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ハーフメタル型ホイスラー合金の電子構造制御機構の解明

Research Project

Project/Area Number 22K03527
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

藤原 秀紀  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (00397746)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywordsスピントロニクス / ハーフメタル / ホイスラー合金 / 放射光 / 電子状態 / 新分光法開発 / スピン偏極電子状態 / 光電子分光 / X線吸収分光
Outline of Research at the Start

Co 基ホイスラー合金(Co2MnSi、Co2MnGe、Co2FeSi 等)や Mn 基ホイスラー合金(Mn2VAl 等)の純良単結晶試料、および不規則合金に対して、高輝度放射光を利用した共鳴非弾性X線散乱、軟X線角度分解光電子分光、X線吸収磁気円二色性による複合研究を行う。電子構造と磁気秩序構造の詳細を明らかにすることにより、ハーフメタル型ホイスラー合金のスピン偏極電子構造と物性制御機構を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は硬X線光電子分光、軟X線吸収分光、共鳴非弾性X線散乱等の様々な放射光分光測定を駆使することにより、ハーフメタル型電子構造を有するCo及びMn基フルホイスラー合金のスピン偏極電子構造の詳細を明らかにすることを目的としている。特にトンネル磁気抵抗(TMR)素子の性能が室温において大きく減ずる理由についての知見を得ることを最終的な目標としている。

これまで特にフェリ磁性体Mn2VAlに着目し、磁場印加状態における内殻準位のスピン偏極を利用して、磁場中における硬X線光電子分光の測定手法の開発を重点的に行い、明瞭な磁気円二色性を再現性良く測定することに成功した。さらに、これらのMCD信号が磁場反転に対する符号反転の確認に成功し、本質的なスピン偏極状態を反映したスペクトルであることを検証した。また、直接的に価電子帯電子構造の詳細を調べるべく、軟X線角度分解光電子分光(ARPES)により、ARPESで得られた三次元フェルミ面マッピングに明瞭な円偏光依存性を見出した(国内学会2件)。以上に加え、ハーフメタル 型ホイスラー合金Co2MnSiの2p吸収スペクトルに現れる広域X線吸収微細構造(EXAFS)に磁気円二色性(MEXAFS)の成果、及び、Co2MnSiとMn2VAlに対する共鳴非弾性軟X線散乱の結果について国際会議において発表を行なった(国際会議招待講演1件、国際会議発表2件)。

さらに、上記のHAXPES、ARPES、及びX線吸収スペクトルの偏光変更依存性測定技術を強相関希土類化合物に適用することにより、非従来型超伝導体CeNi2Ge2のCe4f電子構造の基底状態の対称性の決定および異方的混成効果の起源について明らかにした(論文2件、プレスリリース1件)

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

HAXPES-MCDについては大きな進展があり、実証実験を積み重ねて磁場反転にも成功し、本質的な実験スペクトルの計測に成功し、実験技術を確立することに成功した。この技術はスピントロニクス材料研究のみならず、希土類や酸化物等の強相関電子系においても利用できると考えられるため、高い波及効果が期待できる。

一方、軟X線ARPESについては当初予期していなかった装置の不調により、残念ながら予定より進捗が遅れている。昨年度の放射光施設のビームラインの不調は、現在は光源装置の更新により高度化され、より高いフラックス、集光条件で実験が可能となったが、不運なことに光電子分析器の不調が判明し、現時点では高精度のARPES測定が困難な状況にある。これまで高精度測定に向けた予備実験を定期的に実施することにより実験技術は着実に蓄積されているため、装置的な問題が解決した暁には重点的に実験を推進する予定である。また、磁気EXAFSについても放射光施設の挿入光源の不調により現在実験が不可能であり、尚且つ復旧の目処も立っていない状況にある。しかしながら、既に測定を終えている高精度の実験結果を用いて理論研究グループとの共同研究を推進中である。国際会議において発表を行う等、計画よりやや遅れがあるものの着実な進展がある。

