金星の高度約47 km以下には「下層ヘイズ」と呼ばれる微粒子の層が存在することが、1970年代の探査機による観測で分かっていました。しかし、この微粒子がどこから来て、何でできているのかという問いは、50年来の未解決問題として残されてきました。東北大学大学院理学研究科地球物理学専攻の狩生宏喜 大学院生（現：東京科学大学 研究員）、黒田剛史 助教、寺田直樹 教授らの研究グループは、ベルギー王立宇宙航空研究所等との国際共同研究により、独自に開発した雲微物理モデルを用いて下層ヘイズ生成のシミュレーションを行いました。その結果、金星大気へ絶えず降り注ぐ宇宙塵が、観測された下層ヘイズの性質を説...

自動車や精密機器産業において、アルミニウムダイカスト製品は軽量化と高強度を両立する基幹部品として不可欠ですが、鋳造工程中に空気が巻き込まれることで生じる鋳巣（ポロシティ）は、外観からは検知困難な内部欠陥であり、従来のシミュレーションでは正確な予測が極めて困難とされてきました。東北大学流体科学研究所 石本淳 教授の研究グループは、VOF（Volume of Fluid）法（注4）とLES（Large Eddy Simulation）（注5）を組み合わせ、...

太陽電池の集電電極など、高信頼性が要求される部材には、銀粒子を含有した導電性ペーストがよく用いられます。ボールミルを用いて扁平化したフレーク状銀粒子は、粒子同士が平坦な面で接触し導電パスが形成されやすくなるため、他形状の銀粒子と比べ、導電性の向上が期待できます。高価な銀の使用量を削減するため、小型機を用いて開発されたフレーク状銀粒子を効率的に大型機で量産化する必要があります。量産化のためには、扁平化工程をスケールアップ（大型化とその運転条件決定）することが求められる一方で、そのスケールアップ手法はこれまで確立されていませんでした。東北大学 大学院環境科学研究科 博士後期課程の小島拓...

線状降水帯による集中豪雨は近年深刻な水害を引き起こしています。東北大学大学院工学研究科の平賀優介助教とJacqueline Mbugua特任助教は、千葉大学の小槻峻司教授、法政大学の鈴木善晴教授、カリフォルニア大学のShu-Hua Chen教授、富山大学の安永数明教授、濱田篤准教授、京都大学の舩冨卓哉教授らとの共同研究により、豪雨の集中を緩和し、被害を軽減できる可能性を検討しました。2014年の広島豪雨を対象にスーパーコンピューターで線状降水帯を再現し、発達する雲に大量のドライアイスなどをまく数値実験を実施しました。その結果、一定条件下で、豪雨域の3時間雨量が平均11.5%、最大32%減少し...

東京大学先端科学技術研究センターの加藤英明教授と、京都大学大学院薬学研究科の井上飛鳥教授、明治大学理工学部の光武亜代理准教授、京都大学大学院生命科学研究科の角野歩准教授らによる研究グループは、ヒトの生理機能調節に深く関わり、創薬上重要な標的でもあるGタンパク質共役型受容体（GPCR）について、そのGタンパク質活性化メカニズムの詳細を明らかにしました。細胞 の表面には、ホルモンや神経伝達物質など外からの合図を受け取る「受容体」が並んでいます。なかでもGPCRは、痛み・血圧・食欲・精神機能など多様な生理機能を調節しており、現在使われる医薬品の多くがこのGPCRを標的とし...

迷路のような磁気ドメインをもつ磁性材料に、強い磁場パルスを加えると、磁性材料全体の磁化が振動する現象が観測されていましたが、そのメカニズムが分かっていませんでした。東北大学、豊橋技術科学大学、信越化学工業株式会社、トルコ・コチ大学による国際共同研究グループは、大規模3次元マイクロ磁気シミュレーションによって、迷路のような磁気ドメインをもつ磁性材料の磁場パルスに対する動的応答を計算しました。この結果、磁気ドメインが膨張と収縮を繰り返していることが分かりました。さらに、その繰り返し周波数は、入力した磁気パルスの強...

