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ナノスケ-ル構造制御機能材料の開発

研究課題

研究課題/領域番号 03NP0501
研究種目

創成的基礎研究費

配分区分補助金
研究機関東北大学

研究代表者

仁科 雄一郎  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (90005851)

研究分担者 桜井 利夫  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20143539)
平井 敏雄  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (50005865)
後藤 武生  東北大学, 理学部, 教授 (10004342)
鈴木 謙爾  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (10005861)
研究期間 (年度) 1991 – 1995
研究課題ステータス 完了 (1991年度)
キーワードナノスケ-ル組織 / 微粒子 / マイクロクラスタ- / ナノスケ-ル構造 / クラスタ-ビ-ム / 量子サイズ効果 / 薄膜成長 / 電子機能材料
研究概要

本研究では物質の化学組成および構造をナノメ-タ-尺度で人工的に制御し、新しい特性と機能を有する材料の開発研究を行う。このため、金属、半導体、セラミックス材料を研究対象とする五つの研究班を組織し、互いに緊密な協力関係を保ちながら各班の独創的着想と経験的手法を生かした研究活動を開始した。また研究計画の立案、内容の調整、成果の評価を行うための総括班を設け、夏期の研究班全体計画会議、年度末の成果報告会に合わせて2回の会合を開いた。初年度においては、物質創製装置として数個乃至数千個の原子が結合したクラスタ-を高濃度のビ-ムとして取り出す装置を開発し、このクラスタ-を固体表面または内部の担持させた新材料の作製を試みた。また試料の評価装置として、光学応答特性を解析するためのフェムト秒レ-ザ-分光システム、微小領域解析用顕微鏡等を設置した。本研究の初年度における主な成果を要約すると以下の通りである。
研究班1:広範なサイズの遷移金属合金クラスタ-の作製方法を確立するため、イオンクラスタ-ビ-ム法によるFe/Ag複合膜ならびにメカニカルミリングと化学処理を組み合わせた方法によるNi、Co微粒子の作製を試みた。X線回折、電子顕微鏡組織観察、磁化測定、メスバウァ-スペクトル測定等を行い、fcc Feクラスタ-やナノスケ-ルbccNi、bccCo微粒子などの非平衡物質が形成できること、平衡相に比べ強磁性状態が不安定になることを明らかにした。
研究班2:半導体超微粒子及び金属クラスタ-について実験・理論の両面から物性研究を行った。半導体材料として、CuCl、PbI_2、HgI_2、BiI_3を主に取り上げ、アルカリハライド、ポリマ-、シリケ-トガラス、ゼオライト等の種々のマトリックス中に担持したナノスケ-ル物質を作成した。光学的性質、特に微粒子サイズに依存した励起子の量子サイズ効果の次元性等を実験理論両面から調べた。また、ゼオライト中のアルカリ金属Kクラスタ-の3次元配列構造について、磁気的性質を調べ、8K以下で強磁性を示す新ナノ構造物質の合成に成功した。
研究班3:プラズマ法でセラミックスーアルミニアムのナノ複合粒子を合成し、そのビッカ-ス硬度が500℃でも200PMaに達する耐熱軽量材料の開発に成功した。CVD(化学気相法)で有機金属化合物を原料に,臨界電流値が最高水準のナノ組織の高温酸化物超電導体の薄膜を合成し,その電流値の高い理由がナノサイズの不純物ピニングによることを解明した。Ln_4Al_2O_9(Ln=希土類元素)がマルテンサイト変態することを発見し、これらの化合物の変態を制御して組織をナノサイズ化することで高靭性あるいは形状記憶セラミックスの合成を試みた.また常圧法でA型,X型のゼオライトを合成しCdSおよびNiSの閉じ込めに成功し,物性の測定中である.
研究班4:低温走査プロ-ブ顕微鏡:LTSPM、原子配列同定アトム・プロ-ブ分析法:POSAPを開発し、更に依存現有の高性能FIーSTM(電界イオンー走査トンネル顕微鏡)に小型のMBEを導入して種々の新機能材料の原子レベルでの評価・解析を行なう共同研究を開発した。初年度は、組織の編成及び、他グル-プとの研究計画の調整を行ない、次世代の新素材として最近非常に注目されているC_<60>のSi(111),Si(100)清掃表面での吸着初期と薄膜形成過程における構造と電子状態の解析に成功した。
研究班5:高輝度レ-ザ-或はスパッタリングイオン銃と質量選別器を組み合わせて、大きさの揃ったクラスタ-ビ-ム発生させ、これを基板表面に堆積させてナノ構造薄膜を作成する装置を設計製作した。その場観察評価装置として高分解能電子エネルギ-損失分光装置、低速電子線回接装置、多チャンネル光学分光計、走査トンネル顕微鏡を組み合わせた測定装置を組み上げた。これらの装置を用いて、クラスタ-の基板への直接蒸着による単結晶薄膜を高品質且つ短時間に成長させることが出来た。また金、アンチモン等のクラスタ-をグラファイト表面に規則的に配列した新ナノ構造試料の作製に成功した。