以上を総合すると、研究計画の進捗は、不慮のやむ終えない事情が重なり、やや遅れている状況にあると言える。

Strategy for Future Research Activity

Co基ホイスラー合金のスピン偏極電子構造を系統的に測定するべく、RIXS-MCDの測定を中心に実験を遂行する。特にHAXPES-MCDについては、これまで確立した実験技術をさらに発展させ、磁場印加方向の制御や温度変化測定を実施することにより、ハーフメタル型ホイスラー合金で問題となっているスピン偏極度の温度変化の起源についての知見を得ることを目指し、研究を遂行する。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (61 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 4 results) Presentation (51 results) (of which Int'l Joint Research: 13 results,  Invited: 4 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Investigation of deterministic and cumulative nature in helicity-dependent optical switching of ferrimagnetic Gd-Fe-Co films2024

    • Author(s)
      Ohkochi Takuo、Takahashi Ryunosuke、Fujiwara Hidenori、Takahashi Hirokazu、Adam Roman、Parlak Umut、Yamamoto Kohei、Osawa Hitoshi、Kotsugi Masato、Tsukamoto Arata、Wadati Hiroki、Sekiyama Akira、Schneider Claus M.、Tsunoda Masakiyo、Suga Shigemasa、Kinoshita Toyohiko
    • Journal Title

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials

      Volume: 593 Pages: 171854-171854

    • DOI

      10.1016/j.jmmm.2024.171854

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    • Author(s)
      Yamasaki A.、Oguni T.、Hayashida T.、Miyazaki K.、Tanaka N.、Nakagawa K.、Tamura K.、Mimura K.、Kawamura N.、Fujiwara H.、Nozue G.、Ose A.、Kanai-Nakata Y.、Higashiya A.、Hamamoto S.、Tamasaku K.、Yabashi M.、Ishikawa T.、Imada S.、Sekiyama A.、Sakata H.、Demura S.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 109 Issue: 4

    • DOI

      10.1103/physrevb.109.045131

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Polarization Dependence of Soft X-ray Absorption Spectroscopy on the Heavy Fermion Superconductor CeN2Ge22023

    • Author(s)
      Fujiwara H.、Nakatani Y.、Aratani H.、Kanai-Nakata Y.、Yamagami K.、Hamamoto S.、Kiss T.、Sekiyama A.、Tanaka A.、Ebihara T.、Saitoh Y.
    • Journal Title

      New Physics: Sae Mulli

      Volume: 73 Issue: 12 Pages: 1062-1066

    • DOI

      10.3938/npsm.73.1062

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  • [Journal Article] Localized Ce 4f Electronic States in a Au-Ga-Ce Quasicrystal Approximant Probed by Soft X-ray Absorption and Photoemission Spectroscopies2023

    • Author(s)
      Nozue Goro、Fujiwara Hidenori、Hamamoto Satoru、Kiss Takayuki、Tsutsumi Miwa、Oura Masaki、Ishikawa Tetsuya、Motouri Azusa、Suzuki Shintaro、Tamura Ryuji、Sekiyama Akira
    • Journal Title

      New Physics: Sae Mulli

      Volume: 73 Issue: 12 Pages: 1058-1061

    • DOI

      10.3938/npsm.73.1058

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      Fujiwara H.、Nakatani Y.、Aratani H.、Kanai-Nakata Y.、Yamagami K.、Hamamoto S.、Kiss T.、Yamasaki A.、Higashiya A.、Imada S.、Tanaka A.、Tamasaku K.、Yabashi M.、Ishikawa T.、Yasui A.、Yamagami H.、Miyawaki J.、Miyake A.、Ebihara T.、Saitoh Y.、Sekiyama A.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Issue: 16

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.165121

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    • Author(s)
      Abozeed Amina A.、Gorbunov Denis I.、Kadono Toshiharu、Kanai-Nakata Yuina、Yamagami Kohei、Fujiwara Hidenori、Sekiyama Akira、Higashiya Atsushi、Yamasaki Atsushi、Tamasaku Kenji、Yabashi Makina、Ishikawa Tetsuya、Wada Hirofumi、Andreev Alexander V.、Imada Shin
    • Journal Title