熱帯域には、東西数千kmにも及ぶ巨大な積乱雲群がインド洋から太平洋に移動するマッデン・ジュリアン振動（MJO） という顕著な気象現象があります。MJOは世界各地に異常天候を導くテレコネクションの源であり、その移動がいつどのように起きるかの解明は、熱帯気象学の最重要課題の1つでした。東北大学大学院理学研究科の髙須賀大輔助教らの研究チームは、全球の雲の動態を精緻に計算する気象モデルを用いて、2つのMJOを対象に計4,000個の膨大な「パラレルワールド」を生成し、外的条件が同じ中でのMJOの移動の決まり方を解明しました。冬への季節進行後の12月はMJOの移動...

精神疾患の個別化医療の実現に向け、個人の生体機能をコンピュータ上で再現する「デジタルツイン」技術が近年注目を集めています。しかし、脳のネットワーク構造と、実際の認知・行動・脳活動の動的なプロセスを個人レベルで結びつけて再現することは、これまで大きな課題でした。このたび、国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター（NCNP）の高橋雄太室長（東北大学大学院医学系研究科講師兼務）、宗田卓史リサーチフェロー、山下祐一室長、東北大学大学院医学系研究科の富田博秋教授らの研究グループは、個人の脳の機能的結合（コネクトーム）データに基づき、その人特有のマルチタスク実行時の認...

航空機や自動車、風力発電機などの開発現場では、空気抵抗や騒音を予測するために流体シミュレーションが不可欠です。自然界の風は、常に強さや向きが変化する「非定常」なものです。しかし、近年盛んなAI流体シミュレーションの多くは、時間変化しない「定常」な流れを対象とし、現場が知りたい「振動」を扱える技術は確立されていませんでした。東北大学流体科学研究所の川端敦仁大学院生、焼野藍子准教授らの研究グループは、メルボルン大学のリチャード・サンドバーグ教授らとの共同研究で、シミュレーションを実行しながらAIが学習する「CFD駆動型機械学習」を進化させ、渦の放出周波数などをAIに直接学習させました。...

自動車用ガソリンエンジンの熱効率向上を妨げる異常燃焼をノッキングといいます。実際のエンジン内部では、燃料と空気の混合気の複雑な流動がノッキングの発生に影響を与えることが経験的に知られていました。しかし、このような混合気の流れがノッキングにどのように作用するのか、その仕組みは十分に解明されていませんでした。東北大学流体科学研究所の角田陽大学院生、森井雄飛准教授、丸田薫教授らの研究チームは、流れ場が火炎に作用する条件下で数値シミュレーションを行い、2023年に発見した「火炎からの激しい遷移現象」の臨界条件が変化することを明らかにしました。流れ場の影響が強いほどこの遷移現象が起きる温度が...

台風は日本を含む世界各地で大きな被害をもたらします。どれくらい強くなるか、いつ急に強くなるかといった正確な予測はいまなお難しい課題です。東北大学大学院理学研究科の伊藤純至准教授、櫻井勇太朗大学院生（研究当時）、Leia P. S. Tonga大学院生、東京大学大気海洋研究所の新野宏特任研究員（東京大学名誉教授）、慶應義塾大学環境情報学部の宮本佳明准教授らの研究グループは、スーパーコンピュータ「富岳」を使って、1つの台風が弱い渦の段階から非常に強い台風になるまでの約4日間を、水平100mの細かさで超高解像度計算をすることに初めて成功しました。これは、今後の台風強度予測を改善する上で重...

ガラスは、建材や光学部品、電子デバイスなどに広く使われている重要な材料ですが、その性質には未解明な点が多く残されています。中でも、ガラスをつくる分子特有の「ゆれ（分子振動）」と、ガラスにかける力を強くしていくとあるところで急にこわれ始める「降伏」は、多くのガラスに共通して現れる性質として注目されています。これまで、どちらか一方なら説明できる考え方はありましたが、両方を一つの見方でまとめて説明することは難しいままでした。東北大学大学院理学研究科の須田誠大学院生らは、これまでガラスの分子振動を説明するために使われてきた理論モデルに着目し、このモデルに力を加えると、降伏が起こることを示し...

