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主要从事计算材料科学领域的研究,从原子与电子层次出发开展材料性质预测和微观结构设计。发现对称性选择定则导致的量子输运性质,提出了基于石墨烯直接构筑基本器件单元的方案,并预测了多种组成简单的二维拓扑材料。提出了半导体材料反常表面金属化的氢桥键机制,发现超晶格调制可诱导新铁电相并提高压电性能。揭示了磁掺杂拓扑材料中的量子相变机制,发现其薄膜中的负双折射现象。两期国家重大研究计划项目的首席科学家,两次获国家自然科学奖二等奖,并获叶企孙物理奖。
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