      Physica B: Condensed Matter

      Volume: 649 Pages: 414465-414465

    • DOI

      10.1016/j.physb.2022.414465

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    • Author(s)
      K. Kuga, M. Matsunami, H. Fujiwara, G. Nozue, A. Ose, A. Sekiyama, A. Yasui, S. Hamamoto, M. Oura, T. Takeuchi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 62 Issue: SD Pages: SD1014-SD1014

    • DOI

      10.35848/1347-4065/aca911

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    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ハーフメタル型ホイスラー合金Mn2VAlの軟X線角度分解光電子分光2024

    • Author(s)
      堤美和、藤原 秀紀、野末 悟郎、?本 諭、臼井 大智、今田 真、 久我 健太郎、木須 孝幸、大浦 正樹、梅津 理恵、関山 明
    • Organizer
      第37回日本放射光学会年会・放射光科学合 同シンポジウム
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    • Author(s)
      野末悟郎、藤原秀紀、堤美和、榎本彬人、鳥井優杜、中島将、阪口真衣、木須孝幸、保井晃、石川明日香、Farid Labib、山本貴史、田村 隆治、関山 明
    • Organizer
      第37回日本放射光学会年会・放射光科学合 同シンポジウム
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  • [Presentation] レーザー角度分解光電子分光を用いた有機超伝導体κ -(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2の超伝導ギャッ プ観測研究2024

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      水上昂紀、臼井洗佑、青山哲大、永吉祐輔、祖利目和明、右衛門佐寛、藤原 秀紀、関山 明、宮川 和也、鹿野田 一司、木須 孝幸
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      第37回日本放射光学会年会・放射光科学合 同シンポジウム
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      臼井洸佑、水上昂紀、青山哲太、藤原秀紀、関山明、Puspita Sari Dita、渡辺 功雄、石井 康之、木須 孝幸
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      第37回日本放射光学会年会・放射光科学合 同シンポジウム
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    • Author(s)
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    • Organizer
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    • Author(s)
      H. Fujiwara, J. Kogo, R. Kasahara, T. H. Nishioka, N. Fujimoto, K. Nagai, A. Sekiyama, K. Sumida, Y. Takeda, Y. Saitoh, R. Y. Umetsu, K. Niki
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      H. Fujiwara, Y. Nakatani, H. Aratani, Y. Kanai-Nakata, K. Yamagami, S. Hamamoto, T. Kiss, A. Yamasaki, A. Higashiya, S. Imada, A. Tanaka, K. Tamasaku, M. Yabashi, T. Ishikawa, A. Yasui, H. Yamagami, J. Miyawaki, A. Miyake, T. Ebihara, Y. Saitoh, A. Sekiyama
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      G. Nozue, A. Ose, M. Tsutsumi, H. Fujiwara, T. Kiss, S. Hamamoto, M. Oura, K. Tamasaku, M. Yabashi, T. Ishikawa, A. Higashiya, A. Yamasaki, S. Imada, A. Motouri, F. Labib, S. Suzuki, R. Tamura, A. Sekiyama
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  • [Presentation] 軟X線角度分解光電子分光によるハーフメタル型ホイスラー合金Mn2VAlの電子構造の観測2023

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    • Organizer
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  • [Presentation] 強磁性体Au-Al-Gd近似結晶に対する内殻・価電子帯光電子分光2023

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      野末悟郎, 尾瀬朱音, 堤美和, 藤原秀紀, 木須孝幸, 濵本諭, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 東谷篤志, 山崎篤志, 今田真, Farid Labib, 鈴木慎太郎, 田村隆治, 関山明
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      日本物理学会 2023年春季大会
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      久我健太郎, 西岡拓真, 姫野良介, 藤原秀紀, 野末悟郎, 尾瀬朱音, 鳥井優杜, 濱本諭, 笠原理加, 西本幸平, 木須孝幸, 関山明, 保井晃, 雀部矩正, 河村直己, 池永英司, 水牧仁一朗, 筒井智嗣, 三村功次郎, 松波雅治, 竹内恒博
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      尾瀬朱音, 濵本諭, 樫内利幸, 野末悟郎, 鳥井 優杜, 榎本彬人, 堤美和, 藤原秀紀, 中田惟奈, 今田真, 山崎篤志, 東谷篤志, 玉作賢治, 木須孝幸, 矢橋牧名, 石川哲也, 三宅厚志, 田中新, 海老原孝雄, 関山明
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  • [Presentation] フェリ磁性GdFeCoにおける単純/蓄積的な光誘起偏光依存磁化反転2023