東京大学大学院工学系研究科の佐藤 龍平 助教、澁田 靖 教授、東京科学大学総合研究院化学生命科学研究所の安藤 康伸 准教授、東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）のサウ カーティック 特任講師らの研究グループは、流体力学の流れ場の考え方を応用し、電池材料におけるイオンの集団輸送を可視化する新しい解析手法を開発しました。研究グループは固体電解質の分子動力学シミュレーションを実施し、シミュレーション中で実際に起こるイオンの協奏的な輸送を、イオンの変位ベクトル同士をつないで構築する「有向グラフ解析（注4）」により可視化することに成功しました。さらに、このグ...

近年、交通予測や需要予測などに機械学習・深層学習が広く使われていますが、その計算には大量の電力と高性能計算機が必要であることから、リザバーコンピューティング（RC）や、それを実世界の物理系に拡張した物理リザバーコンピューティング（PRC）が注目されています。東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）の安東弘泰教授らの研究チームは、現実世界の複雑なダイナミクスをそのまま計算に利用する新しい機械学習フレームワーク環境物理リザバーコンピュ...

脳血管疾患は血管形状の個人差が疾患リスクに影響することが知られており、将来的なAIモデルの開発や医療機器開発などの応用に向けて、その多様性を反映した血管モデルの構築が求められていました。東北大学流体科学研究所の安西眸 准教授らは、脳動脈の中心線に沿った各点の XYZ 座標と半径データを統計モデルとして扱い、患者集団の多様性を再現した「仮想脳動脈集団」を生成する手法を開発しました。中心線の空間位置と血管半径を多変量正規分布（MVND）で同時にモデル化することで、限られた実測データから多数の仮想血管形状を生成可能としました。生成形状は、血管長や屈曲度、半径分布などが実患者データとよく一...

カツオノエボシ（鰹の烏帽子、英名：Portuguese man-of-war）は、世界中の熱帯から温帯の海域に広く分布する有毒クラゲで、青く透明な浮き袋と長い毒触手を持つことで知られています。これまで日本の北部沿岸ではカツオノエボシの仲間のクラゲが正式に記録されたことはありませんでした。東北大学大学院農学研究科のエイムズ・シェリル(Ames Cheryl)教授と大越和加教授の研究チームは、共同研究チームが仙台湾の蒲生海岸で採取したカツオノエボシ属（Physalia）と見られる個体の同定を行いました。その結果、形態的および遺伝的解析により、本種が既知のカツオノエボシ...

東京大学大学院工学系研究科附属総合研究機構の幾原 雄一 東京大学特別教授（兼：東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）教授）、柴田 直哉 教授、フウ ビン 特任准教授、二塚 俊洋 特任研究員らのグループは、原子分解能電子顕微鏡法と理論計算（シミュレーション、注2）を駆使することにより、原子が結晶粒界を拡散（注4）する際の新しいメカニズムを明らかにしました。セラミックスを焼結する際には、さまざまな元素を添加することで、焼結の促進や、微細構造の制御が行われています。焼結の進行に伴い、添加元素が粒界を拡散することは知られていますが、これらの元素が粒界中のどの原子位置...

東北大学のスーパーコンピュータAOBA（以下AOBA）、大阪大学のスーパーコンピュータSQUID（以下 SQUID）、および名古屋大学のスーパーコンピュータ「不老」（以下 不老）を連携させ、3県の津波浸水被害予測シミュレーションを分担して緊急実行する試みを行いました。計算基盤「ExpressHPC」によって、AOBAに兵庫県、SQUIDに高知県、不老に和歌山県の津波浸水被害予測が割り当てられ、それぞれ最長でも6分以内に正常に予測を完了できることを確認しました。これにより、異なる構成や運用形態のスーパーコンピュータを迅速に確保・連携して活用することで、防災減災に資する大規模シミュレーションを分...

