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Stereodynamical selection of chirality in molecule-surface collisions

Research Project

Project/Area Number 20K21171
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

岡田 美智雄  大阪大学, 放射線科学基盤機構, 教授 (30281116)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 蔡 徳七  大阪大学, 大学院理学研究科, 講師 (20273732)
Dino Wilson  大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (60379146)
Project Period (FY) 2020-07-30 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Keywordsキラリティー選択 / キラル分子-表面相互作用 / 配向分子ビーム
Outline of Research at the Start

キラル分子とキラル表面との相互作用を解明する。キラル表面であるCu(531)R面とCu(531)S面は1枚の板状試料の表裏面として準備出来るため同一条件下での比較実験が可能となる。この表面にキラル分子であるR-およびS-2-ブタノールを低温条件下で吸着させ、吸着状態を調査比較する。また、配向分子ビームを用いてキラリティーの選択性の解明を行う。R-2-ブタノールとS-2-ブタノールを分子ビームとして発生し、Cu(531)R,S面に、表面に衝突する分子配向まで制御して入射する。分子のキラリティーおよび分子配向に依存した相互作用の違いによるキラリティー選択のダイナミクスを解明する。

Outline of Annual Research Achievements

不斉中心を持つキラル分子には鏡像異性体が存在し、両者の物理化学的性質はほぼ等しい。しかし、生体系などでは、鏡像異性体のうち一方のみから構成される という「ホモキラリティー」という重要な問題があり、その起源に大きな興味かがもたれている。本研究では、キラリティーを有する固体表面を用いて、キラルな分子とのわずかな相互作用の違いを増幅検出し、固体表面によるキラル分子の選別の可能性を探ることが目的である。本年度は、キラル分子とキラル表面との相互作用解明についての研究を昨年度に引き続き行った。キラル表面であるCu(531)R面とCu(531)S面は1枚の板状試料の表裏面として準備出来るため同一条件下での比較実験が可能となる。どちらの面がR面であるか、S面であるかを決定するために昨年度に引き続き、低速電子回折(LEED)と走査型トンネル顕微鏡(STM)で清浄表面の観察を行った。昨年度まではLEEDでは鋭い(531)表面の回折スポット像が得られたが、STMではまだR、Sを決定できるほどの原子像は得られていなかった。本年度は色々条件を変えてトライして原子像を得ることに成功し、R、S面を決定した。さらに、この(531)表面にR-およびS-2-ブタノールを吸着させてSTM像を観察し違いを見る実験を行う準備を行なった。また、キラル分子ビームの発生については、昨年度に引き続き、装置の調整を行なった。こちらは研究分担者と一緒に装置の調整並びにシミュレーションを行なった。次年度にキラル分子のビームを発生し量子状態選別できる予定である。別のアプローチとして研究分担者と一緒に、銅合金表面において、酸素分子の回転運動のキラリティー効果を明らかにするため、理論的アプローチを含めて昨年度に引き続き進めた。また、研究分担者が、気相における反応においてもキラリティー効果を解明する研究を前年度に続き進めている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

当初計画では、令和2年度内にキラル表面であるCu(531)R面とCu(531)S面の表面にキラル分子であるR-およびS-2-ブタノールを低温条件下で吸着させ、吸着状態 を低速電子回折(LEED)、昇温脱離法(TDS)、反射赤外吸収分光法(IRAS)により調べ、また令和3年度中に配向分子線による研究を推進する予定であったが、実験装置設置場所の建屋の改修工事終了時期がコロナ禍の影響のため結局2年あまり延期となってしまい、令和3年10月にやっと装置の移設と設置が始まり、その後令和4年4月以降にやっと通電が安定してできるようになり、配向分子ビームが発生できるようになっているものの、予想以上に装置調整に時間がかかっている。本年度も実験可能な走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いた研究を中心に行なった。昨年度までは、LEEDでは鋭い回折パターンが得られているもののSTMではまだ原子像が得られていなかった。本年度は試行錯誤を続けて、原子像を得ることに成功し、(531)表面のRおよびS面を決定できた。ゆっくりと研究は進んでいるものの全体として遅れている。

Strategy for Future Research Activity

実験装置設置場所の建屋の改修工事がコロナ禍で遅れに遅れ、令和3年10月に完了したので、そこから装置を立ち上げて、令和6年3月現在も、装置の調整を鋭意進めている状況である。令和6年度は、引き続き装置の調整を進め、キラル表面であるCu(531)R面とCu(531)S面の表面にキラル分子であるR-およびS-2-ブタノールを低温条件下で吸着させ、吸着状態を低速電子回折(LEED)、昇温脱離法(TDS)、反射赤外吸収分光法(IRAS)により調べる。また、走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いて吸着状態を調査する研究は継続する。STM測定の補助として積極的に、理論計算によるシミュレーションを取り入れて研究計画における効率的な推進を継続する。配向分子ビームを用いた研究の準備として、軌道シミュレーションや気相における反応のキラリティー効果についても継続して進める。

