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論文

Detecting halfmetallic electronic structures of spintronic materials in a magnetic field

藤原 秀紀*; 梅津 理恵*; 黒田 文彬*; 宮脇 淳*; 樫内 利幸*; 西本 幸平*; 永井 浩大*; 関山 明*; 入澤 明典*; 竹田 幸治; et al.

Scientific Reports (Internet), 11(1), p.18654_1 - 18654_9, 2021/09

 被引用回数:0

Band-gap engineering is one of the fundamental techniques in semiconductor technology. To fully utilize the spintronic material, it is essential to optimize the spin-dependent electronic structure in operando conditions by applying the magnetic and/or electric fields. Here we present a new spectroscopic technique to probe the spin-polarized electronic structures by using magnetic circular dichroism (MCD) in resonant inelastic soft X-ray scattering (RIXS) under an external magnetic field. Thanks to the spin-selective dipole-allowed transitions in the RIXS-MCD, we have successfully demonstrated the direct evidence of the perfectly spin-polarized electronic structures for the prototypical halfmetallic Heusller alloy, Co$$_{2}$$MnSi. The RIXS-MCD is a promising tool to probe the spin-dependent carriers and band-gap with element specific way induced in buried magnetic layers under operando conditions.

論文

Insight into Kondo screening in the intermediate-valence compound SmOs$$_4$$Sb$$_{12}$$ uncovered by soft X-ray magnetic circular dichroism

斎藤 祐児; 藤原 秀紀*; 保井 晃*; 門野 利治*; 菅原 仁*; 菊地 大輔*; 佐藤 英行*; 菅 滋正*; 山崎 篤志*; 関山 明*; et al.

Physical Review B, 102(16), p.165152_1 - 165152_8, 2020/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Materials Science, Multidisciplinary)

Through a high-precision soft X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) study of the intermediate-valence compound SmOs$$_4$$Sb$$_{12}$$, we show our successful approach of revealing unprecedented details of Kondo screening below a characteristic temperature of $$ T_{0} sim$$ 20 K in the paramagnetic phase. The multiplet XMCD structure at the Sm $$M_{5}$$ edge sensitive to the 4$$f$$ configuration enabled us to observe a clear difference between the temperature evolution above and below $$T_{0}$$ with one- and two-component behavior, respectively. Our findings are in strong contrast to the conventional Kondo crossover that coincides with the valence transition, but are qualitatively accounted for by theoretical XMCD predictions combined with the two-fluid phenomenology recently proposed. This work contributes to the large context of Kondo physics that is closely related to quantum criticality in heavy fermion systems.

論文

Electronic structure and magnetic properties of the half-metallic ferrimagnet Mn$$_{2}$$VAl probed by soft X-ray spectroscopies

永井 浩大*; 藤原 秀紀*; 荒谷 秀和*; 藤岡 修平*; 右衛門佐 寛*; 中谷 泰博*; 木須 孝幸*; 関山 明*; 黒田 文彬*; 藤井 将*; et al.

Physical Review B, 97(3), p.035143_1 - 035143_8, 2018/01

AA2017-0644.pdf:1.01MB

 被引用回数:13 パーセンタイル:63.24(Materials Science, Multidisciplinary)

フェリ磁性体Mn$$_{2}$$VAl単結晶の電子構造を軟X線吸収磁気円二色性(XMCD)、軟X線共鳴非弾性散乱(RIX)によって調べた。全ての構成元素のXMCD信号を観測した。Mn L$$_{2,3}$$ XMCDの結果は、密度汎関数理論を基にしたスペクトル計算により再現でき、Mn 3$$d$$状態の遍歴的性質が明らかとなった。V L$$_{2,3}$$XMCDの結果はイオンモデル計算によって定性的に説明され、V 3$$d$$電子はかなり局在的である。この描像は、V L$$_{3}$$ RIXSで明らかとなった局所的な$$dd$$遷移と矛盾しない。

論文

Probing strongly correlated 4$$f$$-orbital symmetry of the ground state in Yb compounds by linear dichroism in core-level photoemission