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      大河内拓雄,高橋龍之介, 藤原秀紀, 高橋宏和, Roman Adam, Umut Parlak, 山本航平, 大沢仁志, 小嗣真人, 塚本新, 和達大樹, 関山明, Claus M. Schneider, 角田匡清, 菅滋正, 木下豊彦
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  • [Presentation] 硬X線内殻・軟X線3d-4f共鳴光電子分光による強相関Au-Ga-CeおよびCd-Ce近似結晶の電子状態研究2023

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      野末悟郎, 堤美和, 尾瀬朱音, 藤原秀紀, 木須孝幸, 濵本諭, 大浦正樹, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 東谷篤志, 山崎篤志, 今田真, Farid Labib, 元売明瑞紗, 鈴木慎太郎, 田村隆治, 関山明
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      第36回日本放射光学会年会・放射光科学合 同シンポジウム
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  • [Presentation] 角度分解光電子分光を用いたNiMnSbの電子状態研究2023

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      第36回日本放射光学会年会・放射光科学合 同シンポジウム
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  • [Presentation] 共鳴硬X線光電子分光を用いた価数搖動系物質CeTIn5 (T=Co, Rh, Ir)の電子構造研究2023

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      西岡拓真, 藤原秀紀, 姫野良介, 笠原理加, 野末悟郎, 尾瀬朱音, 濱本諭, 久我健太郎, 保井晃, 雀部矩正, 河村直己, 水牧仁一朗, 筒井智嗣, 池永英司, 三村功次郎, 関山明
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      第36回日本放射光学会年会・放射光科学合 同シンポジウム
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  • [Presentation] 硬X線光電子分光によるCo2NbSnの電子状態研究2023

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      島田祐希, 臼井大智, 宮崎徹也, Chen Yuchen, 浅井祥太, 島本将徳, 野末悟郎, 橋爪快人, 尾瀬朱音, 堤美和, 宮崎栞司, 村上友梨, 田中菜摘, 中田惟奈, 藤原秀紀, 濱本諭, 東谷篤志, 山崎篤志, 関山明, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 許皛, 貝沼亮介, 鹿又武, 今田真
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      第36回日本放射光学会年会・放射光科学合 同シンポジウム
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  • [Presentation] 価数揺動物質YbNi2Ge2の内殻硬X線光電子線二色性による遍歴・局在4f電子状態温度変化の観測2023

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      尾瀬朱音, 濵本諭, 樫内利幸, 野末悟郎, 藤原秀紀, 中田惟奈, 今田真, 山崎篤志, 東谷篤志, 玉作賢治, 木須孝幸, 矢橋牧名, 石川哲也, 田中新, 海老原孝雄, 関山明
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      第36回日本放射光学会年会・放射光科学合 同シンポジウム
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  • [Presentation] SPring-8における硬X線光電子顕微鏡観察の試み2023

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  • [Presentation] 内殻・価電子帯光電子分光による強磁性体Au-Al-Gd近似結晶の電子状態研究2023

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      野末悟郎, 尾瀬朱音, 堤美和, 榎本彬人, 藤原秀紀, 木須孝幸, 濵本諭, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 東谷篤志, 山崎篤志, 今田真, Farid Labib, 鈴木慎太郎, 田村隆治, 関山明
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      第27回準結晶研究会
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      H. Fujiwara
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      堤美和, 藤原秀紀, 野末悟郎, 濵本諭, 臼井大智, 今田真, 久我健太郎, 木須孝幸, 大浦正樹, 梅津理恵, 関山明
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  • [Presentation] 光電子線二色性による強相関Cd-Ce近似結晶のバルク電子構造2022

