KEKに設置されている, 電子リニアックを用いた高輝度・高強度低速陽電子ビームを用いて反射高速陽電子回折 (RHEPD) 実験を開始した. RHEPD はこれまで, 原研高崎において, Na-22 線源ベースのビーム装置を用いて実験が行なわれてきたが, それと比較して60倍以上の反射強度が得られるようになり, 従来とは別次元の測定が可能となった. 

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最近我々は、電子線形加速器ベースの高強度・高輝度反射高速陽電子回折（RHEPD）装置を開発し、Si(111)-7x7表面からの鮮明な回折パターンと64倍の反射強度を得ることに成功した。本講演では、仮想的な原子配列を考慮した計算との比較から全反射した回折パターンの起源を解明した結果と全反射陽電子回折パターンを用いた実際の最表面原子配列の決定について報告する。

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Si(001)表面上に形成されるGeハットクラスタの形態はよく知られており、RHEEDやLEEDの回折斑点に特徴的な形状を生む。これまで主としてRHEEDの髭状の回折斑点形状に注目した解析を行ってきたが、今回はLEED図形に見られる四葉のクローバ状の回折斑点形状が入射エネルギーに対して変化する様子を運動学的計算によりシミュレーションし、逆空間を用いて解釈したので報告する。

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バリウムシリサイド（BaSi₂）は優れた薄膜太陽電池材料として期待されているが、その表面構造は十分に明らかになっていない。本研究では同軸型直衝突イオン散乱分光法 (CAICISS) を用いて、Si(111)上にエピタキシャル成長したBaSi₂薄膜の表面構造解析を行った。その結果、BaSi₂表面は60°ずつ回転した6つのドメインを形成し、再表面はSi原子で終端されていることを明らかにした。

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Fe/MgO/Si接合は、Siに高偏極の電子スピンを注入できると期待されデバイス応用が研究されている。一方、MgO/Si界面は、cubic on cubicと呼ばれる成長により、-22.4％と大きな格子不整合を示すMgO[100](100)/Si[100](100)構造となることが知られている。本報告では格子が整合した新しいMgO[110](100)/Si[100](100)構造の形成を見出した。

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金属表面上に吸着した磁性原子・磁性分子での近藤効果の走査トンネル顕微鏡による観察例が、近年多数報告されている。これまで、観測結果は、主にスピン1/2の近藤問題を用いて説明されてきた。しかし、複数の磁性原子が存在する場合や、磁性分子の場合には、構造の持つ対称性によって多軌道・多チャンネルの近藤効果が生じる可能性がある。本公演では特に、磁性原子対と鉄フタロシアニン分子で現れる近藤効果について紹介する。

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Cu(110)(2x1)-O基板に展開した鉄フタロシアニン分子の磁気異方性をSTM非弾性トンネル分光法により調べた。分子面に平行に磁場を印加することで、面内のg因子の異方性を決定することに取組んだ。

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今回我々は、スピン偏極走査型トンネル顕微鏡/トンネル分光法(SP-STM/STS)を用いて、Coアイランドの磁化反転機構について調べた。サイズの異なる約50個のCoアイランドの磁化反転磁場を測定し、磁化反転に必要なエネルギーバリアの大きさを求めた。その結果、磁化反転機構がコヒーレント磁化反転から磁壁形成・移動による磁化反転にクロスオーバーすることがわかった。

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酸素分子は整数スピンS=1を持っているが、物質表面では、基板との相互作用でスピンを失ってしまう場合が見られる。しかし、Ag(111)やグラファイト上のある層において、S=1を保持したまま反強磁性相互作用を起こす事が指摘されている。よって、これらをより詳細に調べるため、原子分解能でスピンを観測できるスピン偏極STMにより、表面上で整数スピンS=1をもつ反強磁性的な酸素分子について、磁気的な観測を行った。

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W(110)上のCo/Ni薄膜の磁区構造と下地や被覆層との関係をスピン偏極低エネルギー電子顕微鏡で観察し、Au被覆層や下地Wが磁化方向に大きく影響を及ぼすことが分かった。磁化方向の変化の過程を動画観察により明らかにした。

