平成29年度の研究成果一覧です。

 
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利用成果の提出・作成方法

 

過去の研究成果

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両面研磨加工におけるウェーハ厚さむら抑制のための加工条件最適化

著者(所属)|福井 克成(大阪大学 大学院工学研究科 機械工学専攻 榎本研究室)

半導体デバイスの性能および生産性向上のため,基板材料であるシリコンウェーハの両面研磨加工では表面を高平坦に仕上げる,すなわち厚さむらを極めて小さくすることが強く求められている.そこで本研究では,ウェーハ-研磨パッド間およびウェーハ-キャリアホール内壁間の摩擦と,ウェーハ-研磨パッド間の圧力分布を考慮した両面研磨加工モデルを構築し,そのモデルを用いて加工条件を最適化し,実際に厚さむらを安定して抑制できることを加工実験により明らかにした.

ショウジョウバエ胚消化管の左右非対称性に関与するX染色体上遺伝子の遺伝的スクリーニングによる探索と同定

著者(所属)|石橋朋樹(大阪大学 理学部)

地球上の多くの生物は,様々な左右非対称な形態を示す.左右非対称性形成メカニズムは種によって様々であり,特に無脊椎動物では,左右非対称性形成機構の理解が進んでいない.本研究室では,遺伝学的に優れたモデル生物であるキイロショウジョウバエを用いて,無脊椎動物の左右非対称性形成機構を明らかにすることを目的とする.
本研究室では,キイロショウジョウバエの常染色体を対象として,胚消化管の左右非対称性の左右非対称性に関与する遺伝子の網羅的探索を行ってきた.一方で,性染色体は,遺伝学的な扱いの難しさから,遺伝子の網羅的探索を行うことが困難だった.我々は,1300系統のX染色体の突然変異体ライブラリを用いて,胚消化管の左右非対称性異常を指標として遺伝的スクリーニングを行った.これにより得られた20系統の突然変異体の全ゲノムシーケンスを行い,大規模計算機を用いて,全ゲノム解析を行った.その結果,20系統の突然変異体ユニークな突然変異を同定することができた.また,大規模計算機を用いて,これらの突然変異に対してアノテーションを付与し,責任遺伝子の同定を試みた.その結果,全ての突然変異体に対して,5遺伝子程度まで責任遺伝子の候補を絞り込むことに成功した.

The phase transition of the quark confinement and deconfinement, magnetic catalysis, and the structure of the QCD vacuum

著者(所属)|長谷川 将康 (Joint Institute for Nuclear Research, Bogoliubov Laboratory of Theoretical Physics, Moscow, 141980, Russia)

Nf = 2 + 1の動的クォークを含むQCD真空に強い磁場を入れて、磁場がクォーク閉じ込めと非閉じ込め相転移、カイラル対称性の自発的破れと回復に与える影響を大型計算機を用いて調べている。Monopoleは、クォーク閉じ込め機構にとって重要な役割を果たし、また、instantonはカイラル対称性の自発的破れを誘発すると考えられている。我々は、QCD真空に磁場を入れ、Abelian monopoleの密度とinstanton密度を計算した。そして、monopole密度は、磁場の影響によって増えるが、instanton密度は、磁場の影響をあまり受けないことがわかった。現在、格子体積を大きくして、統計数を増やして解析を行っている。

フォトニックナノジェットを利用した微細加工に関する研究

著者(所属)|上野原努(大阪大学大学院工学研究科機械工学専攻)

フォトニックナノジェット(Photonic nanojet: PNJ)は直径数ミクロンの誘電体マイクロ球にレーザ光を照射した際に発生する高強度のビームである.PNJのビーム径は数百ナノメートルと小さい.また,PNJはその小さいビーム径を保ったままほとんど発散することなく数ミクロンの距離を伝搬する.これらの特徴からPNJはナノメートルスケールの3次元微細加工技術に応用可能であると考えられる.PNJの強度分布制御は加工を制御していく上で重要な課題である.そこで,Finite difference time domain (FDTD) 法を用いた電磁場解析によって強度分布シミュレーションを行い,加工の制御性について明らかにする.

自由噴流の混合制御に関する数値シミュレーション

著者(所属)|辻本公一(三重大学大学院工学研究科機械工学専攻)

DNS(Direct Numerical Simulation)により,2つの噴流を配置した自由・衝突噴流を間欠的に噴出させるダイナミック制御や、多数噴流を配置した衝突噴流の計算を行い,流動特性および混合/伝熱特性を定量的,定性的に評価した.その結果,制御した衝突噴流の場合,噴流間に生じた吹き上げが抑制され,噴流間の伝熱性能が大きく改善されること,制御された自由噴流の場合,噴流間隔を変化させた結果,混合性能が大きく改善されること,多数(19本)の噴流を配置した場合、吹上げ,横断流れの2つの流れの組み合わせによって多重化された噴流内部に異なった流れ構造が形成され,これに応じた伝熱特性が現れることを明らかにした.

