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新计算方法的发展
（1）强关联体系模拟方法；（2）新的输运计算方法与GPU加速；（3）材料结构预测方法；（4）大规模分子动力学；（5）辐照效应模拟。
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磁性及轨道物理
过渡金属化合物因其复杂和丰富的磁学和输运物理性质以及各种应用而受到人们长期和广泛的关注，探讨这类材料中电子的电荷态、自旋与磁性及轨道属性之间的相互耦合与相互作用是理解其复杂物性的重要途径。我们对过渡金属化合物的电荷、自旋和轨道属性开展模型解析与第一性原理计算研究，不仅解释实验发现的丰富物理现象的内在物理机制，而且预言新的电子关联现象。
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超导电性与机理
非常规超导电性的机理研究以及新型高温超导材料的探索是物理学最重要的前沿问题之一。这类体系中由于存在电荷、自旋、轨道、晶格等多自由度竞争和低维性，呈现出非常丰富的物理相图和物理性质，对实验和理论提出了极大的挑战。我们课题组对高温超导材料进行了深入的理论研究，为新型超导材料的实验研究与应用提供了重要的理论基础。
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纳米与分子电子学
纳米与分子电子学是凝聚态物理中的一个重要前沿分支，它基于单个纳米结构或分子的独特性质构造电子器件。我们利用密度泛函理论以及非平格林函数方法进行具有特定功能的各类纳米结构和器件的模拟与设计，相关研究对未来电子电路发展和环境检测等方面具有重要的意义。
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半导体光电特性
半导体光电材料作为极具代表性的新能源转换材料，是目前能源科学研究的热点和重点，在太阳能电池、光探测器、激光器以及发光二极管等器件方面有着重要应用。我们通过理论计算来研究新型半导体材料的光电性质并探讨其物理机制，为设计高效能的新型光电器件提供物理基础。
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表面与界面物理
表面和界面的研究是凝聚态物理重要的方向之一。大多数物理和化学过程是从表面/界面开始或以表面/界面作为载体进行的，如表面氧化与钝化、表面催化等。表面的微观结构对半导体电子器件的工作性能的重要影响。我们的研究着眼于运用数值模拟方法从原子分子的尺度上探讨表面/界面的微观过程，揭示微纳尺度上原子分子的运动规律。
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Cu基太阳能电池
Cu基太阳能电池是目前效率最高的薄膜太阳能电池。电池多层膜结构的复杂性决定了电池效率受到诸多因素的影响。我们从理论的角度探讨最有希望的两种吸收层材料Cu(In,Ga)Se2和Cu2ZnSn(S,Se)4中的缺陷以及表面界面对电池性质的影响。此外，我们还以宽带隙I-III-VI2半导体为基底，设计新的中间带材料以扩宽光吸收范围。
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热电材料
热电材料因其能够直接把热能转化为电能而受到高度重视，其广泛应用无疑对提高能源的转化效率、减少污染、医学器件以及满足在极端环境下的供电需求都有着重要的意义。我们通过理论计算来研究和设计高效能的新型热电材料，为热电材料的大规模产业化作出自己的贡献。
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高压下的材料物性
高压是调控凝聚态材料物性的重要方式之一，例如，在高压下氢气可能会从气态的绝缘体变为导电的液态金属氢乃至超导体，等等。我们利用第一性原理计算方法预测各类材料在高压下的新相与新奇物性，揭示新型材料在极端环境下新的物理规律。
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辐照损伤多尺度模拟
核材料辐照损伤跨尺度行为的复杂性对现存模拟技术提出新的挑战。我们基于原子尺度方法并自主开发离子束辐照的三维蒙特卡洛和缺陷团簇动力学方法，建立多尺度模拟方案，研究初级辐照损伤和缺陷长时间动力学演化机制，以形成相关问题的一般理论分析方法。
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