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X線分子動画撮影法を用いたソフトクリスタルにおける外場応答過程の観測

Planned

Project AreaSoft Crystals: Science and Photofunctions of Easy-Responsive Systems with Felxibility and Higher-Ordering
Project/Area Number 17H06372
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionJichi Medical University

Principal Investigator

佐藤 文菜  自治医科大学, 医学部, 講師 (50717709)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 福本 恵紀  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特任准教授 (20443559)
Project Period (FY) 2017-06-30 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥39,650,000 (Direct Cost: ¥30,500,000、Indirect Cost: ¥9,150,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2019: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2018: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2017: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
KeywordsX線結晶構造解析 / 時間分解 / 光電子顕微鏡 / X線吸収分光 / 時間分解測定 / ルミノクロミズム / ベイポクロミズム / 結晶顕微分光 / 分子動画 / ポンプ‐プローブ / X線回折 / X線分光
Outline of Annual Research Achievements

本年度は、高エネルギー加速器研究機構(KEK)内の放射光施設Photon Factory Advanced Ring(PF-AR)のビームラインNW12Aを利用したポンプープローブ実験において、新たな実験手法を模索した。これまで、3種の結晶多形により発光色の異なる発光性ソフトクリスタルの測定を行ってきたが、多形の違いではなく、結晶形状の違いによる、光励起効率の差の補正を行うことが困難であった。そこで、タンパク質結晶用に開発された、深紫外レーザーを利用した結晶加工技術を用いて、3種の多形結晶それぞれの形状を揃えることに成功した。その結果、これまで観測できなかった、3種の多形結晶での光励起状態の違いを観測することに成功した。結果の解釈については共同研究者と協議中であるが、1種目の測定結果やポンプープローブ測定手法については日本結晶学会誌、日本化学学会誌の総説にて報告した(日本結晶学会誌 63, 24-30, 2021、化学と工業 74(8), 627-628, 2020)。
そのほかの共同研究に関しても、学会発表において進捗を報告した。Pt系ベイポクロミズム錯体のX線吸収分光測定(錯体化学会第70回討論会)、スピンクロスオーバー錯体の励起状態X線回折(日本物理学会第76回年次大会)、高速ベイポクロミズム錯体のX線測定(第9回JACI/GSCシンポジウム)、光電子顕微鏡測定(Faraday Discussion)、蛍光X線ホログラフィー測定(日本物理学会第76回年次大会)、ポンプープローブ測定(Faraday Discussion)などである。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度はCOVID-19の影響により、本課題の主要な実験に利用する放射光施設の臨時停止期間が発生し、実験実施の困難な時期があった。しかしながら、そのような状況でも可能な限り各種共同研究を推進した。秋以降放射光施設の再稼働が行われても、特に遠方の共同研究者の実験参加は依然困難な状況であり、それら共同研究者とは密に連絡を取りながらも、実験そのものは自身と施設の協力者とで実行するなど工夫した。
本年度まで、領域内外のグループとの複数の共同研究について、ソフトクリスタル群への外場印加下でのX線結晶構造解析、及びX線吸収分光測定、光電子顕微鏡測定等の適用を推進してきた。継続的なマシンタイムの確保が不可欠であるため、2020年度までは高エネルギー加速器研究機構の放射光科学研究施設Photon Factory(PF)における長期優先課題であるS2課題(有効期間3年)を利用し、放射光実験を実施してきた。
これまでに、超弾性結晶、長寿命発光結晶、ベイポクロミズム錯体、化学発光分子、生体高分子について、放射光を用いたX線プローブ実験の論文を公開することができ、国内外での学会発表も数多く行った。また、ポンプープローブ実験以外でも、実験室系のX線装置では測定が困難な微小結晶などの結晶構造解析の相談も複数受けており、放射光を用いた測定の利用幅も広がってきている。NW12Aに導入したポンプープローブ実験の経過も順調であり、計画はおおむね予定通りに進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