森 健雄*; 北山 賢*; 金井 惟奈*; 内免 翔*; 藤原 秀紀*; 東谷 篤志*; 玉作 賢治*; 田中 新*; 寺嶋 健成*; 今田 真*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 83(12), p.123702_1 - 123702_5, 2014/12

 被引用回数:15 パーセンタイル:71.43(Physics, Multidisciplinary)

正方晶YbRh$$_{2}$$Si$$_{2}$$及びYbCu$$_{2}$$Si$$_{2}$$に対して、角度分解内殻光電子分光における直線偏光線二色性を発見し、それにより、基底状態の強相関4$$f$$軌道の対称性を明らかにした。理論計算から、この線二色性は結晶場効果に由来する異方的な電荷分布を反映することが示された。結晶場の第一励起エネルギーよりもはるかに低温での測定により、両物質の基底状態の4$$f$$波動関数の決定に成功した。更に、温度依存性測定により、励起状態の対称性についても調べた。

論文

Direct $$kappa$$-space mapping of the electronic structure in an oxide-oxide interface

Berner, G.*; Sing, M.*; 藤原 秀紀*; 保井 晃*; 斎藤 祐児; 山崎 篤志*; 西谷 嘉人*; 関山 明*; Pavlenko, N.*; Kopp, T.*; et al.

Physical Review Letters, 110(24), p.247601_1 - 247601_5, 2013/06

 被引用回数:114 パーセンタイル:96.96(Physics, Multidisciplinary)

LaAlO$$_{3}$$とSrTiO$$_{3}$$はともに絶縁体であるが、その界面には2次元的に遍歴する電子が生成される。この界面で見いだされている超伝導と共存する強磁性は、電子の局在性に由来すると考えられている。そして、これまでの実験から、Tiの3$$d$$電子がこの界面に閉じ込められていることが明らかとなっている。今回、軟X線角度分解光電子分光により、運動量空間での界面電子状態を調べ、バンド構造及びフェルミ面の決定に成功し、局在性及び遍歴性の両面を持つことを明らかにした。この界面では動き回るTiの3$$d$$電子に加えて、界面付近のSrTiO$$_{3}$$の酸素欠損につかまって局在したTiの3$$d$$電子も存在するために、後者がこれまでに界面で見つかっている超伝導や強磁性に寄与するという結論が得られた。

論文

Photoemission study of (V$$_{1-x}$$$$M$$$$_{x}$$)$$_{2}$$O$$_{3}$$ ($$M$$=Cr,Ti)

Mo, S.-K.*; Kim, H.-D.*; Denlinger, J. D.*; Allen, J. W.*; Park, J.-H.*; 関山 明*; 山崎 篤志*; 菅 滋正*; 斎藤 祐児; 室 隆桂之*; et al.

Physical Review B, 74(16), p.165101_1 - 165101_12, 2006/10

 被引用回数:44 パーセンタイル:84.54(Materials Science, Multidisciplinary)

(V$$_{1-x}$$$$M$$$$_{x}$$)$$_{2}$$O$$_{3}$$($$M$$=Cr,Ti)の高分解能,バルク敏感光電子スペクトルについて報告する。測定は、常磁性金属相(PM),常磁性絶縁体相(PI),反強磁性絶縁体相(AFI)で行った。PM相では、顕著な準粒子ピークを観測し、局所密度近似による動的平均場理論と全般的には一致した。その準粒子ピークは理論と比べると、著しく幅が広く強度が強い。PI及びAFI相の両方において、価電子スペクトルのV 3$$d$$部分は、単純な一つのピークではない。PI相においては、未だに良い理論的理解はない。PI層からAFI層への転移において、エネルギーギャプのサイズが増加し、ケミカルポテンシャル近傍のスペクトル強度が増える。同じ相で異なった組成での試料に対するスペクトルは、ドープした元素によらず、ドープ量に比例した興味深い単調な変化を示した。Crのドープ量を増やすと、AFI相のギャップが小さくなり、PI層のギャップが大きくなる。

論文

Photoemission spectroscopy and X-ray absorption spectroscopy studies of the superconducting pyrochlore oxide Cd$$_{2}$$Re$$_{2}$$O$$_{7}$$

