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石川・佐藤研究室では、レーザー光が原子・分子・固体に引き起こす効果とその応用を、理論とコンピューターシミュレーションによって研究しています。2018年のノーベル物理学賞の半分は「高強度超短光パルスを発生する方法」に授与されました。その主要な応用の中に「高強度場物理とアト秒科学」「産業・医療用高強度レーザー」が挙げられています。石川・佐藤研究室では、これらの分野に取り組んでいます。分野や専門の壁、理論と実験の垣根を超えて、ハイレベルな研究を行うみなさんをいつでも歓迎します。

高強度のフェムト(10-15)秒レーザーパルスを原子や分子に照射すると、きわめて非線形で興味深い振る舞い（高強度場現象）をみせます。私たちは、高強度場現象を量子力学に基づく第一原理計算で研究しています。量子化学の手法を発展させ、強励起やイオン化が起こる時間変化をシミュレーションする独自の手法とプログラムを開発しています。最終的には、非常に短い時間スケールでの電子の動きを観測したり、自由自在に操ったり、化学反応を制御したりする究極のテクノロジーを目指しています。

近年、高強度のレーザーが引き起こす現象の研究対象は固体へと広がり、急速にホットな研究分野になっています。私たちは、高強度レーザーと固体の相互作用を、時間依存密度汎関数理論などを用いて研究しています。バンド構造や電子相関をプローブする新しい物性計測・制御のツールとして発展が期待できます。また、スマホ製造や、自動運転、IoT、AIチップに必要とされる半導体の製造には、レーザー加工が不可欠です。シミュレーションと人工知能で最適な加工パラメーターを提案できるレーザー加工シミュレーターの開発を目指しています。