（一）代表性成果

1. 第一性原理计算

用第一性原理计算方法研究了GeSe、WS2、稀土掺杂WS2二维材料，GeSe/WS2，WS2/H/Si和掺杂WS2(Re)/H/Si(P)异质结的能带结构、电子态密度分布与光学性质，并计算建立了电场对二维材料和异质结调控的理论模型。以取代掺杂的方式将Y3+、Er3+和Yb3+三种稀土元素分别替换掉单层WS2体系中的W元素，分别计算25at%、11at%、6at%和4at%四种不同浓度下，稀土掺杂后二维材料体系的电子结构和光学性质。对Er3+和Yb3+共掺的WS2二维材料进行了仿真，当共掺浓度达到25 at%时，材料的吸收光谱能拓展到红外波段。相关研究成果发表在相关研究工作发表在Applied Surface Science，RSC Advances，Phys. Chem. Chem. Phys.等期刊上。

2. 低维材料生长制备和光电子器件设计

利用CVD方法和高温热处理方法，制备了大面积、高质量的单层二维材料，如MoS2、WS2、WSe2、石墨烯、GeSe等。利用我们搭建的量子光学平台，研究了MoS2、WS2、石墨烯、GeSe等二维材料的光电性质，GeSe二维材料的光敏度是相应体材料的3.3倍，器件的光响应度也远优于相应体材料器件。GeSe二维材料荧光响应从可见光波段到1280nm，光电响应时间达到13us，研制的GeSe二维材料具有更快的光电响应时间。并且利用CVD方法，能够实现对二维材料原子缺陷的填充，实现高浓度稀土掺杂，提高二维材料光电性能。目前，对WS2二维材料，我们能够实现11.5at%的稀土Er3+离子掺杂，7at%的Yb掺杂和19at%的Er/Yb共掺杂，稀土掺杂后，二维材料的光电性质能得到大幅度提高，相关研究工作发表在Research，Advanced Optical Materials、Applied Surface Science等期刊上。

3. 量子相干调控

利用量子绝热捷径技术研究了自旋量子点系统中的自旋轨道相互作用对量子编码、量子通讯的影响。在量子信息科学领域，自旋轨道相互作用会对量子编码和量子通讯产生不利的影响，因此许多科研工作者尝试各种方法减弱或者抵消自旋轨道相互作用，但是通过我们的研究，自旋轨道相互作用在满足量子绝热捷径技术的条件下，不仅不会对量子编码和量子通讯产生破坏，还能提升其性能，该研究成果打破了传统的观念，对量子信息科学的发展具有重要意义。

4. 太赫兹波功能材料及器件

首次在整个太赫兹波段测量了DNA/RNA碱基的太赫兹时域光谱，表明生物大分子整体及其部分可通过各种运动模式以共振方式吸收太赫兹波能量，这也是太赫兹波可应用于非热生物效应研究的物理基础。

（二）代表性论文

[1] H.-Q. Zhao, X. Mao, D. Zhou, Sh.-L Feng, X. Shi, Y. Ma, X.-Zh Wei and Y.-L. Mao, Bandgap modulation of MoS2 monolayer by thermal annealing and quick cooling, Nanoscale, 2016, 8, 18995-19003.

[2] X. Shi, H. Yuan, X. Mao, Y. Ma, and H. Q. Zhao, Robust quantum state transfer inspired by Dzyaloshinskii-Moriya interactions, Physical Review A, 2017, 95, 052332.

[3] Hongquan Zhao, Yuliang Mao, Xin Mao, Xuan Shi, Congshen Xu, Chunxiang Wang, Shangmin Zhang, Dahua Zhou，Band Structure and Photoelectric Characterization of GeSe Monolayers, Advanced Functional Materials, 2018, 28(6), 1704855.

[4] Hongquan Zhao, Yuhui Yang, Chunxiang Wang, Dahua Zhou, Xuan Shi, Yuzhi Li, Yuliang Mao, Fast and Broadband Photoresponse of a Few-Layer GeSe Field-Effect Transistor with Direct Band Gaps, ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11, 41, 38031-38038.

[5] X. Shi and H. Q. Zhao, Effect of spontaneous emission on the shortcut to adiabaticity in three-state systems, Physical Review A, 2021, 104, 052221.

[6] Bing Yan, Bo Ning, Guoxin Zhang, Dahua Zhou, Xuan Shi, Chunxiang Wang, Hongquan Zhao, Ultra-Thin GeSe/WS2 Vertical Heterojunction with Excellent Optoelectronic Performances, Adv. Optical Mater. 2022, 10(6): 2102413.

[7] Hongquan Zhao, Guoxing Zhang, Bing Yan, Bo Ning, Chunxiang Wang, Yang Zhao, Xuan Shi, "Substantially Enhanced Properties of 2D WS2 by High Concentration of Erbium Doping against Tungsten Vacancy Formation", Research, 2022, 4, 13.

[8] Shaoxiang Liu, Yang Zhao, Zuqiang Huang, Yin Chen, Zepeng Wu, Xianxiao Liang, Xiu Liu, Chunxiang Wang, Hongquan Zhao, and Xuan Shi, Supersensitive and Broadband Photodetectors Based on High Concentration of Er3+/Yb3+ Co-doped WS2 Monolayer, Adv. Optical Mater. 2023, 2302229.

[9] Chunxiang Wang, Xuan Shi, Shaoxiang Liu, Hongquan Zhao and Wei Zhang, Preparation of Mixed Few-Layer GeSe Nanosheets with High Efficiency by the Thermal Sublimation Method, ACS Applied Materials & Interfaces 2023 15 (33), 39732-39739.

[10] Shaoxiang Liu, Yang Zhao, Sheng Cao, Sikai Chen, Chunxiang Wang, Xuan Shi, Hongquan Zhao, High photoresponse detectors based on Yb-doped monolayer WS2 nanosheets, Applied Surface Science,2024, 652, 159287.

（三）代表性项目

1. 纳米固态量子效应与光量子态研究，重庆市科委基础前沿重大项目，cstc2013jcyjC40001，2013/08-2017/08

2. 中国科学院创新基金项目，纳米金刚石NV体系材料优化和单光子纠缠态实验制备研究，Y41Z090W10，2014/01-2015/12

3. 基于绝热捷径技术的量子计算，国家自然科学基金理论物理专项, 11547105，2016/1-2016/12

4. 基于金刚石NV色心的单光子源研究，中国科学院西部之光项目，R52A151Z10，2016/01-2018/12

5. 单量子体系的相干调控，中国科学院青年促进委员会项目，E1296002，2021/01-2024/12

6. 量子体系荧光共振能量转移的研究与应用，重庆市自然科学基金面上项目，cstc2019jcyj-msxmX0387，2019/07-2022/6

7. 金刚石纳柱腔NV色心密集量子点群的超荧光量子相干光源研究，国家自然科学基金面上项目，61775214， 2018/01-2021/12

8. 基于金刚石曲面纳柱腔结构的NV色心单光子器件研究，重庆市自然科学基金重点项目，cstc2019jcyj-zdxmX0003， 2019/09 -202022/08

9. 超高速红外光谱测量技术研究，中央军委装备发展部，Y91I6001，2018/11 -2021/11