報告書

(1件)
  • 1991 研究成果報告書概要
  • 研究成果

    (106件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (106件)

  • [文献書誌] M.S.ElーEskandarany: "Solid State Amorphizing Reaction of Al_<30>Ta_<70> Alloy Powders by the Rod Milling Technique" 粉体および粉末冶金. 38. 59-62 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 櫻井 雅樹: "メカニカルアロイングによるZnFe_2O_4ーBiFeO_3系アモルファスフェライトの作成と物性" 粉体および粉末冶金. 38. 63-66 (1991)

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  • [文献書誌] 福永 俊晴: "MAによって作製された中性子零散乱NiーTiアモルファスフェライト粉末の化学的原子構造" 粉体および粉末冶金. 38. 67-70 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.S.ElーEskandarany: "Morphological and Structural Evolutions of TaAl Alloy Powders during Solid State Amorphization Processes" 粉体および粉末冶金. 38. 96-101 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Suzuki: "Structural Evolution in the Mechanically Driven Solid State Amorphizing Transformation of Metallic Alloys" J.Phys.:Condens.Matters. 3. F39-F51 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Suzuki: "Crystal-to-Amorphous Solid Structure Transition of Metallic Alloys by Means of Ball Milling" Siberial J.Chem.5. 45-50 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.S.El-Eskandarany: "Calorimetric Characterization of the Amorphization Process for Rod Milled Al_<50>Nb_<50> Alloy Powders" Scripta Met.and Mat.25. 1695-1700 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.S.El-Eskandarany: "Effect of Ball-to-Powder Weight Ratio on the Amorphization Reaction of Al_<50>Ta_<50> by Ball Milling" J.Less-Comm.Metals. 169. 235-234 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.S.El-Eskandarany: "Difference between Mechanical Alloying and Mechanical Disordering in the Amorphization Reaction of Al_<50>Ta_<50> in a Rod Mill" J.Alloys and Compounds. 177. 229-244 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Fukamichi: "Magnetic Properties of Co-Y Amorphous Alloys Prepared by Milling" Mat.Sci.Eng.A133. 245-247 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Fukunaga: "Structural Characterization of Ni-V Amorphous Alloys Prepared by Mechanical Alloying" Mat.Sci.Eng.A134. 987-991 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Nasu: "EXAFS Study of the Solid State Amorphization Process in an Fe-C Alloy" Mat.Sci.Eng.A134. 1385-1388 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Sumiyama: "Amorphous Structure of the Immiscible Fe_<1-y>(Cu_<1-x>Ag_x)_y Alloy System" J.Phys.:Condens.Matters. 3. 9859-9869 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Amano: "is Amorphous CeCu_6 Alloy a Heavy Fermion System?" J.Phys.Soc.Japan. 60. 397-399 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Sumiyama: "Magnetic Properties of Amorphous Fe_<1-y>(Cu_<1-x>Ag_x)_y Alloys" J.Magn.& Magn.Mat.102. 56-62 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.A.Makhlouf: "Mossbauer Study on Nonequilibrium Disordered Fe-Al Alloys Produced by DC Sputtering" J.Phys.Soc.Japan. 60. 3537-3542 (1991)