入澤 明典*; 東谷 篤志*; 笠井 修一*; 笹林 武久*; 重本 明彦*; 関山 明*; 今田 真*; 菅 滋正*; 酒井 宏典; 大野 浩之*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 75(9), p.094701_1 - 094701_5, 2006/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:43.33(Physics, Multidisciplinary)

パイロクロア酸化物超伝導体Cd$$_2$$Re$$_2$$O$$_7$$の光電子放出$$cdot$$X線吸収分光測定を行った。スペクトルの温度変化は、200Kの構造相転移点よりは、120Kの構造相転移点において、電子状態の変化に対応して大きく変化した。構造相転移の意味をRe-O混成軌道の変化に基づいて議論した。

論文

Soft-X-ray high-resolution photoemission study on the valence transitions in YbInCu$$_{4}$$

佐藤 仁*; 吉河 訓太*; 平岡 耕一*; 有田 将司*; 藤本 浩二*; 小島 健一*; 室 隆桂之*; 斎藤 祐児; 関山 明*; 菅 滋正*; et al.

Physical Review B, 69(16), p.165101_1 - 165101_6, 2004/04

 被引用回数:31 パーセンタイル:77.88(Materials Science, Multidisciplinary)

YbInCu$$_{4}$$の価電子帯の電子状態を励起エネルギー800eVを用いた高分解能光電子分光によって調べた。測定温度を50Kから40Kに下げると、42Kの価数転移に伴い、Yb$$^{2+}$$成分は著しく強度が増加し、一方Yb$$^{3+}$$成分の強度は減少した。Ybイオンの価数はこの光電子スペクトルから直接導出され、100Kにおいて約2.81であり、50Kまで徐々に減少し、40Kにおいて約2.68へ急激に変化した。これらの値は、これまでに報告されている検出深さの短い実験と比べて大きく、YbInCu$$_{4}$$の準表面状態の存在を示唆する。また、測定温度を50Kから40Kに下げると、Yb$$^{3+}$$成分の多重項構造が50meV程度高結合エネルギーに移動することが観測された。これは、Ybの4f準位に電子を加えるためのエネルギーの増加を反映していると考えられ、価数転移現象とよく対応する。

論文

Resonant photoemission spectroscopy study of impurity-induced melting in Cr- and Ru-doped Nd$$_{1/2}$$A$$_{1/2}$$MnO$$_{3}$$ (A=Ca,Sr)

Kang, J.-S.*; Kim, J. H.*; 関山 明*; 笠井 修一*; 菅 滋正*; Han, S. W.*; Kim, K. H.*; Choi, E. J.*; 木村 剛*; 室 隆桂之*; et al.

Physical Review B, 68(1), p.012410_1 - 012410_4, 2003/07

A2003-0329.pdf:0.49MB

 被引用回数:20 パーセンタイル:68.29(Materials Science, Multidisciplinary)

非常に希薄にCr及びRuをドープしたNd$$_{1/2}$$A$$_{1/2}$$MnO$$_{3}$$ (NAMO) (A=Ca,Sr)マンガナイトの電子状態をMn及びCrの2p$$rightarrow$$3d共鳴光電子分光を用いて調べた。すべてのCr及びRuをドープしたNAMOシステムにおいてMnのe$$_{g}$$成分による金属的なフェルミ端が観測され、これらのシステムの金属的な性質をよく説明する。t$$_{2g}$$$$^{3}$$配置を取るCrの3d状態は、フェルミエネルギーの下約1.3eVにあり、またCrのe$$_{g}$$状態はフェルミエネルギー近傍のバンド形成には関与していない。Cr及びRuが誘起する強磁性と金属-絶縁体転移は、測定によって得られた電子構造によって理解できる。

論文

Prominent quasiparticle peak in the photoemission spectrum of the metallic phase of V$$_{2}$$O$$_{3}$$

Mo, S.-K.*; Denlinger, J. D.*; Kim, H.-D.*; Park, J.-H.*; Allen, J. W.*; 関山 明*; 山崎 篤志*; 角野 宏治*; 菅 滋正*; 斎藤 祐児; et al.