Report

(4 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (59 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (20 results) (of which Int'l Joint Research: 16 results,  Peer Reviewed: 20 results,  Open Access: 16 results) Presentation (35 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 7 results) Book (3 results)

  • [Int'l Joint Research] Sejong University(韓国)

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      Volume: 642 Pages: 158568-158568

    • DOI

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      Volume: 559 Pages: 114081-114081

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      Abbaoui Zakariae、Merzouki Mohammed、Oualdi Imane、Bitari Abdelhamid、Oussaid Abdelouhed、Challioui Allal、Touzani Rachid、Hammouti Belkheir、Agerico Di?o Wilson
    • Journal Title

      Current Research in Toxicology

      Volume: 6 Pages: 100159-100159

    • DOI

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      Tanudji Jeffrey、Aspera Susan M.、Kasai Hideaki、Okada Michio、Ogawa Tetsuo、Nakanishi Hiroshi
    • Journal Title

      e-Journal of Surface Science and Nanotechnology

      Volume: 22 Issue: 1 Pages: 38-45

    • DOI

      10.1380/ejssnt.2023-067

    • ISSN
      1348-0391
    • Year and Date
      2023-10-19
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      Mizutani Hironori、Choi Hyeong-Kyu、Park Jinwoo、Hong Suklyun、Okada Michio
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 8 Issue: 44 Pages: 41548-41557

    • DOI

      10.1021/acsomega.3c05604

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      Chemical Physics

      Volume: 573 Pages: 111999-111999

    • DOI

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      Journal of the Chinese Chemical Society

      Volume: 70 Issue: 6 Pages: 1297-1313

    • DOI

      10.1002/jccs.202300116

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    • Author(s)
      Tsuda Yasutaka、Gueriba Jessiel Siaron、Ueta Hirokazu、Dino Wilson Agerico、Kurahashi Mitsunori、Okada Michio
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      JACS Au

      Volume: 2 Issue: 8 Pages: 1839-1847

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      10.1021/jacsau.2c00156

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      Maehira Ai、Che Dock-Chil、Matsumoto Takuya
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      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 61 Issue: 7 Pages: 075003-075003

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac77cc

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    • Author(s)
      Caglioti Concetta、Nakamura Masaaki、Che Dock-Chil、Tsai Po-Yu、Palazzetti Federico
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      Symmetry

      Volume: 14 Issue: 2 Pages: 317-317

    • DOI

      10.3390/sym14020317

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    • Author(s)
      Kawamata Hiroshi、Che Dock-Chil、Nakamura Masaaki、Kasai Toshio
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      The Journal of Physical Chemistry A

      Volume: 126 Issue: 47 Pages: 8844-8850

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      10.1021/acs.jpca.2c06494

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      Kasai Toshio、Muthiah Balaganesh、Po Xin‐Hui、Yan Chu‐Chun、Lin King‐Chuen、Tanudji Jeffrey、Dino Wilson Agerico
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      Journal of the Chinese Chemical Society

      Volume: 69 Issue: 4 Pages: 630-645

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      10.1002/jccs.202100539

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    • Author(s)
      Yasuda Satoshi、Matsushima Hisayoshi、Harada Kenji、Tanii Risako、Terasawa Tomo-o、Yano Masahiro、Asaoka Hidehito、Gueriba Jessiel Siaron、Dino Wilson Agerico、Fukutani Katsuyuki
    • Journal Title

      ACS Nano

      Volume: 16 Issue: 9 Pages: 14362-14369

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      10.1021/acsnano.2c04655

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    • Author(s)
      Che Dock-Chil、Kawamata Hiroshi、Nakamura Masaaki、Kasai Toshio、Lin King-Chuen
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 24 Issue: 10 Pages: 5914-5920

    • DOI

      10.1039/d1cp05788j

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    • Author(s)
      Okada Michio、Rotenberg Eli、Kevan S D、Schaefer J、Plummer E W
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      Journal of Physics Communications

      Volume: 5 Issue: 7 Pages: 075008-075008

    • DOI

      10.1088/2399-6528/ac1049

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    • Author(s)
      Hayashida Koki、Tsuda Yasutaka、Yamada Takashi、Yoshigoe Akitaka、Okada Michio
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 6 Issue: 40 Pages: 26814-26820