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  • [文献書誌] K.Sumiyama: "Magnetic and Electrical Properties of Nonequilibrium Fe-W Alloys Produced by Sputter Deposition" Japan J.Appl.Phys.30. 2839-2845 (1991)

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  • [文献書誌] T.Hihara: "Amorphous Ce-Si Alloys-New Heavy Fermion System" Solid State Comm.80. 749-751 (1991)

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  • [文献書誌] 小野寺 秀也: "発光メスバウァ-分生によるTiNiのマルテンサイト変態の研究" 東北大学選鉱製錬研究所彙報. 47. 20-30 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Tomino: "Interfacial Tension for Small Nuclei in Binary Nucleation" J.Crystal Growth. 113. 633-639 (1991)

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  • [文献書誌] 西岡 一水: "微小系の界面熱力学" 日本結晶学会誌. 18. 195-202 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Yamaguchi: "Magnones and Phonons in MnSb" J.Magn.& Magn.Mat.103. 50-52 (1992)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Kobayashi: " ^<161>Dy Mossbauer Study of DyMn_2Ge_2-the Electronic Ground State of the Dy Ion,and the Magnetic Structure" J.Magn.& Magn.Mat.109. 17-26 (1992)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Hasegawa: "Irradiation-Induced Defects in Graphite and Glassy Carbon Studied by Positron Annihiration" Proc.9th Int.Conf.on Positron Annihiration.

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Sumiyama: "heqavy-Fermion Behavior in Amorphous and Crystallized CeCu_5 Alloys Produced by Sputter Deposition" J.Magn.& Magn.Mat.

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] E.Ivanov: "Structural and Magnetic Properties of Nonequilibrium bcc Nickel Prepared by Leaching of Mechanically Alloyed Ni_<35>Al_<65>" J.Alloys and Compounds.

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.A.Makhlouf: "Nanoscale Quasi-Amorphous Nickel Produced by Leaching Sputter-Deposited Ni_<25>Al_<75> Alloy" J.Alloys and Compounds.

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  • [文献書誌] S.A.Makhlouf: "Structural and Magnetic Properties of Nanocrystalline bcc Cobalt Particles Obtained by Leaching of Mechanically Alloyed Co-Al" J.Alloys and Compounds.

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  • [文献書誌] K.Nishioka: "Thermodynamic Formula for Evaluating the Reversible Work to Form a Critical Nucleus and Influence of Critical Nucleus Size upon Interfacial Tension" Metall.Trans.A.

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Nishioka: "Thermodynamic Formula of Liquid Phase Nucleation from Vapor in Multicomponent Systems" J.Chem.Phys.

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Nishioka: "Thermodynamic Formula of Homogeneous Nucleation" Physca Scripta.

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] O.Terasaki: "PbI_2 Confined in the Spaces of LTA Zeolite." Mat.Res.Soc.Symp.Proc.233. 139-143 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Z.K.Tang: "Quantum Size Effect on the Excitation Energy and the Oscillator Strength of PbI_2 Clusters in Zeolite." J.Phys.Soc.Jpn.60. 2090-2094 (1991)

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  • [文献書誌] Z.K.Tang: "Frenkel Excitons in Ordered PbI_2 Clusters Incorporated into Zeolite." to be published in Mol.Cryst.& Liq.Cryst.(1992)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Kodaira: "Optical Absorption Spectra of Sodium Clusters Incorporated into Zeolite LTA." to be published in Mol.Cryst.& Liq.Cryst.(1992)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Goto: "Size Quantization of Excitons in PbI_2 Microcrystallites." Solid State Commun.80. 331-334 (1991)