田中友啓（総合研究大学院大学５年一貫制博士課程４年 兼 国立極地研究所特任研究員）、小川泰信（総合研究大学院大学教授 兼 国立極地研究所教授）、加藤雄人（東北大学大学院理学研究科教授）を中心とする研究グループは、低高度極軌道衛星や大型大気レーダーによる観測結果と数値シミュレーションを組み合わせることで、地球近傍の宇宙空間から地球に飛来する高エネルギー電子の一部が地磁気によって宇宙空間に跳ね返され、その結果、これらの電子がもたらした大気電離量が従来の想定よりも小さくなっていたことを観測により実証しました。高エネルギー電子と大気との衝突過程の近年の精密な理論研究により、地球への入射エネ...

学校法人関西医科大学（大阪府枚方市 理事長・山下敏夫、学長・木梨達雄）医学部医化学講座　清水（小林）拓也教授、寿野良二准教授、名古屋工業大学生命・応用化学類　片山耕大准教授、神取秀樹特別教授、京都大学大学院薬学研究科・東北大学大学院薬学研究科井上飛鳥教授（京都大学/東北大学）、明治大学理工学研究科　光武亜代理准教授、筑波大学国際統合睡眠医科学研究機構　斉藤毅准教授、大阪大学蛋白質研究所　加藤貴之教授らの共同研究グループは、ヒトκオピオイド受容体のバイアスドシグナリング機構を従来より詳細に解析し、新たにシグナル選択性に関与するアミノ酸残基を同定しました。詳しい研究概要は次ページ以降の別添資料を...

東京大学大学院工学系研究科附属総合研究機構の幾原雄一東京大学特別教授（兼：東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）教授）、柴田直哉教授、石川亮特任准教授、二塚俊洋特任研究員らのグループは、名古屋大学の松永克志教授、横井達矢准教授と共同で、原子分解能電子顕微鏡法と理論計算（シミュレーション、注2）により、原子が結晶粒界に沿って高速拡散（注4）する機構を明らかにしました。セラミックスの多結晶体に極微量の添加元素を導入すると、さまざまな材料物性の性能を向上させることができます。これまでに、結晶粒界が添加元素の高速拡散経路であることは知られていましたが、原子レベルでの...

慶應義塾大学理工学部の山本詠士准教授、東北大学電気通信研究所の陰山弘典大学院生（大学院医工学研究科）および平野愛弓教授（材料科学高等研究所 (WPI-AIMR) ・大学院医工学研究科兼務）らの共同研究グループは、分子動力学シミュレーションと人工細胞膜実験を組み合わせることで、生体膜に対する電場作用の新しい側面を解明しました。従来広く研究されてきた膜垂直方向の電場とは異なり、膜水平方向の電場が脂質二重膜の構造を顕著に変化させることを明らかにしました。生体膜は細胞内外を仕切る単なるバリアではなく、イオンチャネルや受容体など多様な膜タンパク質の機能を支える能動的なプラットフォームです。そ...

火山灰は鉄などの栄養物質を含んでおり、これが海に供給されると植物プランクトンの成長を促す可能性があります。東北大学、名古屋大学、明治大学らの研究グループは、2020年6～7月に活発化した小笠原諸島・西之島の噴火が、約130 km離れた小笠原諸島・聟島周辺における植物プランクトンの増加に寄与した可能性を示しました。衛星データ（Aqua/MODIS・ひまわり8号）の時系列解析と、海流に基づく粒子追跡シミュレーションを組み合わせた結果、噴火で放出された火山灰が海流で北東側へ運ばれ、約6日後に聟島周辺へ到達したことが示唆されました。さらに、衛星クロロフィルa濃度（注...

磁性材料において、隣接する磁気モーメント間の結合強度を表す「交換スティフネス定数」は、磁区（注4）構造や磁気応答特性を決定する最も重要な物性値の一つです。この値の正確な測定は、磁気記録デバイスやスピントロニクス素子の設計において必要不可欠ですが、従来の測定法には装置の高コスト化や試料の損傷といった課題がありました。東北大学、豊橋技術科学大学、信越化学工業株式会社、トルコ・コチ大学による国際共同研究グループは、大規模3次元マイクロ磁気シミュレーション（注5）...

