新材料的探索是物性调控研究和器件应用的基础。二维量子材料包含了金属、半金属、半导体、绝缘体、超导体等，展现出诸多新奇的物理性质，有望被应用于新原理超低功耗电子与光电子元件中。我们利用多种生长手段，获得高质量和高结晶度的二维量子材料, 并利用光学、电学、探针技术等表征手段探索磁电耦合、关联效应、超导、近邻诱导以及奇异拓扑等新奇物性；对于展现了应用潜力的材料，我们结合化学气相沉积法(CVD)等生长手段，探索面向器件应用的大面积生长与集成工艺。

求解复杂量子体系的基本物性和演化规律已经远超目前最先进计算机的计算能力，而量子模拟器为解决这类问题提供了新的实验手段和平台。二维层状材料及其异质结因其丰富的物性和出色的可调性，是开发可高密度集成、高度可调和易于读取的固态量子模拟器的理想平台，为模拟复杂量子体系性质（例如量子相变与量子临界行为、量子涨落等）的可控演化、理解其演化规律提供前所未有的机会。

二维量子材料是后摩尔时代被寄予厚望的基础电子材料之一。如何利用二维量子材料独特物理性质的产生与调控机制来设计新原理信息器件是一个重要的科学问题。我们重点关注二维量子材料以及异质结材料中电荷、自旋、能谷、层间序、拓扑序等物理自由度，利用外场的调控规律，设计和实现新原理电子与光电子器件。

人脑是我们已知的宇宙中最复杂的智能主体，也是自然界中最完美的信息处理系统，具有自适应、不断学习和高度并行计算等能力，同时功耗极低（仅约20瓦左右）。这主要源于其独特的物理结构，以及不同类型细胞的特定功能。通过高逼真模拟人脑的结构和功能，模拟人脑信息处理的方式，有望在未来实现高度智能和极低功耗的“类脑计算系统”。我们围绕低维量子材料的独特性质与结构，从信息探测和同步处理、信息编码、信息的深层次加工和理解等方面开展器件与系统层面的类脑计算研究。