サンゴなどの炭酸塩⾻格・ 殻の代替指標を⽤いた⽔温の⻑期復元が数多く⾏われてきた.同⼿法は数百年前まで時間を遡って過去 の⽔温復元が可能であるため,エルニーニョ・ラニーニャ現象や太平洋⼗年振動など,数年〜⼗年規模の ⾃然強制の変動を捉えることができる.よって,近年の⽔循環の変動を⼈為変動と⾃然変動に分けて理解 するためには,⽉もしくはそれ以上の⾼時間分解能の古海洋環境記録を蓄積させていく必要がある. サンゴやシャコガイは⾻格・殻に年輪を形成する.それ以上の分解能の時間は,多くの場合,解析によ って⾻格記録(古環境データ)に設定する必要がある.古環境データは,⾻格から等間隔で分析試料のサ ンプリングを⾏い,取得することから,⾻格の伸⻑速度の変化に伴い各データがもつ時間の⻑さが異なる 性質をもつ.しかし,現⾏の時間設定⽅法では,解析の際に⾻格の伸⻑速度の季節変化を考慮するのが困 難であるため,年間の⾻格・殻成⻑を⼀定として解析する場合がほとんどである.その結果,内挿された 各点の時間には無視できない⼤きさの不確実性を伴うことから,たとえ⽉以上の時間分解能で⾻格記録 を取得したとしても,同データを⽤いて⽉別の⽔温変化を復元することが困難である.そこで本研究が注 ⽬するのが,サンプリングレート(単位時間あたりのサンプル数)が異なるデータに対応した信号処理 (ダイナミックタイムワーピング法,編集処理などの照合処理法など)である.近年,⽂字・画像認証な どの技術⾰新に伴い,同信号処理の技術が発展している.もしこれらの⼿法が上述の古環境データの性質 を補い,⾼精度の編年(時間のものさしの設定)が可能となれば,従来の古環境解析にて抱えている問題 を解決できると期待される.そこで本研究では,殻に時間⽬盛(⽇輪)が刻まれるシャコガイ殻を⽤い, ⾻格記録に適したデータ処理のアルゴリズムを検討する.そして,同結果によって得られた時間と⽇輪解 析法によって独⽴に設定した時間を直接⽐較することで,最新の照合処理を取り⼊れたアルゴリズムに よる編年がどのくらいの精度で時間設定が可能なのか評価し,新たな⾼精度の編年法を確⽴する.

[2021年度採択]

強誘電分極の超高速スイッチング;光・テラヘルツ強電場によるスクラップ&ビルド
物理学専攻 助教 伊藤弘毅
研究の概要: 強誘電体の最大の特徴は、電場印加により結晶中の分極を一斉に反転(スイッチ)させられることである。この劇的な応答は興味深いだけでなく、メモリなど多彩な応用範囲を持つ。本研究では、強誘電分極の超高速スイッチング(~サブピコ秒=一兆分の一秒未満)に挑戦する。電気的制御の速度限界を突破しピコ秒の壁を破るため、先端光源による新手法「スクラップ&ビルド」を開発する:フェムト秒レーザーによる光誘起相転移で超高速に分極を消し、そこにテラヘルツ強電場(数百kV/cm)を印加して分極を整列させる。
成果報告: 報告書

[2020年度採択]

飛翔体観測・計算機実験・機械学習の学際融合による宇宙空間変動観測の高度化
地球物理学専攻 助教 木村智樹
研究の概要: 本研究は、飛翔体の宇宙プラズマ観測データとプラズマ計算機実験を、世界で初めて機械学習を介して融合させ、時空間変動分離が困難な観測データから、高次元の時空間構造を推定することを目的とする。多くの飛翔体観測データは、低空間次元・短観測時間・単地点の観測データであり、時空間変動の分離が難しく、不確定性が解消できないことが宇宙科学における原理的限界だった。そこで本研究では、機械学習の一種である深層学習を用いて、物理原理に基づいて宇宙空間変動を解いた計算機実験と、観測データの紐付け学習を膨大な回数行うことで、観測から全ての時空間変動を予測するモデルを開発し、限界の突破を試みる。開発した予測モデルによって、今までは現象の複雑性や時空間的に疎な観測で、人間には無秩序に見えていた現象も、物理的に意味のある現象として抽出し、宇宙空間の変動機構の全容を解明することを最終目的とする。本研究は、計算機実験で再現できるすべての現象に関して、過去の観測データや、将来観測されるデータにまで広範に適用できる汎用的手法である。本研究は、飛翔体観測ミッションで得られた全ての観測データの中から、人間では実現不可能な速度・制度で、新しい物理知見を見出す事のできる、潜在的波及効果があると考えられる。
成果報告: 報告書

[2019年度採択]

