围绕当前低维物理及材料科学领域中的重大科学问题，结合自身特色与优势，团队的研究内容主要包括：
(1)纳米原子(分子)团簇
(2)二维手性
(3)水结构和氢键
(4)量子材料的物性及调控
(5)半导体热电材料
(6)分子自组装和有机薄膜
(7)磁输运和自旋电子学
(8)高温超导
主要科研成果
1. 发现了一种新奇的高密度二维冰。
利用低温生长方法在石墨衬底上制备出一种高密度的单层冰。与传统的六角冰不同，这种冰是由水六聚体自组装而成，类似于水的高压相冰II。实验发现这种单层冰具有良好的韧性，类似于二维原子晶体石墨烯。理论计算表明，石墨衬底能够对水分子施加有效的“压强”，从而形成高压相冰II。该结果为实验研究固体表面的高压效应提供了一种新手段。
Zhang, et al., Physical Review Letters 121, 256001 (2018)
2. 揭示出非常规超导的决定因素是相位刚度。
结合分子束外延技术及多种原位测量手段，对钾原子吸附的多层FeSe薄膜超导特性展开系统研究，获得了各种超导参数(超导能隙、转变温度和超流密度等)在调控作用下的变化。实验结果清楚地揭示出相刚度而非配对势是决定FeSe超导层超导转变温度的主要因素。
Yao et al., Physical Review Letters 123, 257001 (2019)
3. 熵工程稳定立方AgBiSe2及其热电性能研究。
通过往新型n-型热电材料AgBiSe2基体里固溶PbSe的方法，可以将AgBiSe2的高温面心立方相稳定到室温300 K附近，从而在其测试温度区间内有效地抑制了其结构相变，推动了新型I-V-VI2族化合物实际应用的前景。
Zhu et al., Advanced Energy Materials 11, 2003304 (2021)
4. 首次制备出外延生长的镓烯。
利用两步法在Si(111)基底上制备两个原子层厚的镓烯。第一层是具有重构的过渡缓冲层，第二层是类似于石墨烯的六角蜂窝结构。为了与Si衬底的晶格相匹配，镓烯在竖直方向上存在较大的皱褶。这是国际首次报道的外延生长的镓烯。
Tao et al., 2D Materials 5, 035009 (2018)
5. 发明新的移植单分子磁体方法。
发明了一套适用于溶液分子的柔性沉积方法，把含结晶水的单分子磁体Mn12完整地移植到半金属表面，在实空间观测了Mn12分子的电子态密度分布。该研究结果为实现单分子磁体的信息存储和量子计算提供了实验基础。
Sun et al., ACS Nano 7, 6825 (2013)