ソフトウェアテストのためのテスト設計

著者(所属)|土屋達弘(大阪大学大学院情報科学研究科)

組み合わせテストとよばれるソフトウェアテスト手法において,故障検出とその特定を可能にするテスト集合を設計する.このような特性を有するテスト集合は,ロケーティングアレイという数学的構造と見なすことができる.本研究では,ロケーティングアレイの探索を充足可能性問題(SAT)として表現し,SATソルバーを利用してこれを求めた.実験の結果,いくつかのケースにおいて,これまで知られている範囲で,最小のロケーティングアレイを発見できた.

マルチPWレーザーパルスとアンダーデンスプラズマの相互作用

著者(所属)|矢野 将寛(大阪大学 工学研究科)

目的 ブラックホール近傍の電子の挙動を模擬する,非常に大きな加速度を持つ電子をプラズマ中に生成すること.
内容 マルチPWレーザーパルスとアンダーデンスプラズマの相互作用を3次元Paricle-in-cellシミュレーションによって計算した.
結果 クーロン爆発によって,パルス進行方向に垂直な方向のプラズマ波が誘起される.その波とパルス進行方向の波の干渉によって電子バンチが生成されるという新しい電子バンチ生成過程が明らかになった.

Analysis of stress tensor in lattice QCD numerical simulation

著者(所属)|Masakiyo Kitazawa(Physics, Osaka University)

We studied spatial distribution of the stress tensor in the quark-antiquark system in SU(3) Yang-Mills theory. The stress tensor is constructed with the aid of the gradient flow. The formation of the flux tube is confirmed in terms of the stress distribution.

マイクロ熱工学に関する分子シミュレーション

著者(所属)|芝原正彦,植木祥高,藤原邦夫(大阪大学大学院機械工学専攻)

研究内容の概要(100字~300字程度 利用報告と同等のもので構いません)
ナノ・マイクロメートルスケールのエネルギー輸送現象を原理的に理解して制御することを目的として,ナノ構造が蒸発,凝縮および凝縮時の熱抵抗に与える影響を,分子動力学法を用いて調査した.そのために大規模可視化対応PCクラスタを用いた

相対論的Vlasov–Maxwell系の自乗量保存スキーム開発

著者(所属)|白戸 高志(東北大学 工学研究科 航空宇宙工学専攻)

運動論プラズマの数値計算では保存則を満足することが困難であり、しばしばシミュレーションの妥当性に致命的な結果をもたらしてきた。本研究では、離散方程式が満たすべき数学公式に着目し自乗量保存スキームを開発し、SX-ACE 上で実施した数値実験により保存則を完全に満たすことを世界で初めて実証した。

リガンド活性化能を予測するMDシミュレーション系の構築

著者(所属)|中村春木(大阪大学 蛋白質研究所)

リガンド結合により活性化する蛋白質に着目し、この蛋白質に結合可能な低分子化合物の蛋白質活性化能を予測するシミュレーション系の構築を目指す。
 異なる活性化能を示す3種の既知リガンドを蛋白質にそれぞれ結合させ、蛋白質上の着目する構造領域(この構造変化がリガンド結合および蛋白質機能に関係すると考えられる)の変化を促進するため、200psシミュレーションを実行後、着目する構造領域の変化が最も大きいスナップショットをトラジェクトリから選択し、このスナップショットを初期構造として次の200psシミュレーションを開始した。この操作を1プロダクトランあたり100回繰り返した。着目する構造変化および蛋白質-リガンド結合変化の調査より、リガンドの活性化能と構造変化および相互作用変化との関係性を検討した。
 構造変化の度合いはリガンド種により有意な差が見られ、また蛋白質-リガンド相互作用変化も異なる傾向を示した。強活性化リガンド結合型では、構造変化を強いた蛋白質領域を含む蛋白質-リガンド相互作用の多くが5回の全てのプロダクトランにおいて維持された。一方非活性リガンド結合型では、全プロダクトランにおいて相互作用形成数は大きく減少し、さらにプロダクトラン毎に異なる相互作用変化の傾向を示した。この結果は、活性化能と構造変化および相互作用変化との関連性を示唆するものであり、リガンドの蛋白質活性化能の予測や新規リガンドデザインに発展できるものと考えている。

高構造物雷撃に伴う電磁界のFDTD解析

著者(所属)|荒木 翔平(同志社大学大学院 理工学研究科)