2021年度からは、各種測定方法(外場印加X線結晶構造解析、X線吸収分光、大型レーザーを用いたポンプ-プローブX線結晶構造解析)ごとに、KEK-PFの一般課題(G課題、有効期間2年)を複数に分けて申請したものが既に受理されており、それぞれ効率的に実験を進めていく予定である。
また、新たな高速時間分解測定を行うため、スイスのポール・シェラー研究所内にある放射光施設,Swiss Light Source(SLS)で開発された超音波音響浮揚回折システム(the acoustic levitation diffractometer,ALD)の利用を試みる予定である。ALDでは、超音波定在波中に浮揚した結晶にX線照射を行う。その際、超音波圧力で結晶回転を高速に制御することができ、フレームレートの高い二次元検出器と組み合わせることで結晶構造解析用のデータセットを短時間に取得することが可能である。既にSLSの利用申請課題は受理されており、通常のポンプ-プローブ測定には向かないような不可逆変化を起こす系のソフトクリスタル結晶の時間分解測定に応用する予定である。
また、光照射下での結晶構造解析において、差フーリエ電子マップによる微小構造変化の抽出を試みており、これらの系での論文執筆を目指している。結晶構造解析が難しい系においては、反射点強度のダイナミクス計測などから、ソフトクリスタルの挙動を解析するような、新たな手法を取り入れることも視野に入れている。それらの研究成果を論文にまとめ、国内外の学会での成果発表も行っていく。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report

Research Products

(58 results)

All 2021 2020 2019 2018 2017

All Journal Article (13 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Open Access: 8 results,  Peer Reviewed: 11 results) Presentation (45 results) (of which Int'l Joint Research: 16 results,  Invited: 7 results)

  • [Journal Article] Time-Resolved X-ray Crystallography Using Synchrotron Radiation2021

    • Author(s)
      SATO-TOMITA Ayana、UMENA Yasufumi、ICHIYANAGI Kouhei、FUKAYA Ryo、HIKTA Masahide、MATSUGAKI Naohiro、MUTAI Toshiki
    • Journal Title

      Journal of the Crystallographic Society of Japan

      Volume: 63 Issue: 1 Pages: 24-30

    • DOI

      10.5940/jcrsj.63.24

    • NAID

      130007994790

    • ISSN
      0369-4585, 1884-5576
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] 放射光X線をプローブとしたソフトクリスタル構造解析~ポンプ-プローブ結晶構造解析と差フーリエ電子マップ~2020

    • Author(s)
      佐藤文菜
    • Journal Title

      化学と工業

      Volume: 74 Pages: 627-628

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  • [Journal Article] Isomeric difference in the crystalline-state chemiluminescence property of an adamantylideneadamantane 1,2-dioxetane with a phthalimide chromophore2020

    • Author(s)
      Matsuhashi Chihiro、Ueno Takuya、Uekusa Hidehiro、Sato-Tomita Ayana、Ichiyanagi Kouhei、Maki Shojiro、Hirano Takashi
    • Journal Title

      Chem. Commun.

      Volume: 56 Pages: 3369-3372

    • DOI

      10.1039/c9cc10012a

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Direct observation of ligand migration within human hemoglobin at work2020

    • Author(s)
      Shibayama Naoya、Sato-Tomita Ayana、Ohki Mio、Ichiyanagi Kouhei、Park Sam-Yong
    • Journal Title

      Proc Natl Acad Sci U S A

      Volume: 117 Pages: 4741-4748

    • DOI

      10.1073/pnas.1913663117

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] X-ray fluorescence holography for soft matter2020

    • Author(s)
      Ang Artoni Kevin Roquero、Sato-Tomita Ayana、Shibayama Naoya、Umena Yasufumi、Happo Naohisa、Marumi Riho、Kimura Koji、Matsushita Tomohiro、AKAGI Kazuto、Sasaki Takahiko、Sasaki Yuji C.、Hayashi Kouichi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 59 Issue: 1 Pages: 010505-010505

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab5d55

    • NAID

      210000157717

    • ISSN
      0021-4922, 1347-4065
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      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Development of shock-dynamics study with synchrotron-based time-resolved X-ray diffraction using an Nd:glass laser system2020

    • Author(s)
      Takagi Sota、Ichiyanagi Kouhei、Kyono Atsushi、Nozawa Shunsuke、Kawai Nobuaki、Fukaya Ryo、Funamori Nobumasa、Adachi Shin-ichi
    • Journal Title