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  • [文献書誌] 野末 泰夫: "ゼオライト中のPbI_2クラスタ-による励起子" 固体物理. 26. 367-372 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 伊藤 正: "半導体超微粒子CuClの光物性" セラミックス誌. 6月号. 6 (1992)

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  • [文献書誌] T.Itoh: "Size-dependent Homogeneous Broadening of Confined Excitons in CuCl Microcrystals." Journal of Luminescence. 48&49. 704-706 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Itoh: "Size-dependent Optical Properties of Confined Excitons in CuCl Microcrystals." Solid State Optical Spectroscopy(World Scientific,Singapore). 80-108 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Itoh: "Optical Properties of Exciton Systems in CuCl Microcrystals and Their Optical Nonlinearities." Nonlinear Optics (NLO). 1. 61-69 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Cho: "Nonlocal Theory of Radiation-Matter Interaction:Boundary-Condition-less Treatment of Maxwell Equations." Prog.Theor.Phys.Suppl.106. 225-232 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Ohfuti: "Nonlocal Formulation of Optical Response of an Assembly of Fine Particles." Proc.Int.Symp.on Science and Technology of Mesoscopic Structures. (1992)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.kayanuma: "Wannier Excitons in Low-Dimensional Microstructures:Shape Dependence of the Quantum Size Effect." Phys.Rev.B. 44. 13085-13088 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Kayanuma: "Quantum Size Effect of Excitonic Molecules in CuCl Microcrystals." Appl.Phys.A. 53. 475-479 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Hirai: "MOCVD Superconducting Oxide Films" J.Crystal Growth. 107. 683-691 (1991)

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  • [文献書誌] H.Kurosawa: "Preparation and Superconducting Properties of Y-Ba-Cu-O Films on Oxide Polycrystalline Substrates by Chemical Vapor Deposition" Supercond.Sci.Technol.4. 192-198 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Yamane: "Preparation of a-Axis and c-Axis Oriented Y-Ba-Cu-O Superconducting Oxide Films by CVD" Advances in Superconductivity III,eds.K.Kajimura and H.Hayakawa,Springer-Verlag,Tokyo,. 973-976 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Yamane: "Preparation of a High-Jc Y-Ba-Cu-O Film at 700℃ by Thermal CVD" J.Appl.Phys.69. 7948-7950 (1991)

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  • [文献書誌] H.Yamane: "Low Temperature Deposition of a Y-Ba-Cu-O Superconduting Films by Thermal CVD" Jpn.J.Appl.Phys.30. L1003-L1005 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 中沢 秀伸: "CVD法によるチタン酸バリウム薄膜の合成" 日本セラミックス協会学術論文誌. 99. 527-529 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Nakazawa: "Metalorganic Chemical Vapor Deposition of BaTiO_3 Films on MgO(100)" Jpn.J.Appl.Phys.30. 2200-2203 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 陳 先同: "MOCVD法によるC軸配向PbTiO_3薄膜の作製" 日本化学会誌. 1367-1372 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Omori: "Thermal and Dielectric Properties of Zirconyl Phosphate Compact" J.Mater.Sci.27. 408-412 (1992)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Wang: "Density and Microstructure of CVD SiC-C Nanocomposites" J.Mater.Sci.26. 6618-6624 (1991)

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  • [文献書誌] Y.Wang: "Thermal Properties of Chemically Vapour-deposited SiC-C Nanocomposites" J.Mater.Sci.26. 5495-5501 (1991)

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  • [文献書誌] Y.Someno: "Low Temperature Growth of AlN Films by Microwave Plasma Chemical Vapour Deposition Using an AlBr_3-H_2-N_2 Gas System" Thin Solid Films. 202. 333-344 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Someno: "Effect of Ar Gas Addition on AlN Film Formation by Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition" Jpn.J.Appl.Phys.30. 790-795 (1991)

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  • [文献書誌] Y.Someno: "Preparation of AlN-Al_2O_3 Composite Films by Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition" Jpn.J.Appl.Phys.30. 1792-1797 (1991)

