本研究组致力于凝聚态物理、表面物理方向的实验研究。我们专注于自主开发具有超高时空分辨率的尖端扫描探针显微镜（SPM）技术，包括光学/电学泵浦-探测扫描隧道显微镜（STM）和 qPlus 型原子力显微镜（qPlus-AFM）等。利用这些技术不仅可以对单分子、二维材料和强关联材料的形貌、电子态、振动态、自旋等静态性质进行原子尺度的探测，还能同时在原子级空间尺度——飞秒级时间尺度上，对电子激发态、电荷转移动力学、自旋动力学等非平衡态进行极限探测，即拍摄“原子级的超快电影”。毫无疑问，这将为我们开启通往全新领域的大门。

1. 发展具有时间分辨能力和与光谱技术相结合的扫描探针显微技术

分子或固体的非平衡态在物态相变（如电荷密度波、超导）、光物理和光化学变化、光伏转换等领域中起着关键作用。对非平衡态的探测和控制对于理解和操纵电子与能量转移的基本过程至关重要，但面临着巨大的挑战。基于超快激光的光学方法在探测各种非平衡态方面展现出卓越的能力，例如已取得多次诺贝尔奖的飞秒、阿秒激光技术。然而，衍射极限使光学方法难以突破空间分辨率低（可见光约 1 微米）的困境。与之相对，扫描探针显微镜技术（如 STM 和 AFM）提供了原子级超高空间分辨率的优势，但其时间分辨率较差（毫秒到微秒级），因此多局限于研究物质的基态性质。

为了打破这一限制，我们将开发同时具有超高空间分辨率和超高时间分辨率的尖端SPM技术，如电学泵浦-探测 STM/AFM 和光学/太赫兹泵浦-探测 STM/AFM。此外，我们还会将 STM/AFM 与荧光光谱、针尖增强的拉曼光谱等光谱技术相结合。这些技术将提供有关分子和固体的前所未有的信息。

2. 单分子、二维和强关联材料的超高分辨率成像和谱学分析

材料中广泛存在纳米或原子尺度的无序（disorder），如空位、掺杂、畴界、边缘、摩尔纹等。这些无序可能会严重影响材料的电子、光学、磁学和热学特性。因此，揭示它们在这些过程中的作用非常重要，但这需要纳米甚至原子级的空间分辨率。我们将利用尖端的 STM 和 qPlus AFM 技术，以原子甚至单化学键分辨率研究各种无序如何影响单分子、二维和强关联材料（如二维过渡金属硫化物 (TMD)、魔角石墨烯、高温超导、拓扑绝缘体等）的电学和光学特性。

3. 探究原子尺度上各种非平衡态的动力学特性

利用以上各种尖端技术，我们将以纳秒或飞秒级时间分辨率和原子空间分辨率直接在实空间研究各种非平衡态的动力学。例如，单分子的激发态、单原子和分子的自旋动力学、二维半导体中的载流子动力学、超导体和拓扑绝缘体等材料中的电荷/自旋/声子/极化子等。