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Production of highly spin-polarized RI beams based on the atomic beam resonance method

Research Project

Project/Area Number 18H03692
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 14:Plasma science and related fields
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

上野 秀樹  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (50281118)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山本 文子  芝浦工業大学, 工学部, 教授 (50398898)
佐藤 渉  金沢大学, 物質化学系, 教授 (90333319)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥44,460,000 (Direct Cost: ¥34,200,000、Indirect Cost: ¥10,260,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2020: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
Fiscal Year 2019: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
Fiscal Year 2018: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Keywordsその他の量子ビーム / 小型量子ビーム発生技術 / 磁気共鳴 / 原子・分子 / RIプローブ / 原子核(実験) / 加速器 / 実験核物理 / 加速器実験 / RIビーム / 核スピン偏極 / 量子ビーム測定手法
Outline of Annual Research Achievements

本研究では高核スピン偏極RI ビームの実現と物質科学研究への応用に向け、β線検出型超高感度 NMR (β-NMR) 測定を通じた新たな物質科学研究の手法を開拓すると共に、その本格的な展開に必要となるRI ビーム用原子線共鳴法の原理実証を行うのが目標である。
後者のRI原子線共鳴法の原理実証については、まずは前年度、構築と動作確認まで進んだイオントラップ装置の開発をさらに進め、分割電極の導入によるリニアポールトラップシステムの開発を行った。ヘリウムガス圧、トラップ電場の印加電圧及び時間制御に関する基礎データを取得し、システム下にあるRbイオンの挙動に関する理解を深め、最終的にはイオン引き出し、つまり中性化はしてないものの、目標とするイオンの前方射出を確認することができた。トラップ電場下のイオンの挙動に関しては興味深い結果が得られたため、今後シミュレーションと比較検討するなどして結果を別途取りまとめる方針である。次に原子線として利用できるまでRbを冷却する必要があることから、開発を一歩進め、Srを媒介としたRbイオンの共同冷却のR&D研究に着手した。まずはYAGレーザーによる ablation 法に基づくRbイオン源を構築し、イオン引き出しができるようになった後、Sr単独でSrイオンのトラッピングを確認した。並行しこれをレーザー冷却するためのECLDレーザーの準備を行い、Srイオンのレーザー冷却に着手するところまで開発を進めた。
偏極RIを用いたβ-NMR物性研究については、その有効性実証に向けてCuOを用いたβ-NMR分光測定を実施するのが本研究の目標である。これに向け、CuOの単結晶作製と評価を進めてきている。β-NMRで得られる情報を比較検討するため、当該年度は、O-17同位体濃縮CuO単結晶の作製を行った。作製したCuOは、X線回折から単結晶性を確認することができたので、現在NMRなどを実施し物性データの測定を進めている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

RI原子線共鳴装置については、前年度Rbを用いたイオントラップのシステム構築とRbイオンのトラップの確認まで達成したところであったが、当該年度はこれをリニアポールトラップに高度化し、イオンの運動を制御してトラップしたイオンの前方射出が可能となった。また、ガス種・ガス圧を変えて中性化効率の定量測定を行い、最適化も図った。あとはSrイオンを媒介とするイオンの共同冷却に成功すれば、効率の面で改善の余地があるものの原理的にはRI原子線共鳴法の適用の道が拓けたことになる。そこで共同冷却の媒介となるSrイオン源の整備とイオントラッピング、Srイオンの冷却用レーザーの整備を行い、共同冷却に向けたR&Dに着手する段階まで来ている。
β-NMR物性研究については、ここまで、酸素RIのプローブ開発として行った実験で、核磁気モーメント及び核電気四重極モーメントの測定に成功しており、また、新たなβ-NMR法研究を可能とする核スピン整列RIビームを利用した新手法の開発にも成功している。CuOの結晶作製も順調で、NMRに関連した物性諸量をあらかじめ調べるためのO-17同位体濃縮CuO結晶の作製も順調に進んだ。これらの結果を基にCuOのβ-NMR分光実験の準備を進めている。
以上、一部当初予定に比べやや遅れが生じているものの、計画全体としては予定に沿って開発が進められている。