Physical Review Letters, 90(18), p.186403_1 - 186403_4, 2003/05

A2003-0178.pdf:0.18MB

 被引用回数:134 パーセンタイル:95.62(Physics, Multidisciplinary)

複雑な相図を示すV$$_{2}$$O$$_{3}$$について、その金属相での光電子スペクトルにおいて顕著な準粒子ピークをはじめて観測した。また、この明瞭なピークが温度効果とともに成長することを示すために、局所密度近似と量子モンテカルロシミュレーションを用いた動的平均場理論を組み合わせた新しいスペクトル計算結果を報告する。実験で得られたピーク幅,ウェイトはともに理論より相当大きい。

論文

Bulk-sensitive photoemission spectroscopy of $$A_{2}$$FeMoO$$_{6}$$ double perovskites ($$A$$=Sr, Ba)

Kang, J.-S.*; Kim, J. H.*; 関山 明*; 笠井 修一*; 菅 滋正*; Han, S. W.*; Kim, K. H.*; 室 隆桂之*; 斎藤 祐児; Hwang, C.*; et al.

Physical Review B, 66(11), p.113105_1 - 113105_4, 2002/09

 被引用回数:63 パーセンタイル:90.51(Materials Science, Multidisciplinary)

ダブルペロブスカイト構造をとるSr$$_{2}$$FeMoO$$_{6}$$及びBa$$_{2}$$FeMoO$$_{6}$$の電子状態をFeの2p-3d共鳴光電子分光及びMo 4d光イオン化断面積のクーパーミニマムを利用して調べた。フェルミレベル近傍はMoとFeのt$$_{2g}$$が強く混ざった状態であり、Feは純粋な+3価のイオンでは無いことがわかった。Feの2p$$_{3/2}$$のX線吸収スペクトルはFe$$^{2+}$$とFe$$^{3+}$$混合原子価であることを示し、Sr$$_{2}$$FeMoO$$_{6}$$の方がBa$$_{2}$$FeMoO$$_{6}$$よりもFe$$^{2+}$$成分が多く、二重交換相互作用が有効に働いていることを示唆する。価電子帯の光電子スペクトルは局所スピン密度近似+Uの計算結果とよく一致する。

論文

High-resolution resonance photoemission study of Ce$$MX$$ ($$M$$=Pt, Pd; $$X$$=P, As, Sb)

岩崎 剛之*; 関山 明*; 山崎 篤志*; 岡崎 誠*; 角野 宏治*; 宇都宮 裕*; 今田 真*; 斎藤 祐児; 室 隆桂之*; 松下 智裕*; et al.

Physical Review B, 65(19), p.195109_1 - 195109_9, 2002/05

 被引用回数:23 パーセンタイル:72.01(Materials Science, Multidisciplinary)

低い近藤温度を持つCeMX (M=Pt, Pd; X=P, As, Sb)の Ce 3d-4f共鳴光電子分光を高いエネルギー分解能にて行い、Ce 4d-4f共鳴光電子分光の結果と比較を行った。実験結果は、低い近藤温度の物質においても表面とバルク電子状態が大きく異なることを示した。Ce 4f成分の寄与のない価電子帯スペクトルは、同じ構造をもつLaMXのバンド計算を用いて説明できた。実験で得られたCe 4f成分は、不純物アンダーソンに基づいたNCA(noncrossing approximation)計算によってよく再現でき、表面とバルクのCe 4f電子状態の違いを説明するのにもっと重要な要因がCe 4f準位シフトであることがわかった。さらに、CeMXのCe 4f状は、p-d反結合状態と優先的に混成することがわかった。

論文

Orbital angular momentum and interpretation of core-absorption magnetic circular dichroism on the band picture in Co-based Heusler alloys Co$$_{2}Y$$Sn ($$Y$$=Ti, Zr, and Nb)

山崎 篤志*; 今田 真*; 新井 龍志*; 宇都宮 裕*; 菅 滋正*; 室 隆桂之*; 斎藤 祐児; 鹿又 武*; 石田 尚治*

Physical Review B, 65(10), p.104410_1 - 104410_6, 2002/03

 被引用回数:51 パーセンタイル:87.72(Materials Science, Multidisciplinary)

