東京大学のグループと東北大学のグループは共同で，単原子層グラフェン特有の性質で，電子の質量がゼロに相当する状態（“質量ゼロ”）を直接観測することに成功した。これにより，質量ゼロの電子の振る舞いが，1つの光子に対して複数の伝導電子が発生するグラフェン特有の光応答現象に対応することも分かった。

グラフェンはダイヤモンドと同じ炭素原子から構成されているが，その構造も性質もまったく異なる。グラフェンとは炭素が蜂の巣状に並んだ2次元の単原子シートであり，電気を通す性質がある。

この性質の背景には，電気を伝導する電子の質量がゼロであるという特異な電子状態が存在し，近年，グラフェンの特異な電子状態を利用したデバイス開発が精力的に進められている。しかし，グラフェンの“質量ゼロ”電子を反映した超高速の電子状態はこれまで直接確認されたことがなかった。

研究グループは物質の電子状態を直接観測することのできる光電子分光法の時間・角度分解測定を実施した。紫外線よりも短い波長の光を照射すると電子が放出される。これに角度分解測定を行なうことで物質中の電子の運動量分析ができ，さらに時間分解測定も実施することで電子の振る舞いをリアルタイムで追跡することができる。

グラフェンの時間分解光電子分光測定は過去にも実施されていたが，レーザ光源として紫外線領域のものが用いられてきた。グラフェンの物性を支配する“質量ゼロ”の電子は，物質中で“K 点”と呼ばれる高い運動量を持っており，これまでの紫外線レーザによる実験ではその運動量領域をカバーすることができなかった。

東京大学物性研究所附属 LASOR センターでは紫外線よりもより波長の短い真空紫外線を発振する高次高調波レーザを開発した。このレーザを用いれば広範囲の運動量領域の測定も可能となる。

研究グループは，今回この高次高調波真空紫外線レーザを用いてグラフェンの“質量ゼロ”の電子の時間・角度分解光電子分光測定を実現し，その非平衡状態の直接観測に成功に至った。

グラフェンを用いた次世代の光学デバイス開発では上記“質量ゼロ”電子を反映した超高速の状態を前提にしている。この研究によりその状態の存在が裏付けられ，さらにその特性評価が行なわれた。

特にグラフェンは原子レベルの構造体として微小素子となる特徴もあるので，光通信やレーザなどの光学技術の分野にて注目されている。この研究で得られたデータは今後の開発に重要な役割を果たすと期待される。