高構造物は雷撃を受ける確率が高いため,雷電流を直接測定する手段として古くから利用されている。最近では,落雷位置標定システムの落雷捕捉率の評価,位置標定誤差の評価,測定電磁界ピーク値に基づく雷電流ピーク値推定式の妥当性の検証や較正にも利用されている。これらのことから,雷撃を受けた高構造物の過渡特性や放射される電磁界について実験や数値解析により検討を行っておくことが重要である。本研究では,雷撃を受けた東京スカイツリー内の雷電流と放射電磁界のシミュレーションを,FDTD法(Finite Difference Time Domain)を用いて行った。

沿岸域における高解像流動水質シミュレーション

著者(所属)|中谷 祐介(大阪大学 大学院工学研究科 地球総合工学専攻)

三次元沿岸海洋モデルFVCOMを用いて,①閉鎖性の高い港湾域における発電所取放水を利用した流動制御と水質改善の効果評価,②河川感潮域の流動・水質に及ぼす沿岸地形改変の影響解析,③感潮河川網における浮遊物質の挙動解析を行った

光と物質の相互作用、及びその産業応用に関する研究

著者(所属)|藤田和久(光産業創成大学院大学)

産業界でよく用いられる、パルス幅ナノ秒オーダーのレーザーを材料に照射した場合の、長時間( 1 ミリ秒程度)の熱応答を、シミュレーションにより評価する。

海洋中の乱流と混合に関する数値実験的研究

著者(所属)| 吉川 裕(京都大学大学院理学研究科)

海洋表層では風により発生する乱流により、活発な鉛直混合が生じ混合層と呼ばれる鉛直一様な層が形成される。この混合層の深さは、海面熱フラックスの日変化に影響されることが、前年度までに行ったラージ・エディ・シミュレーションにより明らかになっている。混合層深度は海面水温を通じて気候に影響を与えることから、日変化の影響下での混合層深化過程を適切に再現するパラメタリゼーションスキームの構築が、大規模な海洋そして大気の循環場の再現には必要である。そこで、既存のパラメタリゼーションスキームの妥当性をラージ・エディ・シミュレーション結果をもとに評価した。その結果、既存のスキームでは上記の過程を適切に再現できないことと、その原因は運動エネルギー拡散過程のパラメタリゼーションにあることを明らかにし、さらにそのパラメタリゼーションの改善方法を提案することができた。

両新媒性ジアリールエテン誘導体における分子会合体の挙動に対する理論的研究

著者(所属)|佐藤竜馬(筑波大学 計算科学研究センター)

ジアリールエテンは繰り返し耐久性や熱的安定性に優れた分子として、高密度光記録媒体や分子応答性スイッチング素子への応用が期待されている。近年、両新媒性ジアリールエテン誘導体に対する光応答性が調べられ、異なるpoly-(ethylene glycol)鎖(PEG鎖)毎に異なる会合体を作ることが示された。しかし、どのような違いによって異なる会合体を形成しているかは明らかになっていない。
本研究では、分子動力学計算と量子化学計算を用いて各ジアリールエテン誘導体の挙動を調べた。MD計算から得た構造に対してSAXSを計算した結果、それぞれの誘導体において隣り合うジアリールエテン同士のパッキングに違いがあることを明らかにした。

Cooperation between holey graphene and NiMo alloy for hydrogen evolution in an acidic electrolyte

著者(所属)|Tatsuhiko Ohto(Graduate School of Engineering Science, Osaka University)

酸性水分解電極としての白金を代替する合金の開発が盛んに行われており、その中でNiMoは白金に近い水素発生能力を持つが、強酸に溶けてしまうという欠点がある。NiMoをグラフェンで被覆することで、その欠点を克服した電極材料の開発を目指す。穴あきグラフェンで被覆したNiMo表面と無被覆のNiMo表面において水素原子が吸着する際の自由エネルギー変化を計算した。

MOシミュレーションによる有機低分子の吸光波長予測

著者(所属)|諏訪志典[1]、川嶋裕介[1]、川下理日人[2]、田雨時[1]、高木達也[1]([1]大阪大学大学院薬学研究科、[2]近畿大学理工学部)

プローブ分子によるイメージング技術が生命現象の解明に大きく貢献してきているが、そのプローブについては近赤外線吸収を示すような化合物が望まれている。そこでMOシミュレーションによる新規構造の導出のために、新規有機色素及びその誘導体について、量子化学計算により構造の違いによる吸光波長の変化の再現を行う。10構造の化合物に対してGaussain09を用いてMOシミュレーションを行った。DFT法によって電子基底状態における構造の最適化、TD-DFTを用いて一電子励起状態におけるエネルギーを求め、その差を取ることで吸光波長を予測した。計算レベルには真空中でB3LYP/6-31G(d)を用いてクロロホルム中の測定値と比較した。回帰分析を行ったところ相関係数が0.79と高い値が得られた。1と3、6、7のような同位置の置換基間での違いによる影響を反映できていることから、有効な手段であることが確認された。