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Ge(001)表面上にPt原子をサブモノレーヤー蒸着すると，Pt誘起の一次元原子鎖が形成される。本研究では，このPt/Ge(001)表面の電子状態を角度分解光電子分光とスピン分解光電子分光により調べた。その結果，一つの擬一次元金属バンドがラシュバ効果によりスピン分裂していることを見いだした。また，このスピン分裂したバンドの一つのブランチのみが表面構造相転移に伴いギャップを開くことがわかった。

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CeO₂はその高い酸素吸蔵能を有する為SOFC、改質触媒、三元触媒など多彩な用途を有している。CeO2(100), (110), (111)表面における最表面酸素の移動特性を量子分子動力学法を用いて調べ、Rhを担持させた場合の最表面酸素の動特性との差異を明らかにする試みを行った。

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Ni₂Pは水素化脱硫触媒反応に高活性を示すことが近年報告された。現在用いられているCoMoS触媒より高活性であり、Ni₂Pが注目されている。しかしNi₂Pが高活性を示すメカニズムの詳細はまだ解明されていない。Ni₂Pの反応活性は、気相分子による表面構造変化に由来すると示唆されている。そこで我々は、Ni₂P(101b0)単結晶をモデル触媒として用い、その酸化過程をSTMにより原子レベルで追跡した。

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Ag(110)単結晶表面上にO₂雰囲気下でTiを蒸着することによりTiO₂薄膜を合成した。この薄膜は各種解析よりレピドクロサイト型構造をとると考えられる。共鳴光電子分光法RPESの測定結果からこのTiO₂の価電子帯は、hn=44eVの時に極大を示すなど、Ag(100)上のレピドクロサイト型TiO₂とほぼ同様の共鳴を示すことがわかった。また、角度分解光電子分光ARPESの測定結果からバンドマップを作製し、薄膜の2次元バンド構造を解明した。

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近年様々な系においてスピン流の検出が実験的に試みられているが、表面系での検出の試みはなされていない。我々は従来型の4探針STMと集束イオンビーム(FIB)装置を複合させた新装置を開発し、表面系のin situ微細加工および4探針測定を実現した。そしてSi基板上のBi₂Se₃薄膜を作成、それをホールバー状にFIB加工、さらに4探針測定を行い、非局所抵抗にスピンホール効果由来と思われる成分を見出した。

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フェムト秒時間分解分光法と顕微鏡法とを組み合わせることにより，フェムト秒の時間分解能を有する顕微鏡を構築する事ができる。近紫外10fsレーザーと光電子顕微鏡(PEEM)を組み合わせた時間分解PEEMにより，金属表面における表面プラズモン波の動的振舞いを映像化した結果について講演し，併せて光学顕微鏡を用いた近赤外領域の伝搬型/局在型表面プラズモンの映像化についても触れる。（技術賞受賞記念講演）

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 光電子分光スペクトルは、電子系に加えて電子－フォノン相互作用の情報を含みうる。我々は特に、光電子が表面を通過する際にフォノンとの相互作用によってエネルギーを損失する過程から生じる、レーザー光電子分光スペクトル中のステップ形状に注目している。本研究では、Cu(110)表面に注目し、密度汎関数摂動理論を用いたフォノン分散と電子-フォノン相互作用の計算を行い、非弾性光電子放出のメカニズムを議論した。

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電子波の静電ポテンシャルは、散乱特性及びバンド構造の形成を決定する上で重要な役割を果たしている。Au(111)表面は、ショックレー表面状態を持ち、表面では超構造が形成され、弱い周期ポテンシャルを誘導することが知られている。本研究では、STMで測定できる局所的な仕事関数(バリアハイト)を利用して、このAu(111)表面超構造によるポテンシャルの空間的変化を測定した。

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半導体表面上に吸着した貴金属原子によって形成される原子鎖について、1次元電子系の観点から盛んに研究が行われている。Au/Si(001)-c(8×2)表面上でも原子鎖が形成されることが報告されているが、その電子構造に関する研究はこれまで行われてこなかった。本研究では、ARPESによりこの表面の電子構造を明らかにした。講演ではその結果を示すとともに、この表面の1次元電子系としての可能性についても議論する。