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  • [文献書誌] Y.Someno: "Oxidation of AlN-Al_2O_3 Composite film Prepared by Microwave Plasma CVD" Mat.Res.Soc.Symp.Proc.223. 301-306 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Masumoto: "Preparation of Bi_4Ti_3O_<12> films on a single-crystal sapphire substrate with electron cyclotron resonance plasma sputtering" Appl.Phys.Lett.58. 243-245 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Masuda: "Preparation and dielectric and electro-optic properties of Bi_4Ti_3O_<12> films by electron cyclotron resonance plasma sputtering deposition" Jpn.JH.Appl.Phys.30. 2212-2215 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] O.Terasaki: "The Study of Zeolites by HVHREM" Ultramicroscopy. 39. 238-246 (1991)

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  • [文献書誌] O.Terasaki: "The Study of the Fine Structure of Zeolites and the Materials Confined in Zeolites" Acta Chem.Scand.45. 785-790 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] O.Terasaki: "PbI_2 Confined in the Spaces of LTA Zeolites" Mat.Res.Soc.Symp.Proc.233. 139-143 (1991)

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  • [文献書誌] M.W.Anderson: "Intergrowths of Cubic and Hexagonal Polytypes of Faujasitic Zeolites" J.Chem.Soc.Chem.Commun.1660-1664 (1991)

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  • [文献書誌] K.Hono: "“Early stage of phase decomposition of Al-7.8at.%Li alloy studied by APFIM and HRTEM,"" Acta Metall.subnitted

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  • [文献書誌] K.Hono: "“Atom probe analysis of FeSiBNbCu nanocrystalline soft magnetic materials,"" Appl.Phys.Lett.58. 2180-2182 (1991)

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  • [文献書誌] K.Hono: "“Microstructure of FeSiBNbCu nanocrystalline solt magnetic material investigated by APFIM and HRTEM,"" Surf.Sci.(1992)

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  • [文献書誌] K.Hono: "“The microstructure evolution of FeSiBNbCu nancrystalline soft magnetic material,"" Acta Metall.(1992)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hono: "“Determination of site occupation probability of Cu in Ni_3Al by APFIM,"" Acta Metall.Mater.40. 419-425 (1992)

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  • [文献書誌] K.Hono: "“Direct evidence for compositional fluctuation in sputtered Co-Cr thin films,"" J.Mag.Mag.Mater.

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  • [文献書誌] T.Hashizume: "“Scanning Tunneling Microscopy of Oxygen Adsorption on the Ag(110) Surface,"" Surf.Sci.(1992)

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  • [文献書誌] K.Hono: "“The IMR Atom Probe,"" Surf.Sci.(1992)

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  • [文献書誌] T.Hashizume: "“Scanning Tunneling Microscopy Study of the Ag(110)-Oxygen Reaction,"" Phys.Rev.Lett.

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  • [文献書誌] X.D.Wang: "“FI-STM investigation of atomic-hydrogen adsorption on the Si(100)2x1 surface,"" Phys.Rev.B.

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  • [文献書誌] D.Jeon: "“STM study of the structural transformation of the Si(111)7x7 surface to the Na-induced 3x1 phase,"" Jpn.J.Appl.Phys.Lett.(1992)

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  • [文献書誌] K.Motai: "“FI-STM study of sulfur/chlorine adsorption on the Cu(111) 1x1 surface,"" Jpn.J.Appl.Phys.Lett.(1992)

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  • [文献書誌] H.Sigekawa: "“Surface structure of Selenium-treated GaAs(001) studied by field ion scanning tunneling microscopy,"" Appl.Phys.Lett.59. 2986-2988 (1991)

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  • [文献書誌] M.Taniguchi: "“Ordering of Ag-O Chains on the Ag(110) Surface,"" Surf.Sci.Lett.262. L123-L128 (1992)

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公開日: 1993-03-16   更新日: 2016-04-21  

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