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2009年度 物理科学談話会



Biomedical applications of nanomagnets

講演者 : Fernando Palacio 教授 (University of Zaragoza, Spain)
日時 : 2009年11月 24日(火) 16:30 〜
場所 : A12 サイエンスホール
要旨 : Superparamagnetic nanoparticles can be used as important components in Nanomedicine provided they can form stable and biocompatible suspensions as a ferrofluid. Thus, they can act as contrast agents in magnetic resonance imagen (MRI) for diagnostic techniques, they can be also made resonantly respond to a time-varying magnetic field which results in local generation of heat in hyperthermia therapies or they can be used as part of a delivery system in loco-regional therapies, called "magnetic drug targeting". Such variety of uses strongly depend of the ferrofluid properties and of the structural and magnetic behaviour of the composing superparamegnetic nanoparticles. Several preparative methods are reviewed including the preparation of polymer nanocomposites where isolated maghemite nanoparticles with variable size, narrow size distribution and different shapes are synthesized within a polymer matrix. The preparation of ferrofluids suitable for biomedical applications is also described. Magnetic, toxicological and hematological properties of such bioferrofluids are discussed.
問い合わせ : 物理科学専攻 細越 裕子
( 内線 4053 / email yhoso @ p.s.osakafu-u.ac.jp )



Functional Nanoscale Materials for Devices

講演者 : Jatinder Yakhmi 博士 (Bhabha Atomic Research Centre, India)
日時 : 2009年11月 20日(金) 16:30 〜
場所 : A12 サイエンスホール
要旨 :   In the present talk, we highlight our attempts to prepare functional nano-strucutred materials for devices, using a variety of methods. These include carbothermal evaporation, physical vapor deposition, or simple thermal treatment under controlled inert conditions for metal/oxide materials such as Cu-doped SnO2 nanowires, Te nanotubes/rods, ZnO nanowires, etc. for gas senor applications with high sensitivity. We find improved selectivity in gas sensing when we employ polypyrrole or P3HT modified with ZnO-nanowires. To fabricate molecular functional materials and their mono(multi)layers, we have used self-assembly methods (SAMs or LB), and more recently O-MBE. We have employed DNA, or a SAM, or simply a surfactant monolayer at the air-water-interface, as templates to grow crystals of functional molecular materials. We shall describe briefly the fabrication of gas sensors or K-ion sensors from LB films.

  Long alkyl chains consisting of σ bonds can act as dielectric, σ-π molecules as rectifier and/or transistor and σ-π-σ molecules as resonant tunnel diodes. Though a promising alternative, fabrication of miniaturized electronic devices using molecules alone will take much time. A medium term solution is to develop integrated molecule/Si hybrid devices using self-asssembled mono/multilayers on Si. We shall describe our efforts in this direction. In particular, we shall touch upon electrografting of organic molecules on Si, design of new porphyrin-based sigma-pi molecules, reduction of the dielectric layer thickness, and suppression of the diffusion of counter- electrode metal atoms into the neighboring hydrocarbon chains. We shall conclude by outlining our recent efforts to fabricate phthalocyanine-fullerene photovoltaic cells.
問い合わせ : 物理科学専攻 細越 裕子
( 内線 4053 / email yhoso @ p.s.osakafu-u.ac.jp )




目に見えない宇宙を探れ

講演者 : 村岡 和幸 博士(大阪府立大学 大学院理学系研究科 物理科学専攻)
日時 : 2009年11月 12日(木) 17:00 〜 18:00
場所 : A13-230 理学部会議室
要旨 : 古来より、宇宙を観測する手段は可視光が主役であった。 しかし、目に見える光で輝く「星」は、宇宙を形作る一つの要素に過ぎず、 その周囲には、目には見えない星間物質が大量に存在している。 中でもミリ波サブミリ波帯(波長0.5 〜 4mm) に様々な輝線を持つ 星間分子ガスは新しい星が生まれる材料になるため、 宇宙の進化を解き明かす上でたいへん重要な役割を担っている。 即ち、
「星はどのように生まれるのか?」
「星と星間物質の集合体である銀河はどのように形成・進化していくのか?」
「銀河形成・進化とともに、宇宙はどのような歴史をたどってきたのか?」
といった疑問に答えるには、電波観測は欠かすことのできない手段なのである。
講演者は、これまで野辺山宇宙電波観測所の望遠鏡(群) を使った 銀河の観測研究を進めてきた。本講演では、その成果を紹介するとともに、 大阪府立大学1.85m 望遠鏡を使うことによる更なる発展の可能性を述べる。 最後に、現在南米チリのアタカマ砂漠に建設中の次世代ミリ波サブミリ波干渉計・ ALMA に期待される成果を紹介していきたい。




