光誘導水解離におけるルチル二酸化チタン表面の電子と原子核の動力学研究 研究背景と動機 光触媒による水分解は光触媒技術の重要な応用の一つであり、二酸化チタン（TiO₂）はその有望な材料です。二酸化チタンは光触媒水分解において優れた性能を示していますが、その光誘導水解の微視的メカニズムは完全には解明されていません。本研究では、第一原理動的シミュレーションを用いて、典型的な水-ルチルTiO₂(110)界面上での光生成キャリアの伝送経路および光誘導水解プロセスを解析しました。この研究は光触媒表面反応の理解に重要な洞察を提供するだけでなく、光触媒性能の向上にも新たな可能性をもたらすかもしれません。 研究の出典と著者紹介 本研究は、北京凝縮態物理国家重点実験室および中国科学院物理研究所のYou Peiw...
電場誘導多鉄性トポロジカルソリトンがBiFeO3薄膜で研究 学術背景 トポロジーに保護された磁気構造は、磁性材料においてトポロジー情報技術の強力なツールとして予測されています。しかし、反強磁性材料は磁場に対する感受性が低いため、将来の磁気ソリトン技術は反強磁性材料に依存する可能性が高いです。最近、複雑なトポロジーオブジェクトが固有の反強磁性体で発見されましたが、それらの成核、安定化、制御をエネルギー効率良く行う方法の探索は依然として大きな挑戦です。磁電結合の反強磁性多鉄性材料でトポロジカルな極化状態を設計することにより、電場を用いて反強磁性トポロジー構造を書き込み、検出し、消去することが可能になります。 論文の出典 この論文は「Electric-field-induced multiferr...
剛性 Dion–Jacobson 型二次元ペロブスカイトにおける励起子ポラロン形成と高キャリア緩和の研究報告 二次元有機-無機ハイブリッドペロブスカイト（HOIPs）は、その強く制限された励起子状態と二次元層状構造による誘電シールド効果の減少によって、発光デバイス、光検出器、光伏、量子エミッタなどの応用において大きな可能性を持つため、広く注目されています。しかし、この材料の効率において、電子と格子の動力学間の複雑な相互作用が重要な役割を果たします。特に、励起子-フォノン相互作用の機能的な役割は依然として疑問が残っています。本論文は、超速分光学と電子構造計算を組み合わせて、これらの材料における励起子の強いポラロン特性及びそれが高キャリア冷却挙動とどのように関連しているかを明らかにすることを意図...
リチウムイオン電池の正極材料の構造変化に関する動的および熱力学的研究 学術的背景と研究動機 リチウムイオン電池は、現代の携帯電子機器や電気自動車の重要な動力源であり、従来は層状のLiCoO2正極材料が使用されてきました。しかし、持続的な高エネルギー密度の要求により、科学者たちは新しい高エネルギー密度電極を探求しています。リチウム富化酸化物正極材料（例：Li1.2Mn0.8O2）は、サイクリング中に遷移金属イオンと酸化還元反応の両方を利用できるため、従来の正極材料より高いエネルギー密度を提供します。しかし、これらの材料はサイクリング中にしばしば構造変化を伴い、エネルギー密度に大きく影響を与えます。これらの構造変化と酸化還元挙動との関係を理解することが、リチウム富化正極材料の改良に向けた主要な課...
近年、燃料電池は、クリーン且つ再生可能なエネルギー技術として広く注目されています。しかし、燃料電池の広範な応用は、酸素還元反応（ORR）電触媒の安定性問題に直面しています。化学的に秩序構造を持つL10-PTM金属間ナノ結晶（INCs）は、低い形成エネルギー（例：秩序化L10-PTFEの原子形成エネルギーは約-0.232 eV）と高い結合エネルギーにより、無秩序のA1-PTMよりも高い安定性を示し、燃料電池分野で非常に有望な電触媒の一つです。しかし、このような秩序構造を実現するために必要な高温アニール処理（通常>600°C）が深刻な粒子の焼結、形態変化、およびその秩序度の低下を引き起こし、この電触媒の量産を困難にし、燃料電池の実際の応用を制限しています。 研究背景と動機 上述の問題を解決するた...
