该方向研究包括晶体生长热力学、动力学、晶体生长过程的实时观测和计算机模拟等。通过高分辨电子显微镜、扫描隧道显微镜、拉曼散射等现代仪器与相应方法,研究晶体生长中的微观结构（包括显微结构、纳米结构和原子结构三个层次）、晶体生长界面及物质与能量输运过程、基元堆积与缺陷产生机制,发展实时观察及理论模拟技术。该研究方向还包括对功能晶体和低维材料研究中具有共性的材料物理与化学基础科学问题，如基元与功能的图形设计、微观结构与宏观性能关系的机理研究，以揭示功能材料内在本质与外部条件之间的规律性。本方向近、中期目标是：运用高分辨电子显微术作为主要的实验研究方法从原子分子层次揭示无机、有机和半有机等不同类型的功能晶体生长和低维材料制备中固/液界面、气/固结面的演化过程与其性能之间的内在联系；将图形理论应用于功能材料探索中，建立相关理论模型和处理方法，设计先进的材料计算软件，研究重点近期集中在光电和磁性材料方面，为新晶体材料探索提供理论依据和指导。