石墨烯及类石墨烯体系研究：1）通过对石墨烯进行掺杂（包括 F，H 以及磁性离子），引入磁矩，通过控制掺杂浓度以及栅压调节，最终获得具有室温铁磁性的石墨烯。2）利用重金属原子掺杂和铁磁绝缘衬底，大幅度增强石墨烯中的自旋轨道耦合，研究由此导致的体能隙及相伴随的边缘态。3）利用低温强磁场下的输运测量，并结合栅压等调控手段，探索其量子输运行为，实现基于石墨烯的量子自旋霍尔效应和量子反常霍尔效应。4）通过精确控制生长动力学，获得周期性掺杂的石墨烯或石墨烯合金，研究其电声子耦合、谷间散射以及其他强耦合导致的量子效应。5）通过剥离或者外延生长的方法，制备基于 P、Ge 等元素的具有类石墨烯的蜂巢状单原子层结构以及这些结构的面外和面内的异质结，系统研究这些新型二维人工结构的量子效应。

氧化物人工低维结构研究：1）制备具有原子级平整度和原子层数精确控制的过渡金属氧化物人工异质结构，探索氧化物界面的可能新奇二维电、磁量子基态和量子过程，比如界面二维电子气体/液体和量子霍尔效应，界面铁磁性、界面超导性。2）制备氧化物多层膜，如有结构失配的 Co 基和 Ti 基氧化物薄膜等，探讨界面对电子结构、晶格振动、自旋耦合和自旋熵的影响，进而优化氧化物界面对体系热电物理性质的增强效应。