石墨烯器件：1）通过增强自旋轨道耦合，并引入自旋交换场，在石墨烯的狄拉克点打开能隙，以具有能隙的石墨烯自旋耦合体系作为导电沟道构建场效应晶体管器件，探索具有高开关电流比的场效应晶体管。2）以石墨烯作为导电沟道，通过铁磁绝缘体衬底（如 EuO）的交换作用调控石墨烯电子自旋取向，探索基于石墨烯的自旋场效应晶体管。

热电器件：1）在热电器件中引入量子点或量子阱而增加对声子的散射，从而极大有效降低热导率，增强热电优值。2）通过设计器件结构，增强电子-自旋耦合、自旋-轨道耦合、自旋熵增强热电效应。3）利用低维化增强边界对声子的散射降低热导率，实现提升热电转化率的目标。4）利用多层膜技术，通过多种热电材料的复合，拓展最佳热电优值的工作温区。

超导与拓扑相关器件：探索在强耦合量子材料中实现 Majorana 费米子， 为拓扑量子计算提供原型器件，实现 Majorana 费米子途径将包括： 1）通过适当的掺杂在拓扑绝缘体中探寻超导电性，从而替代原有的超导体与拓扑绝缘体的异质结构，在单一结构中实现 Majorana 费米子，从而大大简化器件制备工艺。2）通过研究非常规超导体，探索其非平庸的拓扑表面态，并在其表面实现 Majorana 费米子。另外，我们还将在之前研究的强耦合拓扑绝缘体和非常规超导体中寻找材料作为实现以上原型器件的研究基础。

复杂氧化物器件：1) 制备锰氧化物超薄膜，利用外场控制其铁磁金属相和反铁磁绝缘相的电子相分离，实现预期的器件电路。2）利用具有与太阳光谱匹配的能隙的氧化物（比如 LaVO3 和 LaFeO3）作为极性层，设计基于极化/非极化 氧化物异质结的太阳能光伏器件。3）利用二维电子气作为两个磁性接触的源极和漏极之间的导电沟道，以磁性氧化物 La1-xSrxMnO3 作为铁磁接触，注入 100% 自旋极化的电子，通过强 Rashba 自旋-轨道耦合，用栅压对自旋进动进行有效地调制，从而实现自旋场效应晶体管。