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これまで単分子接合の伝導度はbreak-junction法を用いて測定されてきた。しかし、この方法では同一の接合状態を再現できず、精密な伝導度測定が不可能だった。本研究ではCu(110)面に吸着させたフェノキシ分子(PhO)と走査トンネル顕微鏡の探針を用いて分子スイッチを作製した。フェニル基と探針の比較的弱いπ相互作用を利用することで、可逆的なスイッチの開閉を達成し、精密な伝導度測定に成功した。

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角度分解顕微２光子光電子分光 (micro-AR2PPE)を用いて、グラファイト上の鉛フタロシアニン(PbPc)膜を観測した。室温では１層未満の膜厚においてk_∥=0の鏡像準位(IPS)が高エネルギー側に広がる裾成分を持つ。分散で見ると、放物線が一定のエネルギーまで埋まっている。一方低温(90K)では裾成分が消失する。裾の広がりはPbPc分子による電子の量子閉じ込め効果を反映している。STMでは低温で凝縮相が確認された。量子閉じ込めが解消されたことに対応している。

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我々のグループで開発した温度可変な電気伝導度測定装置を用いて、Pb/Ge(111)-(√3×√3)-β(Pb/Ge-β)の電気伝導度を測定した。Pb/Ge-βはラシュバ分裂した2重のフェルミ面を持つ。その電気伝導度は9 Kまで金属的な振る舞いを見せた。また微斜面を用いてステップによる抵抗を評価し、テラス上での散乱頻度が小さいことを示した。さらに抵抗の温度依存性に対する異種原子吸着の効果を調べた。

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相変化固体メモリが実用化され、スマートフォンへの搭載が始まっている。この記録材料としてGe-Sb-Teが用いられているが、いずれの元素も非磁性で、この三元合金も非磁性であるものと考えられていた(実際に非磁性であることは幾つかの論文で報告されている)。しかし、この合金をGeTeとSb2Te3層に分離して双方の結晶軸を揃えた超格子結晶膜として形成すると、面垂直に電場を加えると2000%を超える磁気抵抗効果が室温で発現する。

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有機電界効果トランジスタは，ソース電極からのキャリア注入により動作するため，チャネル長を微細化した場合は見かけが移動度が低下してしまう．一方，絶縁膜にイオン液体を用いた電気化学有機トランジスタは，有機膜への電気化学ドープ及び脱ドープにより動作するため，特性のチャネル長依存性が小さいことが予想される．そこで，本研究ではチャネル長の異なる電気化学有機トランジスタを作製し，その特性を評価した．

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繰り返し周波数可変のフェムト秒パルスレーザーを励起光源とした光電子顕微鏡を立ちあげ、ナノメートルオーダーの表面欠陥及び半導体ナノ結晶中の光キャリアダイナミクスをフェムト秒の時間分解で測定した．イメージング法により，単一のSiナノドットやSiナノワイヤ中の光キャリア寿命測定に成功している．ドットサイズやワイヤ直径，さらには，表面処理の光学特性への影響を調査している．

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ゲートスタック構造内のポテンシャル分布は電気的手法では測定は困難である。我々はバイアス印加硬X線光電子分光法を用いてPt/HfO₂/SiO₂/Siゲートスタック構造のポテンシャル分布を直接的に観測することに成功した。Pt/HfO₂界面で印加電圧に対応したポテンシャル変化が観測され、その起源はPt/HfO₂界面に形成したSiO₂由来と結論した。

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これまで困難であった空準位と電子親和力の新しい測定法を開発した。従来の逆光電子分光法は、測定法として原理的には優れているが、分解能が低く、電子線照射により有機試料の損傷が避けられないという欠点があった。本研究では、近紫外光をバンドパスフィルターで検出することで、分解能を従来の2倍に改善することに成功した。また、低エネルギー電子を照射するため有機試料の損傷がなく、特に有機半導体の測定に適している。

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NO2吸着した水素終端ダイヤモンドは非常に高濃度の正孔が生成し、その表面上にALDでAl２O3を堆積させると、正孔を熱的に安定化できる。これは、ダイヤモンドFETで応用され優れたデバイス特性を示した。この機構を明らかにするために、シンクロトロン放射光XPS/UPS測定を行った。その結果、ギャップ内に電子状態が観測され、酸素ピークも観測され、我々のこれまでの実験、理論結果と矛盾しない結果が得られた。