      Journal of Synchrotron Radiation

      Volume: 27 Pages: 371-377

    • DOI

      10.1107/s1600577519016084

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      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fast and stable vapochromic response induced through nanocrystal formation of a luminescent platinum(II) complex on periodic mesoporous organosilica2019

    • Author(s)
      Matsukawa Hiroki、Yoshida Masaki、Tsunenari Takahiro、Nozawa Shunsuke、Sato-Tomita Ayana、Maegawa Yoshifumi、Inagaki Shinji、Kobayashi Atsushi、Kato Masako
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9 Pages: 15151-15151

    • DOI

      10.1038/s41598-019-51615-w

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      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Exergonic Intramolecular Singlet Fission of an Adamantane-Linked Tetracene Dyad via Twin Quintet Multiexcitons2019

    • Author(s)
      Matsui Yasunori、Kawaoka Shuhei、Nagashima Hiroki、Nakagawa Tatsuo、Okamura Naoki、Ogaki Takuya、Ohta Eisuke、Akimoto Seiji、Sato-Tomita Ayana、Yagi Shigeyuki、Kobori Yasuhiro、Ikeda Hiroshi
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 123 Pages: 18813-18823

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b04503

    • NAID

      120007002585

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Shape Rememorization of an Organosuperelastic Crystal through Superelasticity?Ferroelasticity Interconversion2019

    • Author(s)
      Sakamoto Shunichi、Sasaki Toshiyuki、Sato‐Tomita Ayana、Takamizawa Satoshi
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 58 Pages: 13722-13726

    • DOI

      10.1002/anie.201905769

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Microstructural deformation process of shock-compressed polycrystalline aluminum2019

    • Author(s)
      Ichiyanagi Kouhei、Takagi Sota、Kawai Nobuaki、Fukaya Ryo、Nozawa Shunsuke、Nakamura Kazutaka G.、Liss Klaus-Dieter、Kimura Masao、Adachi Shin-ichi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9 Pages: 7604-7604

    • DOI

      10.1038/s41598-019-43876-2

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      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Comparison of picosecond electron dynamics in isolated and clustered Si quantum dots deposited on a semiconductor surface2019

    • Author(s)
      K.Fukumoto, A.Seyhan, K.Onda, S.Oda, S.Koshihara
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 115 Pages: 053105-053105

    • DOI

      10.1063/1.5097611

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      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Progressing of 3D Protein Structure and Dynamics Measurements2018

    • Author(s)
      Ayana Sato-Tomita, Hiroshi Sekiguchi, Yuji C. Sasaki
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 87 Issue: 6 Pages: 061015-061015

    • DOI

      10.7566/jpsj.87.061015

    • NAID

      210000134841

    • ISSN
      0031-9015, 1347-4073
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      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Size and Shape Controlled Crystallization of Hemoglobin for Advanced Crystallography2017

    • Author(s)
      Ayana Sato-Tomita、Naoya Shibayama
    • Journal Title

      Crystals

      Volume: 7 Pages: 282-282

    • DOI

      10.3390/cryst7090282

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      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] スピンクロスオーバー相転移を示す複合磁性材料における、励起波長依存性をもった2つの光誘起状態2021

    • Author(s)
      中野真之介, 石川忠彦 , 田久保耕 , 沖本洋一, 腰原伸也, 東亮介, 宮脇敦大, 高橋一志, 佐藤文菜, 一柳光平, 深谷亮
    • Organizer
      日本物理学会第76回年次大会
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  • [Presentation] 蛍光X線ホログラムからのリバースモンテカルロ法による像再生2021

    • Author(s)
      松下智裕, 橋本由介, 佐藤文菜, 八方直久, 木村 耕治, 林好一
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ソフトクリスタル群の微小外場誘起構造相転移におけるX線・UV-VIS同時in-situ測定2021

    • Author(s)
      佐藤文菜
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      2020年度量子ビームサイエンスフェスタ(第12回MLFシンポジウム/第38回PFシンポジウム)
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  • [Presentation] Development of picosecond time-resolved X-ray crystallography for observing the photo-induced structural change of softcrsytals2020

