本课题组致力于二维材料自旋电子学、谷电子学、范德华异质结扭角电子学的研究。研究目标是探索新型二维材料自由度(电子自旋、能谷、电荷)的特性，并利用它们为载体，通过外加光、磁、压力、电、温度、超快等条件调控器件的基本物理效应，以开发这些自由度在新一代新型信息器件中的应用。具体研究领域如下：
（1）新型材料自旋电子学及自旋器件的应用
• 研究目标旨在拓展自旋材料的备选范围，通过先进的微纳加工工艺和材料改性手段，制备石墨烯人工周期结构和新型二维材料的自旋量子器件，探测石墨烯纳米结构和黑磷的自旋输运特性，探索并揭示其自旋弛豫机制；有望实现石墨烯纳米结构和黑磷自旋场效应晶体管。通过以上研究，能澄清新型二维晶体材料的自旋弛豫机制，建立超快自旋动力学和瞬态量子输运的理论，为新的二维材料的自旋电子器件的应用奠定基础，推动自旋电子学的发展和创新，具有重要的科学意义。
（2）新型能谷材料谷电子学及谷器件的应用
• 研究目标旨在拓展谷材料的备选范围，采用先进的微纳加工工艺制备谷自由度量子器件，通过光、电、磁场等外在条件打破谷之间的简并，并使之谷极化，探索其弛豫和退相干机制，实现谷量子器件中的谷和自旋霍尔效应，并提供其在信息存储领域应用的可能性。本项目的研究，有助于深刻理解谷自由度的弛豫机制，谷电子动力学的微观机理和提高谷材料激子发光的寿命，得到第一手实验数据，为新的谷自由度量子器件的应用奠定基础，推动谷电子学的发展和创新。
（3）二维材料光电特性及应用
• 研究目标旨在探索新型二维材料纳米结构光电特性及其潜能的应用，探索电子-光子-声子之间的相互作用机制，推动纳米光电器件商业化进程。本项目的研究，有助于深刻理解新型材料光电转化机制，电子-光子-声子微观机理和弛豫机制，得到第一手实验数据，为纳米光电量子器件的应用奠定基础，推动纳米光电子学的发展和创新。
（4）新型功能材料设计、制备及应用
• 拟通过原子尺度可控裁剪人工控制二维材料的自旋轨道作用。如在石墨烯纳米带（graphene nanoribon）和纳米洞（graphene nanomesh）中由人工加工石墨烯的纳米周期性结构达到调制自旋-轨道耦合作用，其自旋特性不仅能调节，甚至可通过与原子或其他2D材料结合进行定制。如石墨烯结构中消失的一个碳原子或空位都将产生自旋极化电子，由键上剥离四个电子，其中三个形成 “悬挂” 状态， 同时两个悬挂键将产生磁矩。