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      野末悟郎, 尾瀬朱音, 堤美和, 橋爪快人, 藤原秀紀, 木須孝幸, 濵本諭, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 山崎篤志, 今田真, Farid Labib, 元売明瑞紗, 鈴木慎太郎, 田村隆治, 関山明
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  • [Presentation] YbNi2Ge2の内殻光電子線二色性による遍歴・局在4f電子状態温度変化の観測2022

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      尾瀬朱音, 濵本諭, 樫内利幸, 野末悟郎, 藤原秀紀, 中田惟奈, 今田真, 山崎篤志, 東谷篤志, 玉作賢治, 木須孝幸, 矢橋牧名, 石川哲也, 田中新, 海老原孝雄, 関山明
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  • [Presentation] Hard and Soft X-ray Photoemission Study of the Au-Ga-Ce and Cd-Ce Quasicrystalline Approximants2022

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      Goro Nozue, Akane Ose, Miwa Tsutsumi, Hayato Hashizume, Hidenori Fujiwara, Takayuki Kiss, Satoru Hamamoto, Masaki Oura, Kenji Tamasaku, Makina Yabashi, Tetsuya Ishikawa, Atsushi Higashiya, Atsushi Yamasaki, Shin Imada, Azusa Motouri, Farid Labib, Shintaro Suzuki, Ryuji Tamura, Akira Sekiyama
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  • [Presentation] Probing Electronic States of the Au-Ga-Ce and Cd-Ce Quasicrystalline Approximants by Hard and Soft X-ray Photoemission Spectroscopy2022

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      Goro Nozue, Akane Ose, Miwa Tsutsumi, Hayato Hashizume, Hidenori Fujiwara, Takayuki Kiss, Satoru Hamamoto, Masaki Oura, Kenji Tamasaku, Makina Yabashi, Tetsuya Ishikawa, Atsushi Higashiya, Atsushi Yamasaki, Shin Imada, Azusa Motouri, Farid Labib, Shintaro Suzuki, Ryuji Tamura, Akira Sekiyama
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      LT29
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  • [Presentation] Bulk Electronic State of Au-Ga-Ce and Cd-Ce Quasicrystalline Approximants Probed by Hard X-ray Photoemission Spectroscopy2022

    • Author(s)
      Goro Nozue, Akane Ose, Hayato Hashizume, Hidenori Fujiwara, Takayuki Kiss, Satoru Hamamoto, Kenji Tamasaku, Makina Yabashi, Tetsuya Ishikawa, Atsushi Higashiya, Atsushi Yamasaki, Shin Imada, Azusa Motouri, Farid Labib, Shintaro Suzuki, Ryuji Tamura, Akira Sekiyama
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      The 9th International Conference on hard x-ray photoelectron spectroscopy [HAXPES2022]
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      T. H. Nishioka, K. Kuga, H. Fujiwara, R. Himeno, R. Kasahara, S. Hamamoto, K. Nishimoto, T. Kiss, A. Yasui, N. Sasabe, N. Kawamura, E. Ikenaga, M. Mizumaki, S. Tsutsui, K. Mimura, A. Sekiyama
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      The 9th International Conference on hard x-ray photoelectron spectroscopy [HAXPES2022]
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      Akane Ose, Satoru Hamamoto, Toshiyuki Kashiuchi, Goro Nozue, Hidenori Fujiwara, Yuina Kanai-Nakata, Shin Imada, Atsushi Yamasaki, Atsushi Higashiya, Kenji Tamasaku, Takayuki Kiss, Makina Yabashi, Tetsuya Ishikawa, Arata Tanaka, Takao Ebihara, and Akira Sekiyama
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      Satoru Hamamoto, Hidenori Fujiwara, Masaki Oura, Kenji Tamasaku, Goro Nozue, Akira Sekiyama, Akinobu Yamaguchi and Takuo Ohkochi
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      https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2024/20240130_1

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      https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2023/20231024_4

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      http://www.spring8.or.jp/pdf/en/res_fro/21/052-053.pdf

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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