Strategy for Future Research Activity

ここまで得られた成果を論文にまとめる他、RI原子線共鳴装置については、Srのレーザー冷却とそれを用いたRbの共同冷却を達成し、更には中性化を経由した低速中性Rb原子の射出に取り組む。また、理研RIBF施設のRIPS装置を用い、偏極O-21ビームを用いたCuOのβ-NMR分光実験を実施する。この実験に必要となるNMR関連物性諸量の取得と、得らる結果を比較検討するため、O-17同位体濃縮CuO結晶に関するオフラインでの物性測定も行う。これらを経て、高偏極RIビーム生成の道筋をっけ、それを利用したβ-NMR物性研究という新たな研究の開拓を目指す。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(96 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (18 results) Journal Article (16 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 16 results,  Open Access: 4 results) Presentation (50 results) (of which Int'l Joint Research: 20 results,  Invited: 18 results) Remarks (12 results)

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      Kakimoto Kazuo、Ohki Yoshiaki、Takada Saki、Haraguchi Yuya、Yamamoto Ayako、Aruga Katori Hiroko
    • Journal Title

      Chem. Lett.

      Volume: 51 Issue: 4 Pages: 451-454

    • DOI

      10.1246/cl.220024

    • ISSN
      0366-7022, 1348-0715
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      Kobayashi Yoshio、Sato Masami、Yamada Yasuhiro、Kubo Michael K.、Mihara Mototsugu、Sato Wataru、Nagatomo Takashi、Miyazaki Jun、Okazawa Atsushi、Sato Shinji、Kitagawa Atsushi
    • Journal Title

      Hyperfine Interactions

      Volume: 243

    • DOI

      10.1007/s10751-022-01793-3

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      Volume: 32

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      Sato W.、Takenaka S.、Sakaguchi M.、Shimada M.
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 130

    • DOI

      10.1063/5.0059311

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      Sato Yukiko、Yamada Yasuhiro、Kobayashi Yoshio、Kubo M. Kenya、Mihara Mototsugu、Sato Wataru、Miyazaki Jun、Nagatomo Takashi、Ando Takatoshi、Takahama Noriko、Some Kanako、Sato Masami、Sato Shinji、Kitagawa Atsushi
    • Journal Title

      Applied Radiation and Isotopes

      Volume: 170 Pages: 109582-109582

    • DOI

      10.1016/j.apradiso.2020.109582

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    • Author(s)
      Y. Ichikawa
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      AIP Conf. Proc.

      Volume: 2319 Pages: 080021-080021

    • DOI

      10.1063/5.0039413

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      JPS Conf. Proc.

      Volume: 32 Pages: 010047-010047

    • DOI

      10.7566/jpscp.32.010047

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    • Journal Title

      Hyperfine Interactions

      Volume: 241 Pages: 15-15

    • DOI

      10.1007/s10751-019-1655-y

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      H. Shimizu, M. Wilde, W. Sato
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      Volume: 467 Pages: 13-16

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      10.1016/j.nimb.2020.01.026

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      Boulay F. 他 47 名
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      Physical Review Letters

      Volume: 124 Pages: 112501-112501

    • DOI

      10.1103/physrevlett.124.112501

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      Laffez Patrick、Simon Quentin、Kikuchi Yuhei、Retoux Richard、Giovannelli Fabien、Yamamoto Ayako
    • Journal Title

      Thin Solid Films

      Volume: 693 Pages: 137705-137705

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2019.137705

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      Tao Long-Chun、Ichikawa Y.、Yuan Cen-Xi、Ishibashi Y.、Takamine A.、Gladkov A.、Fujita T.、Asahi K.、Egami T.、Funayama C.、Imamura K.、Lou Jian-Ling、Kawaguchi T.、Nishizaka T.、Sato T.、Tominaga D.、Yang Xiao-Fei、Yamazaki H.、Ye Yan-Lin、Ueno H.
    • Journal Title

      Chinese Physics Letters

      Volume: 36 Pages: 062101-062101

    • DOI

      10.1088/0256-307x/36/6/062101

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    • Author(s)
      市川雄一
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      Volume: 765 Pages: 26-29