    • Author(s)
      Kouehi Ichiyanagi, Ayana Sato-Tomita, Masahide Hikita, Naohiro Matsugaki, Sota Takagi, Ryo Fuakya, Rie Haruki, Shunsuke Nozawa, Toshiki Mutai
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      Cooperative phenomena in framework materials: Faraday Discussion
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  • [Presentation] Fast and Stable Vapochromic Response Induced Through Nanocrystal Formation of a Luminescent Platinum(II) Complex on Periodic Mesoporous Organosilica2020

    • Author(s)
      Masaki Yoshida, Hiroki Matsukawa, Takahiro Tsunenari, Shunsuke Nozawa, Ayana Sato-Tomita, Yoshifumi Maegawa, Shinji Inagaki, Atsushi Kobayashi, Masako Kato
    • Organizer
      Cooperative phenomena in framework materials: Faraday Discussion
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      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Isomeric difference in the crystalline-state chemiluminescence properties of 1,2-dioxetanes with a phthahlimide chromophore2020

    • Author(s)
      Chihiro Matsuhashi, Takuya Ueno, Hidehiro Uekusa, Ayana Sato-Tomita, Kouhei Ichiyanagi, Junko Morikawa, Meguya Ryu, Shojiro Maki, Takashi Hirano
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      Cooperative phenomena in framework materials: Faraday Discussion
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 環境応答性銅錯体結晶性分子のゼロエミッション発光多色化2020

    • Author(s)
      末延知義,荒堀郁也,鈴木充朗,中山健一,藤内謙光,立川貴士,笠井秀隆,西堀英治,一柳光平,佐藤文菜,野澤俊介,岩佐豪
    • Organizer
      第9回JACI/GSCシンポジウム
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Photochromic “OFF-ON-OFF”-Type Luminescence Response of Crystalline Au(I) Complexes Bearing an Anthryl Moiety in the Ligands2020

    • Author(s)
      Yoshiki Moroto, Tomoyoshi Suenobu, Mitsuharu Suzuki, Ken-ichi Nakayama, Hiroi Sei, Norimitsu Tohnai, Kohei Ichiyanagi, Ayana Sato-Tomita, Shunsuke Nozawa Takashi Tachikawa, Takeshi Iwasa, Hidetaka Kasai, Eiji Nishibori, Kenta Kato, Tomohiro, Seki, Hajime Ito
    • Organizer
      2020年度光科学討論会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] メソポーラス材料に担持した発光性白金(II)錯体の蒸気応答2020

    • Author(s)
      恒成高弘、吉田将己、佐藤文菜、野澤俊介、小林厚志、加藤昌子
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      錯体化学会第70回討論会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] PROTEIN CRYSTAL MOTIONS FROM TIME-RESOLVED DIFFRACTED X-RAY BLINKING2020

    • Author(s)
      Yuji C. Sasaki, Masahiro Kuramochi, Kazuhiro Mio, Hiroshi Sekiguchi, Ayana Sato-Tomita, Naoya Shibayama
    • Organizer
      64th Annual Meeting of the Biophysical Society
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      2019 Annual Research Report
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  • [Presentation] 金(I)イソシアニド錯体結晶の光照射下での構造相転移を伴った発光増強2020

    • Author(s)
      諸戸良紀,末延知義,鈴木充朗,中山健一,施宏居,藤内謙光,一柳光平,佐藤文菜,野澤俊介,立川貴士,岩佐豪
    • Organizer
      日本化学会第100回春季年会
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  • [Presentation] 光照射下で構造相転移により発光増強を示すOFF-ON 型光記録ソフトクリスタル2020

    • Author(s)
      諸戸良紀,末延知義,鈴木充朗,中山健一,施宏居,藤内謙光,一柳光平,佐藤文菜,野澤俊介,立川貴士,岩佐豪
    • Organizer
      日本化学会第100回春季年会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 発光性多核銅(I)錯体の外部刺激に応答する可逆的分子構造変化と構造相転移2020