機能性スピンナノ構造の新規光検出技術の開拓
物理学専攻 准教授 松原正和
研究の概要: 近年、従来の強磁性とは本質的に異なる「機能性スピンナノ構造」を持つ物質が、次世代テクノロジーを支える革新的機能創出の観点から、基礎・応用の両面において大きな注目を集めている。しかしながら、機能性スピンナノ構造の多くはマクロな磁化を持たないため、これらを直接的に検出し、その機能を解明することが困難である。そこで本研究では、多彩な機能性スピンナノ構造を直接的に検出・評価する新しい強力な光技術を開拓する。これにより、材料科学の諸分野(電子材料、磁性材料、光学材料)にまたがる最先端物質の機能解明と機能創出を強力に推し進める。
成果報告: 報告書

研究ステップアップ奨励事業

[2023年度採択]

層状希土類酸化物絶縁体における遍歴・局在電子を活用した電子物性の開拓
化学専攻 助教 河底秀幸
研究の概要: 銅酸化物高温超伝導に代表されるように、d電子が主役となる遷移金属酸化物の電子物性開拓は古くから盛んである。一方、希土類金属(RE)は5d電子に加え、局在性の強い4f電子を有する特異な元素であるが、酸化物では+3価 (RE3+: 4fn5d0)が最安定で、遍歴電子が存在せず絶縁体となるため、希土類酸化物の電子物性は未開拓な部分が多い。
そこで本研究では、層状構造を有する希土類酸化物において、化学組成制御により、金属的な電気伝導を実現する。さらに、REに由来する遍歴・局在電子を活用し、高い熱電変換性能や特異な磁気伝導現象の実現をめざす。そして、層状希土類酸化物における新しい学理の構築をめざす。

[2022年度採択]

サブメガバール領域における良質高圧力環境の実現によるモット転移の研究
物理学専攻 助教 青山拓也
研究の概要: ダイヤモンドアンビルセル中において液体・機体の圧力媒体を使用することでサブメガバール級の高静水圧環境を実現し、多軌道系・スピン軌道結合系・非正方格子系におけるモット転移近傍の新規な巨視的量子機能を開拓する。
ナノ・バイオ分子の光反応ダイナミクス:非断熱動力学シミュレーションによる解明
化学専攻 助教 菅野学
研究の概要: 小分子が中心だった従来の光反応ダイナミクス研究の枠を越え, 超多次元系であるナノ・バイオ物質の分子内・分子間反応の機構を原子レベルで解明・予測する. 代表者らが開発した非断熱分子動力学法を用いて, π電子が反応や物性に関与する人工分子モーター, フラーレン, 核酸の未解決問題や新規反応探索に挑む. まず, ナノマシンとして期待される分子モーターの光駆動分子内回転シミュレーションを行う. 光異性化の量子収率が高く, かつ高速一方向回転が可能な分子を設計し, 実用化に向けた機能発現を予測する. 次に, 近赤外光が誘起する分子間衝突を経てカーボンナノチューブに成長すると報告されたポリヒドロキシフラーレンを可視・紫外光で電子励起させることで, 成長の促進や新規反応が実現する可能性を探る. 得られた知見を結集して, 核酸損傷(紫外光による塩基二量体化, 放射線による鎖切断や塩基酸化・脱離など)の分子内・分子間反応機構を解明し, 医学・生命科学分野への貢献を目指す.

[2021年度採択]

高圧領域に着目した新しいキタエフスピン液体物質の創製と物性解明
物理学専攻 准教授 今井良宗
研究の概要: キタエフスピン液体は理論的に厳密な基底状態として現れることが証明されている一方で、具体的な候補物質に乏しいという実験的な困難に直面している。申請者は、高圧状態では、ハニカム構造が非常に安定であり、新たにキタエフスピン液体の候補物質となりうる物質「ハニカム構造をもつルテニウムハライド」をごく最近発見した。高圧合成を駆使して、新しいキタエフスピン液体物質の開発と、その物性解明を目的として、理論研究と実験研究を融合させた研究を展開する。
超新星・中性子星合体で起こる中性子放射捕獲反応の研究
物理学専攻 准教授 岩佐直仁
研究の概要: 超新星や中性子星合体では速い中性子捕獲過程(rプロセス)で元素合成が行われている。本研究ではr過程の質量数130のピーク周辺の元素合成で重要な役割を果たす中性子放射捕獲反応断面積を逆運動学の(d,p)反応の測定で求める。質量数130のピーク周辺のr過程の流れを調べ、太陽系の元素組成と比較することでr過程が起きている環境を明らかにし、宇宙の研究に貢献する。
成果報告: 報告書

[2020年度採択]

