サブ10フェムト秒の極短パルス光を用いたポンプ-プローブ分光，時間分解ラマン分光，コヒーレント多次元分光を用い，反応に伴った分子の電子状態や構造の変化を極限的な時間分解能でリアルタイムに追跡することで，複雑分子系の反応や機能発現の必要十分条件を明らかにすることを目指しています．特に，極短パルスによって誘起されるコヒーレントな振動をプローブとして活用し，従来の理解を超えた光化学・光物理過程の新しい描像に迫ろうとしています．現在は，光受容タンパク質や光合成系の光反応初期過程，光電変換材料の励起子ダイナミクスなどに焦点を当てた研究を進めています．

室温・溶液中では分子の環境や構造は熱的に揺らいでおり，それは個々の分子の性質や反応性に大きな影響を与えます．こうした揺動する分子の状態を反映した，個々の分子本来の反応性を明らかにし，その多様性の起源を解明することは，タンパク質をはじめとする複雑分子の化学反応の機構を理解するために不可欠です．しかしながら，従来の方法では大多数の分子からなる集団の「平均像」の情報しか得られませんでした．私たちは，超高速分光法と単一分子分光法を融合させた革新的な方法論を開発し，分子1つ1つの個性を反映した反応ダイナミクスとその変遷（揺らぎ）を直接観測することを目指しています．

分子の周囲環境の性質や運動状態は，分子自身のエネルギー揺らぎと密接に関係しています．例えば非晶質固体では，一つ一つの分子の周囲環境が時間・空間的に変化しますが，こうした差異は多数分子の観測では平均化されてしまいます．一方，単一分子を個別に観測すると，環境のわずかな違いに応じて分子が異なる挙動を示すことが明らかになります．私たちは，この単一分子の振る舞いを数 nm 精度で捉えることで，材料のナノ構造を超解像でイメージング・評価する手法を開発しており，単一分子レベルの挙動とマクロな材料（分子集合体）の物性を結びつける新たな計測法・概念の創出に挑戦しています．

有機太陽電池（OPV）や有機EL（OLED）などの光電変換材料では，光照射や電流注入によって生成する励起子や電荷キャリアが光エネルギー変換の根幹を担っています．これらの担体が材料内部を移動・拡散する過程を理解し制御することは，デバイス性能の最適化に直結する重要な課題です．私たちは，こうした励起子の拡散過程を実空間かつ時間分解で，コマ送りのように可視化する独自の顕微分光技術を確立し，その光電変換材料への応用に取り組んでいます．また，材料内部の空間不均一性に起因する拡散特性の違いを位置ごとに解析し，局所物性と励起子挙動との相関を明らかにする研究にも応用しています．