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    • Author(s)
      Murayama H.、Sato Y.、Kurihara R.、Kasahara S.、Mizukami Y.、Kasahara Y.、Uchiyama H.、Yamamoto A.、Moon E.-G.、Cai J.、Freyermuth J.、Greven M.、Shibauchi T.、Matsuda Y.
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 10 Pages: 3282-3282

    • DOI

      10.1038/s41467-019-11200-1

    • NAID

      120006796399

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    • Author(s)
      TAKESHITA Nao、YAMAMOTO Ayako、SASAKI Misaki
    • Journal Title

      THE REVIEW OF HIGH PRESSURE SCIENCE AND TECHNOLOGY

      Volume: 29 Issue: 4 Pages: 254-261

    • DOI

      10.4131/jshpreview.29.254

    • NAID

      130007783862

    • ISSN
      0917-639X, 1348-1940
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      Sato W.、Komatsuda S.、Shimizu H.、Moriichi R.、Abe S.、Watanabe S.、Komatsu S.、Terai T.、Kawata S.、Ohkubo Y.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 100 Pages: 1841111-7

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.184111

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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 高偏極 RI ビームの生成と核・物質科学研究への応用2020

    • Author(s)
      上野秀樹
    • Organizer
      新学術領域研究「宇宙観測検出器と量子ビームの出会い。新たな応用への架け橋。」第 2 回領域全体会議
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    • Invited
  • [Presentation] RI 原子線磁気共鳴に向けた中性化装置開発2020

    • Author(s)
      今村慧
    • Organizer
      新学術領域研究「宇宙観測検出器と量子ビームの出会い.新たな応用への架け橋.」第 2 回領域全体会議
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  • [Presentation] 短寿命酸素NMRプローブ核 19O の物質科学利用2020

    • Author(s)
      三原基嗣, Aleksey Gladkov (14th) 他 13 名
    • Organizer
      日本物学会 2020 年秋季大会
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  • [Presentation] High-pressure synthesis and characterization of high-entropy disulfides MS2 with pyrite-type structure2020

    • Author(s)
      A. Zakiyatul, A. Yamamoto, et al.
    • Organizer
      第 61 回高圧討論会
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  • [Presentation] KSbO3 型派生構造を有する新規ストロンチウムイリジウム酸塩化物の合成、結晶構造、および物性2020

    • Author(s)
      山本文子 他
    • Organizer
      日本物理学会 2020 年秋季大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ナローギャップ半導体 M1-xPt3O6 (M = Cd, Hg, x = 0-0.2) の輸送特性における組成及び圧力依存性2020

    • Author(s)
      山本文子 他
    • Organizer
      日本セラミックス協会第 33 回秋季シンポジウム
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 超巨大磁気抵抗効果を示す La0.7Ca0.3MnO3 中ポーラロンの運動とその凍結2020

    • Author(s)
      佐藤渉 他 10 名
    • Organizer
      日本放射化学会第 64 回討論会
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  • [Presentation] 不純物核スピン緩和を利用したLa0.7Ca0.3MnO3中ポーラロンの状態観察2020

    • Author(s)
      佐藤渉, 小松田沙也加, 清水弘通, 盛一遼平, 阿部 聡, 渡辺祥太, 小松俊介, 寺井智之, 川田知, 大久保嘉高
    • Organizer
      KUR専門研究会「短寿命RIを用いた核分光と核物性研究Ⅵ」
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Nuclear-physics research based on RI spin orientation technique2019

    • Author(s)
      H. Ueno
    • Organizer
      XXXVI Mazurian Lakes Conference on Physics
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Magnetic-moment measurement of exotic nuclei using spin-oriented RI beams at RIBF2019

    • Author(s)
      Y. Ichikawa
    • Organizer
      14th Asia-Pacific Physics Conference (APPC 2019)
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] High-pressure synthesis of Hg containing complex oxides2019

    • Author(s)
      A. Yamamoto, M. Iida, N. Takeshita
    • Organizer
      Aalto Symposium on New Functional Materials
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Control of energy gap in semiconducting complex platinum oxides with extremely narrow-gap, A1-xPt3O6 (A = Cd and Hg, x = 0-0.2)2019