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真空・表面学術合同講演会がつくばにおいて開催されるこの機会に、つくばの NIMS に WPI 拠点の一つとして６年前に設立された私どもの国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 （MANA） が日頃から掲げているナノアーキテクトニクスの概念について、最近のトピックスを含めて述べたい。

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The one dimensional structure of Semiconductor material has attracted wide attention. The reason for this extensive interest is to realize new capability, advanced concept elements, which have unprecedented physical properties that are not prevalent in bulk or two dimensional structures. We have realized almost perfect single crystal property by self assemble technique without using catalyst. We intend to apply this NR to various IT applied devices. One of notable results is that LED can be made by just bringing NR into contact.

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家庭用燃料電池が急速に普及し一般用の燃料電池自動車が2015年には世に出る情勢に鑑みて、固体高分子形燃料電池（PEFC）のカソード触媒（反応抵抗は水素酸化より酸素還元の方が大きいのでカソード触媒開発が重要）の開発動向を述べる。すなわち、カソード触媒で主に着目されている数種の触媒系のそれぞれの長所と短所を述べると共に、腐食環境に晒される炭素を使用しない新規なガス拡散カソード触媒電極を紹介する。

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エネルギー問題を解決するには高効率な創エネ・省エネ・蓄エネ用グリーンナノデバイスを開発する必要がある。ここでは創エネ・省エネ・蓄エネデバイスとして燃料電池触媒、グラフェンFET、Liイオン電池を採り上げ、放射光を用いた表面・界面電子状態解析の結果について述べる。さらに電子状態とデバイス特性との相関から、デバイス特性向上の提案を行うとともに、デバイス動作中のオペランド解析の重要性についても議論する。

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エネルギー問題と真空・表面科学について、近年研究開発が進むプリンテッドエレクトロニクスの観点から議論する。

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減圧CVDにおける希釈原料ガスの分圧決定機構を実験的に検討した。分圧決定には、CVD容器内の圧力は全く関係せず、現実に真空排気が行われている真空ポンプの吸気口における圧力（真空度）が分圧決定要因であることを明らかにした。

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Significance of standardization in an era of global competition is discussed with focus on the topic of nanotechnology as an typical example.

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Understanding the surface and interfacial phenomena has been one of the main research issues not only in semiconductors but only in life sciences.  I have been trying to meet the atomic scale surface and interface analysis challenges from semiconductor industries and furthermore to extend the application scope to biomedical areas.  In this presentation, I’d like to report our recent ion beam based activities and future challenges on TOF medium energy ion scattering spectroscopy for nanostructured materials analysis and bio-SIMS for cell and tissue analysis.  

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The electron inelastic mean free paths are the key parameter for surface electron spectroscopies. Then, we have calculated them from measured or calculated energy loss functions of the target materials with relativistic FPA for elementals solids and compounds semiconductors over 10 eV to 200 keV. We also calculated mean escape depths of photoelectrons from elemental solids excited by linearly polarized X-rays over the 50 to 10,000 eV energy range for high-energy XPS from calculated IMFPs with MC method.

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SPM had been recognized as an imaging technology with an atomic resolution since STM was first introduced in 1981. Since then its capabilities have been expanded to spectroscopy and nanofabrication due to invention of an AFM in 1986, a SNOM/NSOM in 1988. This novel technology is now strengthened with more than 30 SPM-based methodologies.  In this talk there are two issues to be presented. i) detail information on SC9 activities so far achieved  ii) how these standardization activities may affect the industrial society. 

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 Inter national standard of vacuum technologies are discussed and developed at ISO/TC112. Japan (JISC) and Korea (KATS) are the  project member (P member) of ISO/TC112. The working group 2 (WG2) in ISO/TC112 covers vacuum instrumentation. The ISO regulation for vacuum measurement instruments were developed as follows; ISO 3529-3 ，ISO 3567 , ISO 27893 ,  ISO 27894 , ISO 14291.  Recent trend and next plans for the development of international standard of vacuum field is reported.

