方向一：新兴磁电量子材料的生长制备、性能调控及应用

基于固体物质中电荷、自旋等多自由度竞争及其产生的磁、电等多种序参量的耦合竞争，新型磁电量子材料可演生出丰富的新颖物理效应，例如高温超导、多铁、拓扑相态和自旋液体等。此类演生效应将是发展自旋电子学、拓扑电子学和谷光电子学等未来信息技术、突破“摩尔定律”难题的基础。新型磁电量子材料的研究已成为当前材料与凝聚态物理领域的学科交叉前沿之一。但其成分多元、结构复杂的特点也导致这类材料的性能与制备工艺密切相关，这既是量子材料研究的难点之一，也为调控相关物理性能提供了可能。探索新型磁、电量子材料的制备（加工）工艺、结构、性能及其内在联系和规律便成为量子材料研究的一项重点内容和核心问题。小组以复杂多元化磁电材料的薄膜和单晶体的生长制备为基础，以晶体结构与界面结构的设计和可控制备为手段，广泛开展国内外合作、通过透射电子显微学、磁物性和电输运表征、中子衍射、(原位)同步辐射X射线谱学和第一性原理计算等现代手段着力探索新型磁电量子材料的结构、物性及其与制备工艺间关系和人工调控方法，并寻找这些新材料在电子、能源等领域的潜在应用。

在该方向，近年来以5d过渡金属铱氧化物、过渡金属硫族化合物等强自旋轨道耦合量子材料为主要研究对象，发展了亚稳结构复杂材料的外延生长技术，揭示了SrIrO3若干物性及调控规律，给出了该材料是半金属的首个输运实验证据，发现并解释了其中自旋轨道耦合作用的异常温度响应效应，提出并实现了利用自旋轨道耦合临近效应调控产生拓扑磁有序结构的设想。发展了单晶生长技术，生长出十余种高品质量子材料单晶体，促进了若干物理老问题的解决和新现象的发现。

方向二：凝固物理与先进材料液态成形

凝固结晶是固体材料形成的物理本质，是单晶生长等材料制备技术必须加以研究的基础物理过程。长期以来，以平衡态相变热力学和结晶动力学为基础的凝固科学研究取得了丰硕的成果，揭示了大量关于凝固过程中界面行为、组织和缺陷产生的物理现象，建立起了它们与热量、质量和动量传输过程等凝固工艺间的关联规律。随着现代显微表征技术和模拟技术的发展，凝固过程的探索在空间和时间上都将进入更加微小的尺度，以实验探索不同物理条件下凝固过程中原子、分子等结构单元的动态行为，从而了解结晶、玻璃化转变等液固相变行为赖以发生的结构基础和物理条件。