Economic Approach to Quantum Information Processing

講演者 : Robabeh Rahimi Darabad 博士(近畿大学総合理工学研究)
日時 : 2009年10月 16日(金) 15:00 〜 16:00
場所 : A13-228 講義室A
要旨 : This proposal is to find the main resources of power for quantum computing by extracting any over-classical-achievement outcome from implementations of available quantum non-local algorithms by using superconducting qubit systems. We tend to find the resources of power in an economic manner, meaning that in case, e.g. a separable but non-classically correlated state should be sufficient then we carefully avoid including the extra complicated and unnecessarily expensive entangled state as a quantum resource. This proposal consists of two main parts. The first part is for generating and testing any possible quantum resource, such as non-classically correlated states. The second part is keeping the state stable for duration of an experiment, meaning that working around the concept of decoherence. Both parts of the proposal are managed to fulfill the constrain of less complication being imposed to the overall quantum process.

問い合わせ : 物理科学専攻 田中 智
( 内線 4042 / email stanaka @ p.s.osakafu-u.ac.jp )




Dynamical Casimir-Polder forces

講演者 : Robert Passante 博士(University of Palelmo, Italy)
日時 : 2009年10月 22日(木) 16:30〜
場所 : A13-230 理学部会議室
要旨 : Casimir and Casimir-Polder forces between atoms and/or macroscopic neutral bodies are considered, including their quantum fluctuations and many-body effects. We also discuss dynamical (time-dependent) effects for the intermolecular Casimir-Polder force and for the atom-wall Casimir-Polder force. We show that the dynamical atom-wall force may be repulsive.

問い合わせ : 物理科学専攻 田中 智
( 内線 4042 / email stanaka @ p.s.osakafu-u.ac.jp )




スピネル化合物(FeV2O4)における低温での磁気ヒステリシス異常

講演者 : 西原 禎文 博士(大阪府立大学 大学院理学系研究科 物理科学専攻)
日時 : 2009年 9月 30日(水) 14:00〜15:30
場所 : A13-228 講義室A
要旨 :  スピネル化合物はAB2O4の組成をもつ酸化物で、結晶中にAサイトとBサイトの二つの サイトを有している。Aサイトは4つの陰イオンに囲まれた四面体を形成しているのに対し、 Bサイトは8つの陰イオンに囲まれた八面体を形成している。近年、Aサイト、Bサイトに 導入するイオンを制御することで、新規物性の創出を目指した研究が盛んに行われている。
 本研究でターゲットとするスピネル酸化物(FeV2O4)は、A、Bサイト共に軌道の自由度を 有する磁性金属イオンを導入した系である。これにより、構造変化を伴う特異な磁性の出現が期待でき、 実際、FeV2O4は140 K以下で立方晶から正方晶に、110 K以下で斜方晶への構造相転移が 示唆されている。そこで、本研究ではFeV2O4の詳細な磁気構造を検討するため、多結晶、 単結晶試料の作製を行った。得られた試料を用いて、ZFC、FC(0.05T)磁化率測定を 行った結果、ZFC磁化率測定で105K付近にカプスが観測された。加えて、1〜1000Hzの 周波数を用いて交流磁化率測定を行った結果、虚数成分χ"で70−115Kに周波数に依存性した シグナルが観測された。また、80K以下のM−H曲線から、多段の磁気ヒステリシスが出現するなど、 興味深い磁性を示した。当日は、FeV2O4の交流磁化率、磁気緩和測定から得られた結果を基に、 他のスピネル化合物の物性と比較し、磁気ヒステリシスに出現する多段構造の起源とその磁気構造に ついて議論する。

問い合わせ : 物理科学専攻 溝口 幸司
( 内線 4068 / email k.mizoguchi @ p.s.osakafu-u.ac.jp )




