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利用量子力学和计算方法，对凝聚态系统进行理论建模和数值模拟，旨在理解材料内部电子、晶格或自旋之间的相互作用，并预测材料的电学、磁学和光学等性质。研究方向包括：电子强关联理论、多体物理计算、量子多体动力学、非微扰理论、量子场论、第一性原理计算、计算材料物理。

半导体量子材料调控是指对具有量子效应的半导体材料（如量子阱、量子点以及二维半导体材料等）的结构和电子性质进行精确控制，从而实现特定的物理功能，为新一代电子器件、光电器件、量子信息技术以及低功耗芯片的发展奠定基础。研究方向包括：半导体材料与物理、太阳能、光电物理与器件、低维量子材料与器件、低维材料光谱学。

超导与量子磁性研究主要探讨材料在低温或特殊条件下表现出的超导现象和量子磁性行为，有助于深入理解物质的基本物理规律，同时为新型量子器件和先进信息技术的发展提供重要基础。研究方向包括：高温超导材料、超导物理与器件、量子输运、利用中子散射技术研究强关联系统、磁性量子体系、自旋电子材料。

由于空间维度受限，低维材料中的电子运动受到强烈的量子限制效应，常表现出许多不同于传统三维材料的独特量子现象，例如量子霍尔效应、强关联电子行为、任意子等。研究方向包括：二维材料物理、二维量子器件与输运、二维磁性、关联电子材料、非常规超导、强关联氧化物、角分辨光电子能谱。

拓扑超导量子物态调控是凝聚态物理与量子信息科学的交叉领域，其核心目标是寻找、实现并操控一种特殊的量子态——拓扑超导态，进而基于此开发对环境噪声具有免疫能力的容错量子计算。具体研究方向包括：扫描隧道显微学、界面与低维超导、拓扑物态与量子计算。