    • Author(s)
      A. Yamamoto, M. Iida, N. Takeshita
    • Organizer
      17th European Conference of Solid State Chemistry (17th ECSSC)
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      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Pr4Ni3O10±d thin films for IT-SOFC cathode: a two-step synthetic route by magnetron co-sputtering2019

    • Author(s)
      Y. Kikuchi, Q. Simon, A. Yamamoto, P. Laffez
    • Organizer
      The 2019 Spring Meeting of the European Materials Research Society
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ナローギャップ半導性を有する複合白金酸化物の高圧合成と高圧下輸送特性2019

    • Author(s)
      山本文子, 飯田睦大, 竹下直
    • Organizer
      東京大学物性研究所短期研究会「高圧合成による新規材料開発と高圧下測定技術の集結」
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  • [Presentation] KSbO3 型新規酸塩化物 Sr10Ir12O37Cl の合成, 結晶構造および物性2019

    • Author(s)
      菊地優平, 杉山和正, 山本文子
    • Organizer
      第 60 回高圧討論会
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  • [Presentation] ナローギャップ半導体 MxPt3O6 (M = Cd, Hg, x = 0.8-1.0)の高圧合成および伝導特性2019

    • Author(s)
      飯田睦大, 竹下直, 山本文子
    • Organizer
      第 60 回高圧討論会
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  • [Presentation] KSbO3 型立方晶 SrIrO3 の高圧合成2019

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      菊地優平, 杉山和正, 山本文子
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      第 4 回固体化学フォーラム
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  • [Presentation] ナローギャップ半導体 MxPt3O6 の高圧合成および伝導特性2019

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      飯田睦大, 竹下直, 山本文子
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      第 4 回固体化学フォーラム
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  • [Presentation] 3 種のSrIrO3 多形の合成、結構構造および物性2019

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      菊地優平, 杉山和正, 山本文子
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      東京大学物性研究所短期研究会「高圧合成による新規材料開発と高圧下測定技術の集結」
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      飯田睦大, 竹下直, 山本文子
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      東京大学物性研究所短期研究会「高圧合成による新規材料開発と高圧下測定技術の集結」
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  • [Presentation] 四酸化三鉄中に不純物として導入されたインジウムおよびガリウムの原子ジャンプ過程2019

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      佐藤渉, 藤沢照功, 竹中聡汰, 杉本友亮, 高田真宏, 小松田沙也加, 大久保嘉高
    • Organizer
      日本放射化学会第 63 回討論会(2019)
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  • [Presentation] Nuclear magnetic dipole moments measured with spin-oriented RI beams at RIKEN RIBF2019

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      Y. Ichikawa
    • Organizer
      The International Conference on HYPERFINE Interactions and Applications (HYPERFINE 2019)
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      田島美典
    • Organizer
      第10回停止・低速RIビームを用いた核分光研究会
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  • [Presentation] 不安定核の核スピン偏極・整列生成について2019

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      市川雄一
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      第10回停止・低速RIビームを用いた核分光研究会
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  • [Presentation] スピン整列ビームを用いた核モーメント測定と核分光研究への応用2019

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      西畑洸希
    • Organizer
      第10回停止・低速RIビームを用いた核分光研究会
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  • [Presentation] β-NMR measurements of the ground-state nuclear moments for 21O2018

    • Author(s)
      A. Gladkov
    • Organizer
      Fifth Joint Meeting of the Nuclear Physics Divisions of the APS and the JPS (HAWAII2018)
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      H. Nishibata
    • Organizer
      Fifth Joint Meeting of the Nuclear Physics Divisions of the APS and the JPS (HAWAII2018)
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  • [Presentation] Prospects for laser spectroscopy project at the SLOWRI facility in RIKEN RIBF2018

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      A. Takamine
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      2018 KPS Fall Meeting
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      H. Ueno
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      The 10th China-Japan Joint Nuclear Physics Symposium (CJNP2018)
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      M. Tajima
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  • [Presentation] β-NMR/NQR spectroscopy as a local probe of condensed matter2018

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      H. Yamazaki
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      Technical Meeting on Novel Multidisciplinary Applications with Unstable Ion Beams and Complementary Techniques
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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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