    • Author(s)
      荒堀郁也,末延知義,鈴木充朗,中山健一,藤内謙光,笠井秀隆,西堀英治,一柳光平,佐藤文菜,野澤俊介,中川達央,加藤隆二
    • Organizer
      日本化学会第100回春季年会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 異なる溶媒蒸気に応答して発光色が変化する三核銅(I)錯体結晶2020

    • Author(s)
      荒堀郁也,末延知義,鈴木充朗,中山健一,藤内謙光,笠井秀隆,西堀英治,一柳光平,佐藤文菜,野澤俊介,立川貴士,中川達央,加藤隆二
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      日本化学会第100回春季年会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 外部刺激により多様な発光色の発現が可能なソフトクリスタル2020

    • Author(s)
      荒堀郁也,末延知義,鈴木充朗,中山健一,藤内謙光,笠井秀隆,西堀英治,一柳光平,佐藤文菜,野澤俊介,立川貴士,中川達央,加藤隆二
    • Organizer
      日本化学会第100回春季年会
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  • [Presentation] Valence-sensitive X-ray fluorescence holography of the Mn-cluster of Photosystem II (PSII) S22020

    • Author(s)
      Artoni Kevin R. Ang, Ayana Sato-Tomita, Naoya Shibayama, Yasufumi Umena, Yuta Yamamoto, Yuji C. Sasaki, Naohisa Happo, Koji Kimura, Kouichi Hayashi
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      第33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] Structural and Mechanistic Studies on Polymorphic Manganese(II) Complexes Exhibiting Luminochromism2019

    • Author(s)
      Tomoyoshi Suenobu, Kota Kitagawa, Ken-ichi Nakayama, Hidetaka Kasai, Eiji Nishibori, Kohei Ichiyanagi, Ayana Sato-Tomita, Naofumi Nakayama, Hitoshi Goto
    • Organizer
      The 2nd International Symposium of Soft Crystals (Pre-symposium of ISPPCC2019)
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Site-Selective X-ray Fluorescence Holography using a Hybrid 2D X-ray Detector2019

    • Author(s)
      Artoni Kevin R. Ang, Tomohiro Matsushita, Naohisa Happo, Masaki Mizuguchi, Ayana Sato-Tomita, Naoya Shibayama, Yasufumi Umena, Yuji C. Sasaki, Koji Kimura, Hiroshi Daimon, and Kouichi Hayashi
    • Organizer
      ACSIN14&ICSPM26
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  • [Presentation] Luminescent Crystalline Cu(I) Complexes Breathing Solvent Vapors2019

    • Author(s)
      Ikuya Arahori, Tomoyoshi Suenobu, Mitsuharu Suzuki, Ken-ichi Nakayama, Norimitsu Tohnai, Hidetaka Kasai, Eiji Nishibori, Kohei Ichiyanagi, Ayana Sato-Tomita, and Shunsuke Nozawa
    • Organizer
      The Asian Pacific Society for Materials Research (APSMR) Annual Meeting 2019
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Change in luminescence property and crystal structure of trinuclear copper(I) complexes in fast response to organic vapors2019

    • Author(s)
      Ikuya Arahori, Tomoyoshi Suenobu, Mitsuharu Suzuki, Ken-ichi Nakayama, Norimitsu Tohnai, Hidetaka Kasai, Eiji Nishibori, Kohei Ichiyanagi, Ayana Sato-Tomita, and Shunsuke Nozawa
    • Organizer
      The 2nd International Symposium of Soft Crystals (Pre-symposium of ISPPCC2019)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 三核銅(I)錯体の溶媒蒸気下での結晶構造変化と発光性ベイポクロミズム2019

    • Author(s)
      荒堀郁也,末延知義,鈴木充朗,中山健一,藤内謙光,笠井秀隆,西堀英治,一柳光平,佐藤文菜,野澤俊介
    • Organizer
      第69回錯体化学討論会
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  • [Presentation] 赤外領域光学スペクトルからみたスピンクロスオーバー相転移を起こす複合磁性材料における光誘起状態2019

    • Author(s)
      西田大介,石川忠彦,沖本洋一,腰原伸也,佐藤文菜,一柳光平,深谷亮,宮脇敦大,高橋一志
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      日本物理学会2019年秋季大会
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Published: 2017-07-04   Modified: 2021-12-27  

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