液晶ウイルスにおけるキラリティー伝達の研究 キラリティー（chirality）は自然界に広く存在する現象であり、生物学、化学、物理学、材料科学など多くの分野で重要な影響を与えています。しかし、ナノスケールの構成要素からマクロな螺旋構造へのキラリティー伝達のメカニズムは依然として未解明のままです。本研究では、細長いウイルスがキラリティー液晶相において自己組織化する過程を調査し、キラリティー伝達の鍵となるメカニズムを明らかにしました。著者は、電荷表面モードとウイルスの主鎖の螺旋変形がどのように相互作用し、ウイルス液晶相の螺旋構造を形成するのかを詳細に探求しました。 研究背景 液晶相におけるキラリティー伝達は、多くの分野で重要です。例えば、不対称炭素原子を持つキラル分子から有序螺旋超構造やキラルブ...
脂質ナノ粒子-mRNA製剤を使用してROSを除去し糖尿病創傷の治癒を促進する 糖尿病患者によく見られる合併症の一つである糖尿病創傷は、発症率と再発率が高く、世界経済に大きな損害をもたらしています。現存する治療法には、創傷負荷減少療法や成長因子療法などがあり、臨床試験では治癒時間の短縮を示していますが、これらの広範な応用はコストや潜在的な副作用によって制限されています。したがって、より効果的で安全かつ便利な糖尿病創傷管理方法の開発が急務です。 複雑な創傷微小環境における治療の課題は、主に反応性酸素種（reactive oxygen species, ROS）の制御不能な蓄積と持続的な炎症から来ています。この病理学的微小環境は過度な酸化ストレスと虚血性新生血管形成を引き起こし、その結果、創傷の治...
この研究はタンパク質アルギニンメチル化酵素PRMT9に焦点を当て、急性骨髄性白血病(AML)におけるその重要な役割と潜在的な抗がん標的であることを明らかにしました。研究者らは、PRMT9がAML幹細胞及び白血病細胞で著しく高発現していることを発見しました。遺伝子編集と化学プローブを用いた実験により、PRMT9の阻害は癌細胞の生存を抑え、DNA損傷と細胞周期停止を誘導し、細胞内のcGAS-STINGシグナル経路を活性化することで、I型インターフェロン応答を引き起こし、樹状細胞を活性化してT細胞免疫を刺激することが分かりました。 本研究はジョンズホプキンス大学のLing Li博士とその共同研究者によって行われ、その成果は2024年4月発行の「ネイチャー・キャンサー」誌に掲載されました。 研究の詳...
原子間相互作用力の幾何強化事前トレーニング はじめに 分子動力学(MD)シミュレーションは、物理学、化学、生物学、材料科学などの分野で重要な役割を果たし、原子レベルのプロセスの洞察を提供しています。MDシミュレーションの精度と効率は、分子系の原子間相互作用を記述する原子間ポテンシャル関数に依存しています。古典的MDでは経験式を使用し、パラメータを当てはめる必要がありますが、計算コストは低いものの精度が不十分です。一方、第一原理MDでは、シュレーディンガー方程式を解くことで精密な相互作用を得ることができますが、計算量が非常に大きくなります。そこで、機械学習による原子間ポテンシャル(MLIPs)が、第一原理計算から得られるエネルギーと力をフィッティングすることで、ab initio精度に近づきつ...
早期の医薬品発見に従事する研究者は、およそ10の60乗の可能な分子構造の中から、薬理活性を持つ候補分子を見つけるという大きな課題に直面しています。この問題を解決する1つの有効な方法は、より小さな「フラグメント」分子から始めることで、この戦略はフラグメントベースの医薬品設計(FBDD)と呼ばれています。FBDDプロセスでは、まず計算機を使ってターゲットタンパク質の結合ポケットに結合するフラグメントを選別し、次にそれらのフラグメントを1つの化合物に接続します。フラグメントを接続する際には、フラグメントの幾何学的な構造とタンパク質ポケットの構造を考慮して、高い親和性を持つ潜在的な医薬品分子を設計する必要があります。 この論文では、DiffLinkerという新しいリンカー(linker)分子設計手法...