在原子、分子及电子层面揭示物性结构及运动规律对基础能源科学、光电信息科学等领域至关重要，这依赖超高时间、空间分辨的精密测量与操控。项目团队围绕阿秒激光和原子分子量子瞬态过程的高精密测量开展了深入系统研究，提出中红外双色光等操控阿秒激光的新方法，已被国际同行采用，产生了目前脉冲功率最大、脉冲宽度最短的阿秒激光；建立阿秒光电子全息理论框架，实现了阿秒-亚埃超高时空分辨精密测量。成果得到诺贝尔奖得主、沃尔夫奖得主等国内外著名学者的高度评价。团队入选教育部长江学者和美国光学学会会士1人、基金委杰青2人、优青2人，湖北省百人计划2人。项目团队入选国家自然科学基金委创新研究群体。
自然科学一等奖
获奖项目
信息物理系统混合动力学演化机理与调控优化
完成人
人工智能与自动化学院袁烨教授、机械科学与工程学院丁汉院士团队
信息物理系统结合了信息虚体和物理实体，集成了计算、通讯、控制等功能，是实现稳定、可靠、高效运行的新一代工程系统，其科学内涵是利用信息技术对物理系统进行必要的信息认知、分析、决策，实现物理实体性能提升。团队的研究结果初步构建了信息物理系统混合动力学机理建模-演化分析-调控优化的理论体系，在动态耦合机理建模、切换系统演化分析、极限工况调控优化等方面取得了突破性进展。代表作发表于National Science Review、Nature Communications、IEEE Trans等，得到50余位国内外院士、IEEE Fellow团队的肯定。项目成果为信息物理系统性能提升夯实了机理建模、分析与调控的理论基础。
自然科学一等奖
获奖项目
一维链状半导体的物理性质和光电器件研究
完成人
武汉光电国家研究中心、光学与电子信息学院唐江教授团队
半导体材料是光电器件的基石，材料原始创新是实现半导体器件性能突破的关键。一维链状半导体在两个方向上通过弱范德华力相连，具有强各向异性和优异柔韧性，势必在柔性电子、高性能光电器件等方面实现重要应用。但由于其结构特殊，基于传统三维材料建立的薄膜生长、半导体材料物理等理论难以完全指导此类材料的研究。近十年来，研究团队聚焦该特色方向，从物理-材料-器件方面开展从0到1的基础研究，建立一维链状半导体薄膜生长理论，揭示了其取向合适时晶界本征良性新物理，开辟了硒化锑薄膜太阳能电池新体系，4次获得此类电池效率世界纪录，持续引领该领域发展。5篇代表作发表于Nature Photonics、Nature Energy、Nature Communications等，在WOS数据库被引用1500多次，相关研究吸引了来自美国、英国、德国等国家的近百个研究组跟进研究。
自然科学一等奖
获奖项目
超级电容器储能界面调控理论与方法
完成人
能源与动力工程学院冯光教授团队
针对超级电容器的高性能需求，团队提出了等电势分子模拟新算法，开发了具有自主知识产权、能准确刻画超级电容器储能界面的分子模拟技术。团队揭示了储能界面微观结构形成机理，提出了定向调控界面结构以提高能量密度的理论与方法，解决了电解液含水导致电压降低与容量衰减的难题。团队还发现了特定纳米孔强化离子传输的新规律，构建了超级电容器新体系，强化了界面离子传输以降低内阻，实现了纳米多孔超级电容器的能量密度与功率密度的同时提升。代表作发表于Nature Materials、Nature Communications等期刊；得到了20余位中外院士等众多学者的正面评价，被认为是“第一个计算研究”“首次提出”和“开创性工作”；成果为研发高性能超级电容器储能技术提供了坚实的理论基础。
自然科学一等奖
获奖项目
面向语义理解的复杂图像表征与计算理论及方法研究
完成人
电子信息与通信学院尤新革教授团队
