总体科研目标为探索强关联材料和先进功能材料里多重自由度（即电荷，电子轨道，电子自旋和晶格）的相互作用以及它们对材料性质的影响，建立结构与物性的关系，从而在深层次上理解凝聚态物理，并且开发探索新材料以及材料的新性质。两个主要的科研领域如下：一，透射电子显微学（TEM）及其在强关联材料和功能材料上的应用与研究；二，超快电子衍射(UED)的技术发展及其在强关联材料和功能材料上的探索与技术发展。

一，丰富对凝聚态物理里材料结构的表征手段，并且发展透射电子显微技术。做为三个主要的研究材料结构的散射手段之一（另外两个是x-ray和中子散射），电子散射与衍射技术有鲜明的特点，并且可以很好地和其他的凝聚态物理技术结合在一起。TEM不仅做为显象的超级放大镜，而且可以在电子衍射和电子能谱图象等等方面深度发掘，展示其在实空间(real space)、动量空间(momentum-transfer space)和能量空间(energy space)等多维度探索能力，从而拓展TEM研究的宽度，提升电子散射/衍射技术的重要性并且为将来同步辐射光源的大仪器建设提供构想储备。团队计划将TEM硬设备和技术开发的能力结合起来，比如开发对电子衍射与电子能谱的分析，以及对变温条件下的大数据处理和分析等。将会集中攻关原位观测的能力特别是对低温状态的观测，实验的结果将会在很大程度上排除热扰动（或者加入热扰动），以此展开对电子态以及它们和晶格振动（声子）之间的关联研究。TEM里精细的电子探头使得对界面、缺陷和各种不均匀物理态的探测都达到原子级的表征，除了展现原子在实空间的分布，还可以直接观测有原子分辨率的电子结构 - 特别是在界面、缺陷和不均匀态的边界处，从而加深对相关物理现象的理解，更好地为这些材料构成的器件性质服务。

二，UED对强关联材料和功能材料非平衡态的观测与表征。在一大类强相互作用材料包括高温超导材料里，若干自由度是相互纠缠在一起的，平衡态的研究经常是针对物质结构和性质的综合改变而很难把不同自由度在物性中的作用解锁出来。而由于电子电荷和自旋、电荷和晶格、自旋和晶格的相互作用时间都差异较大，所以在超快时间尺度上的观测能够将不同的动力学过程直接展现出来。利用电子衍射对材料结构的敏感度和定量分析，并且结合激发-探索（pump-probe）技术，UED可以在飞秒到纳秒尺度上探测光激发和弛豫过程里晶体结构和电子结构的动态变化。这个方向的研究目前极其依赖样品的制备、数据的分析以及对光激发物理过程的理解，所以多个研究课题组的合作对这个方向的研究是必要而且关键的。

同时，利用TEM和UED两个观测技术，关注对已有材料的结构与性质的操控。一个是通过电子激发，近期的若干工作表明，电子辐照效应在某些材料里面的效应可以大到改变晶体结构的程度，同时材料的性质也发生相应的改变。二是通过光激发，利用激光脉冲瞬间的高能量或者特定的能量波段，探索可能的瞬态新结构与性质。光子和电子的激发是可以量化调控的手段，他们对材料结构和性质的操控是基础材料物理研究的领域，也是从另一个角度制造了“新”材料。