报告根据研究内容主要分为四个部分：(1) 在石墨烯层数可控制备方面，由于Cu催化剂表面的自限制以及Ni催化剂高的碳溶解度，实现厚度均匀、层数可控的大面积高质量石墨烯的生长仍然是石墨烯制备中的重大挑战。我们首次提出了一种新的合成技术，解决了石墨烯层数可控制备问题。(2) 尽管有多种策略制备石墨烯纳米带(GNRs)，但可靠制备小于5 nm宽且边缘平滑的GNRs仍然是一个重大挑战；GNRs本征的电子能量状态、电子输运特性被输运带隙或边缘散射效应所掩盖。我们提出了一种新的剖开SWNTs的路线，实现了具有低的面内和边缘无序的高质量石墨烯纳米带阵列的制备，并首次在该石墨烯纳米带中发现Luttinger液体行为。(3) 对于碳纳米管红外探测性能的研究发现，碳纳米管由于具有极大的激子束缚能导致光生的激子分离困难，从而抑制了光响应度和探测灵敏度。我们创造性地构建了一种新型的碳纳米管/生物分子异质结薄膜，并首次实现基于有效激子分离机制的具有超高EQE的碳纳米管/生物分子红外探测。(4) 约瑟夫逊隧道结(JJ)可用于粒子探测、磁场传感器和量子计算机。热氧化制备AlOx势垒层一直是制造Nb/Al/AlOx/Nb 约瑟夫逊隧道结的标准工艺。但是，热氧化AlOx势垒层的厚度是不均匀的，且隧道势垒中的缺陷是造成超导量子比特去相干的主要原因之一。我们首次提出采用原子层沉积Al2O3势垒层技术，制造出高质量的Nb/Al/Al2O3/Nb约瑟夫森结。