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长期活跃在量子场论、弦论和量子引力等高能理论前沿领域，近年来主要研究散射振幅及其对粒子物理、数学物理等各方面的应用，被公认为相关领域国际知名和领先的青年科学家之一。近年代表性工作包括突破性地提出了量子场论散射振幅的Cachazo-何-袁形式，在场论和弦论的几何描述方面的开创性工作，在场论高圈计算乃至严格求解以及量子引力的对称性和对偶等方面做出了一系列重要工作。研究方向为量子场论和弦论，特别是散射振幅及其对粒子物理、引力和数学等方面的应用。
研究方向为量子点光电器件，主要研究领域有光电材料体系的超快光谱学研究——针对光电转换体系中的重要动力学过程，采用多种先进的超快光谱技术实现实时观测和研究；量子限域材料用于光伏和光催化研究——通过化学成分和形貌尺寸的调节，可控性地合成具有特定电荷分离性质的低维异质结，用于实现高效率的光伏和光催化转换，并借助上述发展的超快光谱技术来指导这些体系的调控方向，探索纳米晶量子点在光氧化还原有机合成中的应用；量子限域材料用于发光器件研究——设计合成掺杂或者核壳结构的半导体纳米晶并将它们用于高效率的发光器件，包括纳米晶激光器、纳米晶发光二极管和太阳能聚光板等。
主要研究T细胞抗原免疫应答过程，揭示了免疫受体信号触发的分子机制，发展了基于免疫受体调控的肿瘤免疫治疗新策略。两项成果入选中国科学十大进展/中国生命科学十大进展。今后，其团队将主要研究在不同生理和病理环境下的T细胞脂代谢特征，并且寻找新的“代谢检查点”用于代谢调控，同时进行CAR-T细胞的功能机制研究，为未来CAR-T细胞的设计与临床应用提供新的思路与发展方向。
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