強磁性ホイスラー合金であるCo$$_{2}$$TiSn,Co$$_{2}$$ZrSn及びCo$$_{2}$$NbSnに対して、軟X線領域の内殻吸収磁気円二色性(XAS-MCD)を測定した。Coの2p-3d XAS-MCDスペクトルで観測された多くのピーク構造は、原子多重項計算よりも、バンド計算によって予想されたCoの3d非占有状態によってうまく説明することができる。MCDスペクトルは、軌道モーメントが磁気モーメントに寄与していることを示している。MCDスペクトル解析から得られた軌道モーメントとスピンモーメントの比は、これらの物質間で二倍以上の違いが有る。この変化のメカニズムを、バンド計算の結果と比較して議論した。

論文

Soft X-ray beamline for spectroscopy of solids at SPring-8

斎藤 祐児; 木村 洋昭*; 鈴木 芳生*; 中谷 健*; 松下 智裕*; 室 隆桂之*; 宮原 恒あき*; 藤澤 正美*; 曽田 一雄*; 上田 茂典*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 467-468(Part.1), p.553 - 556, 2001/07

 被引用回数:23 パーセンタイル:83.66(Instruments & Instrumentation)

SPring-8のBL25SUは、軟X線円偏光放射光を利用し、光電子分光、光吸収磁気円2色性、光電子回折等の手法により、固体の電子状態及び表面原子構造等の高精度測定を行うビームラインである。今回は、200~500eVの光エネルギーでの本ビームラインの性能及び、円偏光アンジュレーターに関する評価結果を報告する。エネルギー分解能は、Ar及びN$$_{2}$$気体の光吸収スペクトルを測定することにより評価し、これまでにほかの放射光施設で得られているスペクトルと同程度以上のものが測定でき、他エネルギー側においても、本ビームラインの高い性能を実証することができた。

論文

Magnetic circular dichroism in the soft X-ray absorption spectra of intercalation compounds Fe$$_{x}$$TiS$$_{2}$$

山崎 篤志*; 今田 真*; 宇都宮 裕*; 室 隆桂之*; 斎藤 祐児; 根岸 寛*; 佐々木 実*; 井上 正*; 菅 滋正*

Physica E, 10(1-3), p.387 - 390, 2001/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:33.67(Nanoscience & Nanotechnology)

インターカレーション化合物Fe$$_{x}$$TiS$$_{2}$$の磁気モーメントの起源を直接調べるため、軟X線磁気円2色性(MCD)スペクトルの測定を行った。Ti 2pスペクトルにおいて明瞭なMCDスペクトルが観測され、Feの3d状態との混成によりTi原子に磁気モーメントが誘起されていることを示唆する。Fe及びTi原子の軌道及びスピン磁気モーメントを磁気総和則を用いて評価を行った。Fe原子の軌道磁気モーメントは、xの増加にともない1原子あたり0.7から0.3$$mu_{B}$$に減少し、Feの3d状態がxの増加とともに遍歴性が増すことを示している。一方、Ti原子の軌道モーメントは1原子あたり0~0.06$$mu_{B}$$と見積もられた。

論文

Magnetic circular dichroism in Mn 2p core absorption of Ga$$_{1-x}$$Mn$$_{x}$$As

上田 茂典*; 今田 真*; 室 隆桂之*; 斎藤 祐児; 菅 滋正*; 松倉 文礼*; 大野 英男*

Physica E, 10(1-3), p.210 - 214, 2001/05

 被引用回数:23 パーセンタイル:74.05(Nanoscience & Nanotechnology)

希薄磁性半導体Ga$$_{1-x}$$Mn$$_{x}$$As(x=0.025)のMn 2p内殻光吸収における磁気円2色性の測定をファラデー配置にて行った。得られたスペクトルを配置間相互作用を考慮したクラスターモデルを用いて解析し、3d電子間のクーロン相互作用,電荷移動エネルギー,Mn 3dとAs 4p間の移動積分,結晶場の大きさといったMn電子状態に関するパラメータの値を得た。また、得られたパラメータ値を用いp-d交換定数を評価した。