ウナギなどの細長い魚は、脊髄が損傷した後も泳ぐことができ、水中だけでなく陸上も移動できる優れた運動能力を持っています。東北大学学際科学フロンティア研究所の安井浩太郎助教、電気通信研究所の鈴木朱羅助教、石黒章夫教授は、公立はこだて未来大学の加納剛史教授、オタワ大学のEmily M. Standen准教授、スイス連邦工科大学ローザンヌ校のAstha Gupta大学院生、Auke J. Ijspeert教授らとの共同研究により、この驚異的な運動能力を生み出す神経回路メカニズムの解明に取り組みました。研究グループは、身体に備わる「伸展感覚」と「圧力感覚」の二つの感覚フィードバック...

東京大学大学院理学系研究科の脇田大輝特任研究員（兼・日本学術振興会特別研究員-PD）、東北大学電気通信研究所（兼・大学院工学研究科）修士課程（※研究当時）の山地聡史さん、大阪大学大学院理学研究科の梅津大輝講師、公立はこだて未来大学システム情報科学部の加納剛史教授らの研究グループは、昆虫のさなぎの中で体のつくりが大きく変わるとき、細胞に「個性」があることで細胞の群れ全体の働きがよくなり、「筋肉の断片を散らしながら」「安定した網目パターンにする」という２つの工程が速やかに両立することをシミュレーション※１により示しました（図１）。私たちの体はさまざまな種類の細胞で...

東北大学 大学院理学研究科の遊佐剛教授、堀田昌寛助教、Quentin France 留学生（仏ソルボンヌ大学大学院生）、Yunhyon Jeong大学院生、神山晃範博士は、NTT株式会社（以下、NTT）、物質・材料研究機構（以下NIMS）との共同研究により、極低温、強磁場環境で動作する走査型偏光選択蛍光分光顕微鏡を用いて、分数量子ホール液体と呼ばれる電子の特殊な状態のエッジとバルクを走る電子の波の動画を撮影することに成功しました。この成果は極限宇宙の新しい検証実験において、ブレーンワールド仮説やホログラフィック原理...

植物の茎と根を結ぶ上下軸（体軸）は，受精卵期の異方的な先端成長（1）とその後の上下不等分裂によって決まると考えられています(図1A)．シロイヌナズナにおいて，受精卵の異方成長の際に，細胞の表層微小管が先端付近に円環状のバンド構造を形成し，成長に伴って細胞先端側へバンドが移動することが，実験から観察できていました(図1B)．しかし，どのような仕組みで多数の微小管が協調あるいは競合して配向秩序化（2）しバンド構造を形成し，かつ移動を達成するのかは未解明でした.本研究では，秋田県立大学の野々山朋信博士研究員および津川暁助教らと東北大学の植田美那...

物質に強い刺激を与えると、入力（力や電磁場）と出力（物理量の変化）の比例関係が崩れる「非線形応答」が現れます。この非線形応答を詳しく解析することは、物質の動力学的・分光学的性質を深く理解するために欠かせません。しかし従来の手法では、複雑に入り混じった非線形応答から必要な成分だけを取り出すことは困難でした。東北大学大学院理学研究科の小野 淳 助教は、物理量の時系列データから非線形応答関数を抽出するための新たな理論的枠組みを構築しました。これは既存の任意の実時間シミュレーション手法に適用可能であり、従来難しかった強い電子間相互作用や多くの自由度、環境への散逸などを伴う複雑な系でも非線形...

国立環境研究所地球システム領域の丹羽洋介主幹研究員らの研究チームは、2020-2022年の間に地球規模で起こった大気メタン濃度の急上昇の要因を明らかにしました。研究チームによる解析の結果、この急激な濃度上昇は、主に、熱帯から北半球低緯度（南緯15度から北緯35度）にかけての湿地や水田などの農業、埋立地などにおける微生物が起源のメタン放出が増加したことによって生じたことが分かりました。また、その中でも特に東南アジアや南アジアといったアジアの低緯度地域における影響が大きいと推定されました。この結果は、地上観測局や船舶、航空機、人工衛星といった様々なプラットフォームによる観測デ...

