原位电子显微学
发展原子级原位透射电子显微技术，能够在原子尺度上研究低维材料的结构演化和物性，从而揭示其量子行为和其他新奇现象的微观机制。课题组主要关注以下两个方面：
（1） 强关联体系的基本物理问题：量子输运和原子尺度电子结构的对应关系，多自由度的耦合效应，以及多场调控
（2） 高效能量转换和能量存储机制：原子结构和电子结构在界面反应过程中的协同作用，表面、原子占位以及缺陷在物理和化学反应中的作用，诱导性质转变的结构相变等。该项目有望在以新能源应用为导向的基础研究中取得重要突破。
新型电子显微成像
现代材料科学的研究范式离不开对于材料原子结构的精准表征，材料的物理化学性质都与它的原子结构息息相关。费曼在1959年物理年会的演讲中曾提到过一个著名的论断：“分析任何复杂物质都可以是非常简单的：只要看那个材料的原子在哪儿。”如何以超高精度表征材料的原子结构是当代物质科学的关键挑战之一。其中，电子显微镜在材料表征领域发挥着不可替代的作用。近些年，随着球差矫正器、新型电子成像探测器等硬件设备不断推进，众多国际前沿电子显微实验室将发展新型成像方法放在首要位置，新成像方法的突破往往带来材料科学研究的一系列突破。
我们将围绕“三维原子成像方法及其材料物理研究应用”开展研究，结合深度学习技术以及新型探测方法，发展新型三维原子成像方法，比如基于人工智能（深度学习算法）的高通量图像处理，4D-STEM、4D-EELS等技术与AET技术的结合，进行全方面、多维度的材料科学研究；
低维材料制备与性能
低维纳米结构的可控生长、合成和性能调控，包括轻元素材料氮化硼（BN）及三元硼碳氮（B-C-N）二维原子级层厚的薄膜和纳米片、金属氧化物薄膜、
金属等离激元氮化物纳米结构和其他相关的量子材料。研究方向主要有以下几个方面：
（1） 原子级层数的三元相硼碳氮（B-C-N）的控制生长及其新颖的光/电性质探索
（2） 二维氮化硼（BN）纳米片的子晶格选择性掺杂和表面功能化化学修饰，自旋极化调控和π电子磁性
（3） 过渡金属等离激元氮化物（如氮化钛（TiN）和氮化锆（ZrN））纳米颗粒的高温控制合成，以及构筑相关的金属-半导体异质结，以研究其在能量存储和能量转换（如水分解和氮还原等）的催化过程中的载流子动力学过程
研究介绍
低维结构（包括材料的表面和界面）具有新奇的物理特性和内禀的量子行为。低维结构的涌现，在基础研究和器件应用研究中引起了广泛的兴趣。然 而，目前对低维结构的原子尺度可控生长和结构-物性表征等研究依然面临挑战。其中，研究材料的性质和原子/电子结构之间的关联，是凝聚态物理研究中的 一项重要内容。原位透射电子显微镜的强大之处在于它能够直接建立二者之间的关联。基于课题组之前在低维结构纳米材料的制备、性能及原位实验的研究，我 们将致力于发展新的原位透射电子显微技术来探测低维结构中新兴的物理现象。
课题组的研究方向主要包括两部分，一是低维结构的可控生长及其性能的研究；二 是通过发展新的可用于原位透射电子显微镜的物理操纵手段和各种物理性质的测量仪器，来研究低维材料的量子输运和新奇的现象。