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A flow-control system by mass flow-meter (MFC) has been developed at KRISS. The system is intended to calibration of vacuum gauges in the pressure range 1 Pa ~ 133 Pa by comparison method. We will introduce basic characteristics of the system including; i) the design and construction of the system, ii) the generation of stable pressures by MFC in the chamber, iii) achieving high upstream pressure limit by installing a short duct in the by-pass pumping line, and iv) measurement of time constant etc.

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原子レベルで様々な金属、半導体上の電気化学反応を解明してきた。その現状と将来展望について述べる

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表面の低次元物性、動的過程の研究例として、Rashba型スピン軌道相互作用による非磁性半導体表面におけるスピン偏極、表面におけるパイエルス型相転移の微視的機構などについて述べる。

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ルチル型TiO2結晶の(110)表面は、通常(1×1)構造が形成されるが、超高真空下1100K程度で焼鈍すると(1×2)構造が現れる。この原子配置については、X線や低速電子線回折実験、理論計算等の報告があるが未決定である。本研究は反射高速陽電子回折法を用いて、(1×2)構造解析を行った結果を述べる。

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水クラスターイオンは空気中でのコロナ放電により発生させることができ、滅菌効果や保湿効果があることが知られている。しかしながら、その詳細な機構や水クラスターイオンの性質は十分解明されていない。そこで、本研究では、多重内部反射型赤外吸収分光法（MIR-IRAS）を用いて、正負の水クラスターイオンのシリコン酸化膜表面上の吸着・脱離過程、また、酸化膜表面上のタンパク分子に及ぼす影響を調べた。

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これまでに我々のグループではTEMを用いてMEMSのシリコン対向探針で形成した単一真実接触部の凝着・せん断現象の直視観察に成功しているが、せん断過程の動力学には未だ不明な点が多い。そこで先ず、一定速度のせん断過程の分子動力学シミュレーションを行い、得られた真実接触部の形状とせん断力の時間変化を実験と比較する。次に走査速度を変化させて、せん断力の走査速度依存性や接触径の待機時間依存性を議論する。

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これまでの我々のC₆₀分子ベアリングの研究では主にグラフェン層の並進運動に着目して超潤滑特性を議論してきた。そこで本研究では、グラフェン層を回転運動させて、各回転角度に対するC₆₀分子の挙動とグラフェン層が受けるトルクを数値シミュレーションにより解析して超潤滑特性を調べた。また、グラファイトにおいても同様のシミュレーションを行い、C₆₀分子ベアリングの超潤滑効果と比較した結果を報告する。

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我々のグループはこれまでに超潤滑フラーレン分子ベアリングの作成およびその超潤滑特性の測定に成功している。本研究では、グラフェンシートに欠陥（穴）が存在する場合、C₆₀分子が欠陥を通過してフラーレンベアリング構造を形成するには、欠陥が最低どの程度の大きさでなければならないかを評価した。また超潤滑特性とフラーレン分子の挙動メカニズムの欠陥のサイズ依存性を解析した。

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有機分子固体を使った太陽電池では、高効率を目指し最適な分子種や構造の探索が行われている。この系での励起子の熱的な遅い解離は準古典的マーカス理論に基づて理解されるが、結晶性の良い系や鎖状へテロ分子固体では、非散逸で量子的な速い解離過程が出現すると期待されるが、未だその理論は存在しない。そこで我々は、1次元モデルを用い、電子正孔対波束の時間発展計算を行い、界面での量子的な励起子解離過程を調べた。

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Fe₂P(0001)面の電子状態を共鳴光電子分光法で測定した。価電子帯スペクトルは0-4 eVのFe 3d-P 3p混成バンドと6-8 eVのサテライトピークから構成される。メインバンドの積分強度を光エネルギーに対してプロットすると、53 eV付近で極小となる。これはよく遮蔽された終状態を持つFe 3dの光電子放出に特有の現象であり、メインバンドがFe成分を含むことを示唆する。

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近年グラフェンは、各種デバイスへの応用が期待され研究が進められている。グラフェンを部品としてナノデバイスを組み立てる場合、必ずある位置からグラフェンを引き剥がして特定の位置に移動させ、再度吸着させる過程が必要となる。本研究では分子シミュレーションで単層グラフェンの引き剥がし-吸着過程に現れる原子スケール摩擦を求め、グラフェンのサイズと配向角度が摩擦に与える影響について議論する。

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