東北大学大学院情報科学研究科の熊谷政仁特任助教と小林広明教授らは、NTT Research, Inc.Physics & Informatics研究所米国カリフォルニア州サニーベール、所長 山本喜久)と共同で、量子光学的原理に基づいた新しいタイプの計算機「単一光子コヒーレントイジングマシン（CIM）」を提案し、その性能評価を行いました。本成果は、制約付き最適化問題(注１)に定式化される教師なし機械学習の代表的課題に対して、極めて微弱な光（平均1光子/パルス）で高い最適解探索能力を持つことを世界で初めて示したものです。...

大阪大学大学院理学研究科の川室太希助教、立教大学の山田真也准教授、酒井優輔さん（博士後期課程）、理化学研究所の長瀧重博主任研究員、松浦俊司上級研究員、東北大学の山田智史助教らによる研究グループは、欧州宇宙機関(ESA)が運用するX線天文衛星XMM-Newtonがこれまで約24年間にもわたり取得してきた大規模な宇宙のX線変動データから、量子コンピュータと機械学習を組み合わせた量子機械学習モデルを構築し適応することで、113件の異常なエネルギー(X線)放射現象を捉えることに成功しました。近い将来、今以上に宇宙の変化を捉えるために膨大な量の動画データが取得されると考えられています。そこで...

近年、大雨の頻発と激甚化により、全国各地で深刻な被害が生じており、その対策は喫緊の課題となっています。東北大学大学院工学研究科の平賀優介助教の研究チームは、数値気象シミュレーション手法を用いて、線状降水帯がもたらす想定最大規模の雨を推定しました。さらに、同チームが開発した独自の手法により、気候変動の影響で、現在「最大クラス」とされる大雨が、将来さらに激化し、頻度も増す可能性があることを明らかにしました。本成果は、気候変動の影響を踏まえた「想定最大規模降雨」の推定や、現在の治水安全度の見直しに向けた議論の出発点となり、ハザードマップ・治水計画の再検討、防災対策・インフラの更...

東北大学大学院工学研究科の河合宗司教授の研究チームは、スーパーコンピュータ「富岳」成果創出加速プログラム「航空機デジタルフライトが拓く機体開発DXに向けた実証研究」において、次世代の流体解析ソルバーFFVHC-ACEの開発を進めています。このソルバーは、独自の研究成果を基盤とし、これまで難しかった複雑な形状周りの高速・高レイノルズ数流れ（注4）を高精度に解析する能力を持ち、｢富岳｣上で活用することで、世界で初めて、実際の航空機フライト試験を大規模シミュレ...

量子コンピューティングのシステム、ソフトウェア、サービス分野におけるリーダーである D-Wave Quantum Inc.（NYSE: QBTS、以下「D-Wave」または「当社」）と、量子アニーリング技術の研究・応用・教育において世界をリードする国立大学法人 東北大学大学院情報科学研究科（以下「東北大学」）は、日本におけるアニーリング量子コンピューティング技術の導入と実装を加速することを目的とした新たな戦略的パートナーシップを発表しました。このパートナーシップのもと、両者は技術的専門知識およびプロフェッショナルサービスを共同で提供していきます。D-Wave と東北大学は、日本市場...

従来の航空機には、熱硬化性樹脂を用いた熱硬化性CFRP（注６）が広く使用されてきました。この材料は、積層構成を工夫することで所望の力学特性を実現でき、その構成によって破壊挙動が変化することも知られています。一方、近年では、高速成形が可能でリサイクル性にも優れる熱可塑性CFRPに注目が集まっています。しかし、熱可塑性CFRPにおいては、積層構成が破壊機構に与える影響についての理解が十分に進んでおらず、適用に向けた課題となっていました。東北大学大学院工学研究科航空宇宙工学専攻の龍薗一樹助教らのグループは、拡張有限要素法を用いた数値解析と力学試験中の損傷進...