    • DOI

      10.1021/acsomega.1c04663

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    • Author(s)
      Gueriba Jessiel Siaron、Salehuddin Nur Ellina Annisa、Dino Wilson Agerico、Washika Kiminori、Nakamura Hiroshi、Kawafuchi Tatsumi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Issue: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-021-00952-w

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    • Author(s)
      Arrousse Nadia、Salim Rajae、Abdellaoui Abdelfattah、Hajjaji Fadoua El、Hammouti Belkheir、Mabrouk El Houssine、Dino Wilson Agerico、Taleb Mustapha
    • Journal Title

      Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers

      Volume: 120 Pages: 344-359

    • DOI

      10.1016/j.jtice.2021.03.026

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    • Author(s)
      Y. Tsuda, J. S. Gueriba, T. Makino, W. A. Dino, A. Yoshigoe, M. Okada
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 3906-3906

    • DOI

      10.1038/s41598-021-82180-w

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    • Author(s)
      Siaron Gueriba Jessiel、Buntimil Arboleda Jr. Nelson、Agerico Dino Wilson
    • Journal Title

      e-Journal of Surface Science and Nanotechnology

      Volume: 18 Issue: 0 Pages: 307-311

    • DOI

      10.1380/ejssnt.2020.307

    • NAID

      130007961170

    • ISSN
      1348-0391
    • Year and Date
      2020-12-25
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Adsorption of Iodine on Au(111) surface: coverage effect2022

    • Author(s)
      Jeffrey Tanudji, Hideaki Kasai, Michio Okada, Tetsuo Ogawa, Susan Menez Aspera, and Hiroshi Nakanishi
    • Organizer
      The 22nd International Vacuum Congress IVC-22
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Comparison of Astatine and Iodine adsorption on Au(111) surface2022

    • Author(s)
      Jeffrey Tanudji, Hideaki Kasai, Michio Okada, Tetsuo Ogawa, Susan Menez Aspera, and Hiroshi Nakanishi
    • Organizer
      The 22nd International Vacuum Congress IVC-22
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] グラファイト表面上の芳香族炭化水素超薄膜のナノスケール構造・電子状態・発光特性2022

    • Author(s)
      村瀬菜摘, 野島周人, 林田紘輝, 加藤浩之, 岡田美智雄, 赤井恵, 金大貴, 渋田昌弘, 山田剛司
    • Organizer
      表面・界面スペクトロスコピー 2022
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] グラファイト表面上の芳香族炭化水素超薄膜のナノスケール構造と電子特性2022

    • Author(s)
      村瀬菜摘, 野島周人, 林田紘輝, 加藤浩之, 岡田美智雄, 赤井恵, 金大貴, 渋田昌弘, 山田剛司
    • Organizer
      第16回分子科学討論会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 機能性アルカンチオール自己組織化単分子膜における官能基の反応とイオン化2022

    • Author(s)
      棟安 陸, 室山 瑞穂, 小早川 なの, 津田 泰孝, 坂本 徹哉, 渡部 誠也, 山田剛司, 赤井恵, 岡田美智雄, 吉越 章隆, 加藤浩之
    • Organizer
      第16回分子科学討論会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Photofragment imaging of oriented 1-chloro-2-iodo-1,1,2-trifluoroethane (CClF2CHFI) correlated with laser polarization2022

    • Author(s)
      KAWAMATA Hiroshi, CHE Dock-Chil, NAKAMURA Masaaki, KASAI Toshio, LIN King-Chuen
    • Organizer
      第37回化学反応討論会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Langmuir-Brodgett法による導電性高分子薄膜の形成2022

    • Author(s)
      村野 佑馬、蔡 徳七、大山 浩、松本 卓也
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Nuclear Spin Conversion of Molecularly Chemisorbed H2 on Pd(210)2022

    • Author(s)
      Elvis F. Arguelles, Koji Shimizu, Katsuyuki Fukutani, Hideaki Kasai, Wilson Agerico Dino
    • Organizer
      IVC-22, The 22nd International Vacuum Congress
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Defluorination and adsorption of tetrafluoroethylene (TFE) on TiO2(110) and Cr2O3(0001)2022

    • Author(s)
      Jessiel Siaron Gueriba, Nur Ellina Annisa Salehuddin, Wilson Agerico Dino, Kiminori Washika, Hiroshi Nakamura, Tatsumi Kawafuchi
    • Organizer
      FMS 2022, Phu Quoc, Vietnam, The 6th International Symposium on Frontiers in Materials Science
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Defluorination and adsorption of tetrafluoroethylene (TFE) on TiO2(110) and Cr2O3(0001)2022