論文

High-resolution soft X-ray absorption spectroscopy of solids

斎藤 祐児; 室 隆桂之*; 小嗣 真人*; 岩崎 剛之*; 関山 明*; 今田 真*; 菅 滋正*

Journal of Synchrotron Radiation, 8(Part2), p.339 - 341, 2001/03

高分解能光吸収スペクトルは、固体の電子状態を調べる重要な手段の1つである。SPring-8のBL25SVでは、エネルギー分解能10$$^{4}$$以上において、遷移金属の2p内殻や希土類元素の3d内殻吸収スペクトルを測定することができる。今回は、Ce化合物の3d,SmSの3d光吸収スペクトルについて報告する。Ceの光吸収スペクトルでは、物質により、その形状が大きく変化することが観測された。また、SmSのSm3dスペクトルの温度変化を測定したところ、顕著な形状変化が見いだされた。

論文

Performance of a very high resolution soft X-ray beamline BL25SU with a twin-helical undulator at SPring-8

斎藤 祐児; 木村 洋昭*; 鈴木 芳生*; 中谷 健*; 松下 智裕*; 室 隆桂之*; 宮原 恒あき*; 藤澤 正美*; 曽田 一雄*; 上田 茂典*; et al.

Review of Scientific Instruments, 71(9), p.3254 - 3259, 2000/09

 被引用回数:179 パーセンタイル:99.03(Instruments & Instrumentation)

SPring-8のBL25SUに建設した軟X線ビームラインで得られた、光エネルギーの0.5~1.8keVでの優れた性能について報告する。本ビームラインは、分光器として、非等測線回折格子を用いており、酸素及びネオンの1s吸収端(540及び870eV)において、他施設で得られているよりもはるかに良いエネルギー分解能約15000を得ることに成功した。実験ステーションでは、分解能5000時に、毎秒10$$^{11}$$個の光子を得ることができる。さらに、通常実験の妨げになる高次光の割合は0.1%以下と非常に小さい割合に抑えることができた。

論文

Probing bulk states of correlated electron systems by high-resolution resonance photoemission

関山 明*; 岩崎 剛之*; 松田 京子*; 斎藤 祐児; 大貫 惇睦*; 菅 滋正*

Nature, 403(6768), p.396 - 398, 2000/01

 被引用回数:244 パーセンタイル:99(Multidisciplinary Sciences)

光電子分光は物質に高エネルギーの光を入れた時に出てくる外部光電子のエネルギーを測定することによって、物質の電子状態を調べる手法である。そのために高温超伝導体を初めとして多くの物質で研究が進んでいた。しかし、これまで全世界に普及している装置では、高い光エネルギーでは分解能が足りなかったり、あるいは、低い光エネルギーで分解能は十分発揮できるものの固体の表面しか観測できないというとても大きな制約があり、多くの固体物質では表面と内部(バルク)の電子状態が大きく異なっているために、最も知りたい固体内部の情報が得られないという欠点があった。われわれは、大型放射光施設SPring-8の共用ビームラインBL25SUに整備された世界トップの性能を実現した超高分解能軟X線分光器と高分解能光電子分光実験装置を用いて、CeRu$$_{2}$$Si$$_{2}$$及びCeRu$$_{2}$$の真のバルク電子状態を解明するのに世界で初めて成功した。

論文

Twin helical undulator beamline for soft X-ray spectroscopy at SPring-8

斎藤 祐児; 中谷 健*; 松下 智裕*; 宮原 恒あき*; 藤沢 正美*; 曽田 一雄*; 室隆 桂之*; 上田 茂典*; 原田 英幸*; 関山 明*; et al.

Journal of Synchrotron Radiation, 5, p.542 - 544, 1998/00

 被引用回数:62 パーセンタイル:94.94(Instruments & Instrumentation)

2つの円偏光アンジュレータを利用した軟X線ビームラインの建設を行っている。円偏光アンジュレータは5つのキッカーマグネットを用いて、同じ光軸上に左右円偏光を取り出すことができる。ビームラインは2枚の前置鏡、不等刻線間隔回折格子を用いた定偏角分光器、2枚の後置鏡により構成されており、1500eV以下の光エネルギー領域をカバーする。光線追跡計算の結果、使用するエネルギー領域すべてにおいて、エネルギー分解能10$$^{4}$$以上が得られることがわかった。実験ステーションでは、この高分解能光を用いて、高分解能光電子分光、内殻光吸収磁気円二色性、2次元光電子分光装置の建設も進めている。

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