東京大学大学院工学系研究科の佐藤龍平助教と、東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）所長・折茂慎一教授（金属材料研究所 兼務）、李昊教授、ケンブリッジ大学クリス ピッカード教授らによる国際研究チームは、最先端の機械学習を駆使して「スーパーハイドライド」と呼ばれる超高密度水素化物の合成反応を再現することに成功しました。研究チームは、未知の反応経路にも対応可能な高度な機械学習ポテンシャルを第一原理計算に基づいて構築し、カルシウム水素化物（CaH₂）が高温・高圧環境下でカルシウムスーパーハイドライド（CaH₄）へと劇的に変化する過程を分子動力学シミュレーショ...

名古屋市立大学 三浦均准教授、東北大学 中村智樹教授、森田朋代大学院生、渡邉華奈大学院生、中国科学院・立命館大学 土`山明教授、北海道大学 木村勇気教授、宇宙航空研究開発機構 小山千尋研究開発員らの共同研究グループは、小惑星や彗星、隕石などの地球外物質に含まれるミリメートルサイズの球状粒子「コンドリュール」が溶融状態から急冷凝固する過程の数値シミュレーションを行い、特異な形の鉱物「棒状カンラン石」の結晶成長過程を世界で初めて理論的に再現しました。本研究成果により、今後、国際宇宙ステーションにおける微小重力環境下でのコンドリュール再現実験と合わせて、初期太陽系における物質進化過程や惑星形成過程...

東北大学大学院環境科学研究科の小端拓郎准教授らの研究グループは、日本全国1741市町村を対象に、住宅などの屋根上太陽光パネルと電気自動車（EV）を組み合わせて家庭の電力をまかなうシミュレーションを行い、大幅な脱炭素効果を明らかにしました。屋根の有効面積の約70%に太陽光パネルを設置し、EVの車載電池を家庭用蓄電池として活用することで、各地域の電力需要を平均85%まで自給可能になり、CO2排出量を87%削減できると試算しています。特に地方の地域ではほぼ100%に近い自給も可能であり、都市部に比べ格段に高い自給率が達成できることが分かりました。本研究成果は、再生可能エネルギ...

大阪大学大学院理学研究科の髙棹真介助教（研究当時。現：武蔵野美術大学 准教授）、京都大学の細川隆史准教授、東北大学の富田賢吾准教授、国立天文台の岩﨑一成助教らの研究グループは、原始星の内部構造と周囲のガス円盤、さらに磁場の影響も考慮した世界初の大規模3次元シミュレーションに成功しました。これにより、原始星がどのように成長するのかについての理解が大きく進展しました。原始星は、まわりを回転している原始惑星系円盤のガスを食べて成長します。このプロセスは非常に複雑で、シミュレーションによる調査が必須です。しかし、原始星とガス円盤の"境界領域"ではガスの密度や速度などが急激に変化するため、シ...

超大質量ブラックホールの起源は、天文学の長年の謎です。従来の理論では金属を含まない特殊な環境下でのみ形成可能とされ、それらの理論で説明できるブラックホールの数に限界がありました。東北大学大学院理学研究科の鄭昇明特任助教と大向一行教授らは、最新のシミュレーション技術を用いて、金属を含む現実的な宇宙環境でも巨大ブラックホールが形成可能であることを明らかにしました。多くの分裂が起こりながらも、それらが合体することで重いブラックホールが育つという新しい形成メカニズムを示す成果です。さらに金属量が多い場合には星団が形成されることを示し、ブラックホールと球状星団と...

東京大学大学院理学系研究科の安藤亮輔准教授と東北大学災害科学国際研究所の福島洋准教授、東北大学大学院理学研究科の吉田圭佑准教授、産業技術総合研究所の今西和俊副研究部門長による研究チームは、2024年能登半島地震の断層破壊過程が断層の「かたち」に支配されていたことを世界で初めて解明しました。この地震では、既知の海底活断層が滑り半島北岸が隆起しましたが、場所による隆起量の大きな違いや破壊過程中盤での断層滑りの急加速など、複雑な現象が生じた要因は不明でした。地震前の観測データで推定された3次元断層形状とプレートに加わる力の分布を考慮した動的破壊シミュレーション（注 1）を行うことで、断層が大きく屈...

