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最近の研究成果

量子センサー 2019年8月28日発表

単一NVダイヤモンド量子センサで世界最高感度を実現-合成n型ダイヤモンドにより室温での世界最長T2-

人工的に合成したリンドープn型ダイヤモンドを用い、NV中心(窒素―空孔中心)の室温での世界最長電子スピンコヒーレンス時間(T2)と、単一NV中心を用いた量子センサでの世界最高磁場感度実現に成功しました。このT2は、他の固体系電子スピンの中でも室温では一番長いものです。NV中心は室温でも長いT2を有し、超高感度量子センサや量子情報素子の実現および量子センサの生命科学分野への応用の観点から注目されています。T2は重要な特性で、量子センサではT2が長いほど感度が良くなります。今回、われわれは産総研で作製された高品質なリンドープn型ダイヤモンド中の単一NV中心のT2が、あるリン濃度で非常に長いことを見出しました。リンは電子スピンを有するため磁気ノイズ源となり、リンをドープするとT2は短くなると考えるのが常識ですが、今回の結果はそれに反する結果でした。系統的にリン濃度のみを変えた試料での結果からも、一定量以上のリンがドープされた試料において世界最長のT2が測定され、リンドープの効果が確認されました。n型ダイヤによるT2長時間化は、合成中に生成した空孔欠陥が電荷を帯び、磁気ノイズ源となる複合欠陥の生成が抑制されたためと考えられます。精密なノイズ測定より、今回の試料でのノイズ源は、リン以外の不純物欠陥の電子スピンであることが示唆され、それらの抑制により、さらなるT2の長時間化も期待されます。n型ダイヤにより最長のT2を実現した点は意義深く、さらなる高感度化に加え、n型半導体特性を活かした量子デバイスへの幅広い応用へ道を拓くものと期待されます。

概要図

腸内細菌 2019年10月22日発表

昆虫の特異的な腸内共生は細菌間の競合によって形作られる

昆虫のシンプルな腸内共生系の成立と維持において,細菌間の腸内競合が決定的な役割を果たすことを明らかにしました。腸内共生はわれわれ人間を含めほとんどの動物に見られる普遍的な現象であり,食物の分解や不足栄養素の供給,免疫系の恒常性維持において重要な役割を果たしています。多くの場合,腸内細菌群集には種特異性が認められますが,その特異的な腸内細菌群集がどのように形作られ,維持されているのか,未だ不明な点が多いのが現状です。昆虫の腸内共生は哺乳類の腸内細菌群集に比べてその種構成がシンプルであり,特異性や維持機構を解明するための実験モデル系として利用されています。今回研究グループは農作物の難防除害虫として知られるホソヘリカメムシにおいて,幼虫期に複数の細菌が共生した場合にも,細菌同士の競合が起き,最終的には腸内環境に最も適応した1種独占となることを明らかにしました。この研究は,昆虫のシンプルな腸内共生の成立と維持において,細菌の腸内における競争能力が決定的ともいえる重要な役割を果たしていることを初めて明らかにしたものであり,多様な動物における腸内共生の進化機構の理解に示唆を与える大きな成果と言えます。

概要図

脳機能回復 2019年10月7日発表

脳損傷後に新たに形成される神経路を発見-脳の変化を適切に促すことで運動機能が回復する可能性-

脳損傷後に新たに形成される神経路を発見した。モデル動物を用いて、大脳皮質の第一次運動野に永続的な損傷を作成した後、運動機能の回復過程で生じる脳の神経路の変化を調べた。その結果、回復時に、損傷により失われた第一次運動野の機能を代償する損傷周囲領域である「運動前野腹側部」と、滑らかな運動を行うために重要な役割を果たす小脳からの出力を担う「小脳核」との間に新たな神経路が形成されることを発見した。この成果は、脳損傷後に、適切な脳の変化を促すことで機能回復を目指すニューロリハビリテーションの技術開発の鍵となる。

概要図

元素分析 2019年11月5日発表

走査型電子顕微鏡での元素組成分析を高い空間分解能で実現-カーボンナノチューブの表面官能基の均一性を微細構造レベルでイメージング-

走査型電子顕微鏡(SEM)中でのエネルギー分散型エックス線分光法(EDS)による元素分析を従来よりも2桁以上高い空間分解能で可視化する技術を開発した。SEM中でのEDS計測は、元素組成を簡便に定量分析する手法としてさまざまな材料に広く用いられているが、一方で空間分解能が低く、ナノメートルサイズの材料を精度良く分析することが困難であった。今回開発した技術では、試料の支持基板を工夫することで観察時のエックス線信号検出の安定性を飛躍的に改善し、空間分解能10ナノメートル以下のイメージングを実現した。カーボンナノチューブ(CNT)材料開発では、機能性を付与するためにCNT表面に官能基を導入する技術開発が盛んに行われている。CNTは直径数~数100ナノメートル程度の束状の構造(バンドル)を形成し、それらバンドルの特性、溶媒や母材中での解繊状態、ネットワーク構造が、最終的に得られるCNT材料の機能に大きく影響する。したがってCNTバンドルの表面官能基の分布を高い空間分解能で迅速に評価する技術が求められていた。今回開発した技術により、バンドル状のCNT表面の官能基分布を高い精度で評価できるようになった。CNTをはじめとするさまざまなナノ材料の表面状態を実用的な大面積視野で評価できる技術として今後の材料開発への貢献が期待される。

概要図

振動発電素子 2019年9月30日発表

静電気を貯める液体を開発し、伸縮自在の振動発電素子を実現-脈拍・心拍センサなどの医療応用へ期待-

静電気を半永久的にためられる液体状のエレクトレット材料を開発し、柔らかい電極と組み合わせることで、伸縮・折り曲げできる振動発電素子を世界で初めて実現しました。心拍や脈拍という非常に小さな振動を電気信号に変換でき、しかも伸縮、折り曲げなど様々に変形できるため、腕や胸に装着する電池レスの脈拍・心拍センサなど医療応用への展開が期待できます。

図

ネオニコチノイド 2019年11月1日発表

ウナギやワカサギの減少の一因として殺虫剤が浮上-島根県の宍道湖でネオニコチノイド使用開始と同時にウナギ漁獲量が激減-

島根県の宍道湖を対象とした調査により、水田などで利用されるネオニコチノイド系殺虫剤が、ウナギやワカサギの餌となる生物を殺傷することで、間接的にウナギやワカサギを激減させていた可能性を指摘した。ネオニコチノイド系殺虫剤はミツバチの大量失踪を招いた可能性が報告されており、欧米では規制を強化する傾向にあるが、漁業に与える影響については世界的に未解明であった。農地の大部分を占める主食は、欧米では小麦であるが、日本では米である。ネオニコチノイド系殺虫剤は水溶性なので、水田で使用されると流出して、河川や湖沼の環境に影響を与える可能性を指摘した。

概要図

原子核時計 2019年9月12日発表

自然界で最小の励起エネルギーをもつ原子核状態の人工的生成に成功-超精密「原子核時計」実現に大きく前進-

世界で初めてアイソマー状態を人工的に生成することに成功しました。本方法は大型放射光施設(SPring-8)の高輝度X線を用いるもので、放射線の少ないクリーンな環境下でアイソマー状態を自在に生成できるという利点があります。これによりアイソマー状態の研究が進展し、原子核時計の実現に向けて大きく前進するものと期待されます。

トリウム229準位図

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