Molecular Simulations of Large-Size Protein Assemblies on Graphics Processors

講演者 : Valeri Barsegov 博士(University of Massachusetts Lowell, USA)
日時 : 2009年 8月 10日(月) 16:15〜17:15
場所 : A13-230 理学部会議室
要旨 : The mechanical properties of fibrin network, that determine how blood clots and thrombi respond to the shear stress of blood flow, are well known and have been related to fibrin fiber structure, but the molecular mechanisms of clot mechanical deformation are poorly understood. Dynamic force spectroscopy experiments have enabled direct characterization of the mechanical response of large protein assemblies, and molecular simulations can now be used to interpret the experimental results. However, because of the extremely large system size (~1,000-10,000 residues), computer modeling of fibrin deformations under physiologically relevant force loads in atomic detail is unfeasible. We have overcome this problem by employing graphics processing units (GPUs), rather than CPUs, and coarse-grained models of proteins. This methodology allow the application of physiologically relevant pulling speeds of 1μm/s-10μm/s to access the forced unfolding transitions in fibrin molecules on real timescales (0.001-1s). The unfolding transitions in fibrin monomers results in unfolding peak forces of 50-150pN and molecular extensions of 20-50nm, which agrees well with experimental data. The developed computational methodology - pseudorandom number generators and numerical integration algorithms - implemented on CUDA-enabled graphics cards (from NVIDIA), can now be used to explore large-scale biomolecular systems, including protein fibers, molecular motors, and viral capsids among many others.

問い合わせ : 物理科学専攻 田中 智
( 内線 4042 / email stanaka @ p.s.osakafu-u.ac.jp )




放射光X線を用いた磁性研究 〜円偏光X線を用いて〜

講演者 : 水牧 仁一郎 博士(財団法人 高輝度光科学研究センター/SPring-8)
日時 : 2009年 7月 17日(金) 16:15〜17:15
場所 : A13-228講義室
要旨 : X線吸収(XAS)、X線発光分光(XES)やX線光電子分光(XPS)などで知られるX線分光 は、元素・軌道選択的な電子状態や磁気状態を観測する有力な手法である。これ まで、強相関電子系を含む酸化物の物性研究に威力を発揮してきた。本セミナー では、X線吸収分光、特に円偏光を用いたX線磁気円二色性(MCD)測定により、得 られた最近の結果を2つご紹介する。

1.MCDによる軌道Ferri磁性体CoMnO3の研究
イルメナイト型酸化物であるCoMnO3はCoが2価Mnが4価であり、お互いの磁気モー メントが反強磁性的に結合していると言われている。またCo2+(Mn4+)の電子配置 は3d7(3d3)であり、高スピンを仮定するとCo, Mnのスピン磁気量子数S及び軌道 量子数LはともにS=3/2、L=3である。もし軌道角運動量が凍結していればCoとMn のスピン磁気モーメントはお互いに打ち消しあいCoMnO3全体として磁気モーメン トは発現しないことになる。しかし磁化測定の結果から強磁性であることが分っ ており、軌道磁気モーメントがCoMnO3の磁気モーメントに寄与していると考えら れている。しかしながらCoMnO3の磁性について直接軌道磁気モーメントの大きさ を求めた研究例はなく、微視的観点からこの系の電子状態について調べた例もな い。我々はX線吸収MCD測定及びXPS測定を行うことによりCoMnO3の電子状態、磁 気状態について調べた。その結果CoMnO3の磁化が軌道磁気モーメントからなって いることを直接的にMCDにより証明した。

2.O-K吸収端を用いたAサイト規則化ペロブスカイトCaCu3B(B=Ti,Ge,Sn)4O12の 磁気的相互作用の決定
Aサイト規則化ペロブスカイト酸化物CaCu3B(B=Ti,Ge,Sn)4O12は、Aサイトに磁性 イオン、Bサイトに非磁性イオンが占め、AサイトにあるCu2+だけで磁性が決まっ ている。興味深いことに、CaCu3Ge4O12とCaCu3Sn4O12はそれぞれキュリー点が 13Kと10Kの強磁性体である。それに対して、CaCu3Ti4O12はネール点が25Kの反強 磁性体である。Cu2+イオン間の磁気的相互作用がBサイトにある非磁性イオンに よるという特徴を持っている。その非磁性イオンサイズはGe4+(0.530A)<Ti4+ (0.650 A)<Sn4+ (0.690 A)となっており、結晶構造が3つの化合物で変わらない ことを考えると、CaCu3Ti4O12のみが反強磁性体であることは奇妙である。O-K吸 収端におけるXAS及びMCD測定を用いることで、CaCu3Ti4O12のみが反強磁性体で あるのはCu-O-Ti-O-Cuという長距離の超交換相互作用である可能性について議論 した。

問い合わせ : 物理科学専攻 久保田 佳基
( 内線 4050 / TEL 072-254-9193 (ダイヤルイン) / email kubotay @ p.s.osakafu-u.ac.jp )