    • Author(s)
      Jessiel Siaron Gueriba, Nur Ellina Annisa Salehuddin, Wilson Agerico Dino, Kiminori Washika, Hiroshi Nakamura, Tatsumi Kawafuchi
    • Organizer
      32nd MRS-J Annual Meeting, Symposium B: Creation and characterization of advanced materials through computer simulations
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Adsorption State of Iodine on Gold (111) Surface2022

    • Author(s)
      Jeffrey Tanudji, Hideaki Kasai, Michio Okada, Tetsuo Ogawa, Susan Menez Aspera, Hiroshi Nakanishi
    • Organizer
      応用物理学会第69回春季学術講演会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 金(111)表面におけるアスタチンの吸着状態II 被覆率依存性2022

    • Author(s)
      ジェフリー タヌジ, 笠井秀明, 岡田美智雄, 小川哲生, スーサン メニエネス アスペラ, 中西寛
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Adsorption State of Iodine on Gold (111) Surface2022

    • Author(s)
      Jeffrey Tanudji, Hideaki Kasai, Michio Okada, Tetsuo Ogawa, Susan Menez Aspera, Hiroshi Nakanishi
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] グラファイト表面上の芳香族炭化水素のナノスケール構造2021

    • Author(s)
      村瀬 菜摘,林田 紘輝,山田 剛司,加藤 浩之,岡田 美智雄,赤井 恵
    • Organizer
      第15回分子科学討論会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Au(111)表面におけるAtの吸着状態2021

    • Author(s)
      笠井秀明, 岡田美智雄, 小川哲生, スーサン メネス アスペラ, 中西寛
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 機能性自己組織化単分子膜の化学反応とイオン生成: 表面における無溶媒イオンの安定化2021

    • Author(s)
      加藤浩之, 棟安陸, 津田泰孝, 坂本徹哉, 山田剛司, 赤井恵, 岡田美智雄, 吉越章隆
    • Organizer
      表面・界面スペクトロスコピー2021
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Surface as a Playground for Exploring Physical Phenomena and a Foundation for Realizing Designer Materials: Hydrogen-Surface Reaction, a Case Study2021

    • Author(s)
      Wilson Agerico DINO
    • Organizer
      第31回日本MRS年次大会
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      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Surface as a Playground for Exploring Physical Phenomena and a Foundation for Realizing Designer Materials: Hydrogen-Surface Reaction, a Case Study2021

    • Author(s)
      Wilson Agerico DINO
    • Organizer
      ICRLP 2021, The 4th (Virtual) International Conference on Research and Learning of Physics, Flexibility and Innovation on Physics and Physics Education Research During a New Normal and Society 5.0 Era
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Photofragment imaging of oriented isohaloethane (CBrF2CHClF) correlated with laser polarization2021

    • Author(s)
      川俣大志, 蔡徳七, 中村雅明, 笠井俊夫, 林金全
    • Organizer
      第36回化学反応討論会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 超音速酸素分子ビームによるCu合金系表面の酸化物生成過程2020

    • Author(s)
      岡田美智雄
    • Organizer
      JAEA物質科学研究センターシンポジウム2020
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Book] Chemical Reaction Kinetics and Dynamics Re-Considered: Exploring Quantum Stereodynamics;From Line to Plane Reaction Pathways and Concerted Interactions, in Quantum Science2022

    • Author(s)
      Toshio Kasai, King-Chuen Lin, Po-Yu Tsai, Masaaki Nakamura, Dock-Chil CHE, Federico Palazzetti and Balaganesh Muthiah
    • Total Pages
      90
    • Publisher
      Springer
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Book] State Resolved Sticking Probability in Gas-Surface Interaction, in Springer Handbook of Surface Science2020

    • Author(s)
      Luca Vattuone, Michio Okada
    • Publisher
      Springer
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Book] Space - and - speed Slice Imaging of Molecular Photodissociation: Stereodirectionality and Chirality, in Vol. 1, Rendiconti dell’Accademia Nazionale delle Scienze detta dei XL2020

    • Author(s)
      F. PALAZZETTI, A. LOMBARDI, M. NAKAMURA, P.-Y TSAI, D.-C. CHE, T. KASAI, K.-C. LIN, V. AQUILANTI
    • Publisher
      Accademia Nazionale delle Scienze detta dei XL
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-08-03   Modified: 2024-12-25  

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