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本研究では、これまで電子線をプローブとして用いる高空間分解能光学特性評価に取り組んできた。可視光領域ではカーボンナノチューブの局所的な光学特性や、二次元材料(WSe2)一枚の励起子分散の計測に成功した。さらに赤外領域ではグラフェン一枚のフォノン分散関係を世界で初めて計測することに成功した。結果としてフォノン、エキシトン、プラズモンといった他の準粒子に関してもそのエネルギーと運動量を計測することが可能になった。これを踏まえ、本年度は準粒子同士の相互作用と、それらがもたらす各種物性への影響について実験的検討を行った。まず光子とフォノンとの相互作用であるポラリトンに関して、層数制御した六方晶窒化ホウ素を用いた実験を行った。電子顕微鏡の電子線路の調整、加速電圧の低減などを行い、0.03オングストローム-1の角度分解能で長波長限界での光学モードの挙動を捉えることに成功した。これによって長波長限界での横波モードと縦波モードの縮退の層数依存性などを明らかにした。また同様に高い角度分解能でグラフェンの光学吸収の分散関係を計測することで、理論的に示された電子状態密度との詳細な比較を行うなど、これまで理論的研究が先行していた基礎的物理現象の実験的検証を行った。これらの実験結果を踏まえた理論構築を目指して密度汎関数法を利用した計算を国際共同研究の枠組みの中で行った。
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