物質の材料は「原子核」と「電子」だけ

私たちの身のまわりにある物質は、実に多様な性質を示します。これを物性といいます。あるものは電気を流しやすく（金属）、またあるものは磁石になります。色や硬さなど様々な側面からみても異なる性質を示す物質たちは、星の数ほど存在するようにも思えます。

しかし、そうした身のまわりの物質は、実は「原子核（陽子と中性子）」と「電子」だけからできています。たったそれだけの材料から、驚くほどの多様性が生じるのが物質科学の面白いところであり、私たちの生活は多様な物性に支えられています。

粒子の相互作用でどんな物性が現れるのか

多くの粒子が互いに相互作用（引きつけあったり、反発したりすること）をした結果、どんな物性が実現するかは、極めて難しい問題です。そのため、私たちが「こんな性質を示す物質が欲しい」「この物質はどんな性質を示すだろう」ということを知りたいときは、実験をして調べたり、あるいは計算機シミュレーションによってその情報を得たりします。

電子の広がりに注目

私の専門は、計算機シミュレーションによって、物質の性質を明らかにすることです。しかし、やみくもに調べるには（幸か不幸か）物質の種類は多すぎます。そこで私は、「物質のなかで電子がどんなふうに広がっているか」に注目して計算対象を選んでいます。

例えば、他の電子がたくさんいる方向に分布する電子は、電子間の反発のために高いエネルギーを感じるはずです。元素ごとに、そのまわりに分布する電子の数や広がりは異なりますから、原子種を変えて物質設計をすることで、特定の電子状態のエネルギーを選択的に制御することができます。

また、特定の方向（x軸としましょう）によく広がっている電子は、y軸やz軸の方向には流れにくい一方で、x軸方向へは集中的にたくさんの電子が流れることになります。電子の広がる方向を次元性という言葉で表すこともあり、この例は一次元的な電子状態といえます。こうした電子の広がりを制御する方法を理論的に提案し、そこから高機能物性が生じる可能性を調べています。