2004年のインド洋大津波から20年が経過したインドネシア・スマトラ島アチェ州州都バンダ・アチェ市では、津波避難ビルなどの整備が進められてきましたが、都市の復興とともに人口分布や避難能力にも変化が生じています。東北大学災害科学国際研究所の村尾修教授らは、20年間の人口変動と津波避難施設の整備状況を踏まえ、津波避難リスクがどの程度軽減されたのかを評価しました。人口データと地理情報を用いて分析した結果、リスクの高い海岸部から安全な地域へと人口が一定程度移動しているものの、依然として市民の約29%が高リスク地域に居住していることが分かりました。さらに、避難シナリオに基づくシミュレーション...

量子コンピュータの基本素子である量子ビットの状態を高速・高精度に読み出すことは、量子情報処理において重要な課題です。特に半導体量子ドットでは、単一電子の電荷状態を検出する技術が量子ビット読み出しの鍵となっています。東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）の篠﨑基矢特任助教と大塚朋廣准教授（電気通信研究所兼務）らの研究グループは、ベイズの定理に基づく逐次的な電荷状態推定手法を開発し、その性能を従来手法の閾値（しきいち）判定と比較しました。本研究では、測定信号のノイズ特性が電荷状態によって異なる条件下で、ベイズ手法が優れた性能を発揮することを確認しました。この方法により、リアルタ...

私たちの健康維持に重要な働きを担う短鎖脂肪酸は、食物繊維が腸内細菌によって分解されることで作られる物質です。この短鎖脂肪酸は、私たちの腸や脂肪組織、膵臓、免疫細胞の細胞膜上に存在する短鎖脂肪酸受容体（FFA2）を介して、代謝や免疫の制御など、様々な生理作用を引き起こします。近年、FFA2は生活習慣病や炎症性腸疾患の治療標的として大きな注目を集めており、すでに複数の治療薬候補化合物が開発され、一部は臨床試験にも進んでいます。しかし、FFA2がどのように短鎖脂肪酸を選択的に認識し、またFFA2を標的とするこれら開発薬がどのようにその機能を制御するのかは不明でした。...

カイメン（海綿動物）は現存する最古の多細胞動物とされており、進化生物学や発生生物学の分野で注目されています。カイメンは固着性の水生生物で、栄養を得るために大量の水を吸い込み、濾過しています。カイメンが数億年生き抜いてこれたのは、水を吸い込み濾過するためのポンプ・フィルタ機能が非常に優れていたからかもしれません。このポンプ機能を担っているのが襟細胞室と呼ばれる球形の構造です。しかし、なぜ球形のポンプに進化してきたのかはよくわかっていませんでした。東北大学、イギリス、フランスの共同研究チームは、襟細胞室の詳細なモデルによる襟細胞室内の流れのシミュレーションと生きたカイメンを用いた観察実...

近年、非共面スピン構造を持つ物質はスピントロニクス研究で重要な位置を占め、有望な次世代材料として大きな期待を集めています。これまで、この分野では実験研究が急速に進む一方で、理論的な解析はまだ簡略化されたモデルに頼っており、物質の個性を反映した実験で得られた経験的なパラメータを使わずに近似的に解く非経験的予測手法の開発が求められていました。しかし一般に非共面スピン構造はサイズが大きく数値シミュレーションに膨大な計算資源が必要であるため、解析が非常に難しくなっていました。東北大学金属材料研究所の陳曉邑助教（理化学研究所創発物性科学研究センター客員研究員）、東京都立大学大学院理学研究科の...

大阪大学大学院理学研究科の髙棹真介助教、久留米大学の國友正信講師、東京大学の鈴木建教授、国立天文台の岩﨑一成助教、東北大学大学院理学研究科の富田賢吾准教授らの研究グループは、ガスを食べて成長中の赤ちゃん星、すなわち原始星の大規模シミュレーションを実施することで、原始星がどんどんと回転の勢いを弱めていく新機構（スピンダウン機構）を発見しました。原始星は回転する原始惑星系円盤のガスを食べることで、回転の勢いを表す「角運動量」を増加させていきます。そのうえ原始星は徐々に半径も縮めていくため、まるでフィギュアスケート選手が腕や脚を縮めて回転の勢いを増していくように、原始星の回転も速くなると...