光電子分光とは、物質内部の電子のエネルギー、運動量やスピンを得ることのできる計測手法です。周期的な構造を持つ結晶中においては、運動量の情報が量子状態を記述するうえで極めて重要になるのですが、これを直接的に得られる手法は限られています。私達は、レーザーや放射光など多様な光子ビームを駆使した光電子分光により様々な新物質の電子状態を計測し、その量子力学的な性質を解明するとともに、これからの課題解決に資する新しい物質機能の創出を目指しています。

ファンデルワールス力という弱い力で結合した層状物質をセロハンテープで何度も剥離してゆくと、最後には原子レベルの薄い試料が得られます。こうして作られた２次元物質シートは、それ自体が固体にはない物性を示すとともに、その重ね方次第で非従来型超伝導や特異な磁気・電気・フォノン特性など、これまでにない多様な量子現象の宝庫となっている可能性が指摘されています。ただし、このような試料はとてもサイズが小さく、これが正確な物性理解のボトルネックになっています。私達は、紫外レーザー光をミクロンレベルに集光した光電子分光により、２次元物質の電子状態計測に取り組んでいます。

物質中の非平衡状態においては、電子や原子、スピンやフォノンなどの微小な粒子や量子が高速のダイナミクスを示します。このような超高速現象の理解は、物質の励起状態を使った機能の創出や量子状態の制御を行ううえで極めて重要です。本研究室では、短パルスレーザーと電子分析技術を組み合わせることにより、時間分解電子回折、時間分解電子顕微鏡という計測系の開発に取り組んでいます。これを用いることにより、物質中の結晶、原子、イオンの運動やナノスケールの電子・磁気状態の変化などをフェムト秒～マイクロ秒の実時間で可視化し、物質状態制御の学理構築を目指します。