在凝聚态物理中，电子扮演着很重要的角色。材料中的电子在电荷、晶格、轨道、自旋等各种自由度的相互作用下衍生出多种奇异的电子态，例如高温超导、自旋和电荷密度波、磁和轨道有序等等。这些奇异电子态表现出丰富的物理性质，并成为各种实用的功能材料。
本课题组利用角分辨光电子能谱技术来研究凝聚态体系中各种奇异的电子态，并对电子态进行设计和调控。角分辨能谱（ARPES）是研究材料微观电子态性质的强大实验手段。利用光电效应的原理，我们用深紫外光照射样品，并探测出射的光电子（图一）。通过分析光电子的动量和能量等信息，我们可以获得体系内部电子态的各种性质。这其中包括材料的费米面、能带色散关系、准粒子寿命、电子电子相互作用、 电子波色子相互作用等等（图二）。目前这一技术仍在快速发展中，自旋、时间、实空间等各种维度的加入和发展，将会使角分辨光电子能谱技术在凝聚态物理中扮演越来越重要的角色。
图一：角分辨光电子能谱原理示意图。 图二：测量得到的材料电子结构3D示意图。
除了理解电子态的各种奇异性质，如何适当的调控，使之成为实用的功能材料是十分重要也是十分困难的问题。由于材料中各种相互作用的竞争，一点点的扰动会对电子态产生巨大的影响。电子态的调控通常通过三种方式进行，首先，对于块体材料，我们可以利用温度、压力、载流子掺杂、磁场、缺陷等方法调控电子态的性质。其次，利用分子束外延生长系统（MBE）进行薄膜生长，可以精密的控制薄膜的生长速度，达到单层控制级别的生长。同时由于其外延生长的特性，可以利用衬底来调控薄膜性质，生长出各种所需要的非稳定相。最后，在块材或薄膜的表面，我们可以进行气体吸附、离子吸附、气氛退火、电化学等处理方法，来改变其性质，对表面处的低维电子态进行调节。