究極のすばる望遠鏡へ:広視野補償光学による近赤外深探査で解明する銀河宇宙史
天文学専攻 教授 兒玉忠恭
研究の概要: 広視野観測で活躍してきたすばる望遠鏡に、その強みをさらに強化する広視野補償光学機能が追加される予定である。その特⻑を最⼤限に⽣かすため、本研究は新しい広視野カメラ(WFI)を開発することにより、0.2秒⾓の⾼い解像度と14分⾓四⽅の広い視野を共に叶える 最強の近⾚外観測装置を実現し、これまでの遠⽅銀河宇宙の研究に質的な変⾰をもたらす。 (1)⾮常に稀な超遠⽅天体や遠⽅の⼤質量銀河を発⾒し、 (2)遠⽅宇宙の銀河団やその周りに広がる⼤規模構造の星質量分布をトレースし、 (3)形成途上銀河の系統的なサンプルについて内部構造を分解する、などによって黎明期から加速期、そして最盛期を経て減衰期へと⾄る、銀河形成の宇宙史を明らかにする。
成果報告: 報告書

[2019年度採択(※2020年度科研費に採択されたため、奨励費の交付は無し)]

強相関d1電子系酸化物のエピタキシャル接合による多機能・高特性な超伝導体の創生
化学専攻 助教 岡大地

若手研究奨励事業

[2023年度採択]

有機分子触媒を用いたAmphotericin B の合成研究
化学専攻 助教 河内元希
研究の概要: 有機分子触媒を用いた1,3-syn -ジオール骨格構築法を活用し、高い抗真菌活性を有し、複雑な構造を持つポリエンマクロライド天然物であるAmphotericin B の有用な合成法を開発する。
スピン軌道超格子を用いたスピンフィルターの開発
物理学専攻 特任研究員 中川原圭太
研究の概要: 次世代量子コンピュータに応用可能な、スピン軌道超格子薄膜を用いたスピンフィルター開発を目指す材料探索を行い、スピンオービトロニクスの学理を開拓する。

[2022年度採択]

正標数ファイバー曲面のモチーフの研究
数学専攻 学術研究員 川邊大貴
研究の概要: Conservativity予想とは、2つの代数多様体に対して、コホモロジーの同型が存在すればモチーフの同型を誘導する、という予想である。本研究の概要は、正標数ファイバー曲面に対するConservativity予想の証明を目指すことである。予想の証明のため、種々の数学的道具を開発・創出する。
成果報告: 報告書

[2021年度採択]

抗腫瘍活性を有するヒガンバナアルカロイド類の網羅的合成
化学専攻 助教 的場博亮
研究の概要: 強力な抗腫瘍活性を有するヒガンバナアルカロイド類は、新規抗がん剤のシードとして期待されている。しかし、これら化合物の天然からの供給量は微量であり、詳細な活性評価を行うためには全合成による量的供給が不可欠である。本研究では、ヒガンバナアルカロイド類の網羅的、かつ量的供給を実現する合成手法の確立を目指す。
成果報告: 報告書

[2020年度採択]

Amphidinolide N の全合成研究
化学専攻 助教 的場博亮
研究の概要: Amphidinolide Nは、渦鞭毛藻/Amphidinium sp./より単離、構造決定されたマクロライド系天然物である。26員環マクロラクトン上に13の不斉中心を持つ複雑な構造に加え、極めて強力な抗腫瘍活性を有する本天然物は多くの有機合成化学者の興味を集め、盛んにその合成研究が行われている。しかしながら、今日までにその全合成は達成されていない。本研究では、強力な抗腫瘍活性を有する海洋天然物Amphidinolide Nの全合成を行う。
成果報告: 報告書

[2020年度採択]

大質量分子雲の起源から確立する銀河星形成過程の統一的描像
天文学専攻 日本学術振興会特別研究員PD 小林将人
研究の概要: 銀河の星形成活動は、星間媒質の物理状態から予想されるものと⽐べ非常に⾮効率と知られており(典型的に数%)、この非効率性の起源解明は銀河進化学における最重要課題の一つである。特に銀河の熱的・化学的進化に多大な影響を及ぼす大質量星は、その母天体が10万太陽質量以上の大質量な分子雲と考えられているが、大質量分子雲の形成条件は小質量分子雲と比べて未だ明らかでない。そこで本研究では、分子雲形成・進化シミュレーション、半解析的分子雲質量関数モデル、および電波観測成果を組み合わせることで、大質量分子雲の形成条件を解明し多様な銀河環境での星形成過程を統一的に明らかにする。
成果報告: 報告書

[2019年度採択]

ナス科特異的に作用する植物ホルモン様ジャスモン酸類縁体の機能解明研究
化学専攻 助教 加治拓哉
研究の概要: JA-Ileラクトンはナス科でJA-Ile様の生物活性を誘導する一方、モデル植物であるシロイヌナズナでは生物活性を示さないため、ナス科に特異的な植物ホルモン様分子であると示唆された。本研究では、合成的供給を基盤として、トマトを用いた分子生物学実験や生化学アッセイを実施することで、本分子のナス科植物における生物学的意義の解明を目指す。
成果報告: 報告書

[2019年度採択(※2019年度研究活動スタート支援に採択されたため、奨励費の交付は無し)

遍歴磁性体における光誘起スピンダイナミクスの理論
物理学専攻 助教 小野淳
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