材料物理研究所设有两个研究中心，分别为自旋电子材料与量子器件研究中心和功能材料研究中心。

自旋电子材料与量子器件研究中心是面向后摩尔时代信息处理与存储的可持续发展而成立的具有国际先进水平的研究机构。中心的研究方向主要聚焦在低维自旋电子材料的重大基础问题和5纳米以下新型量子器件技术发展前沿，通过研究新型低维量子系统的新物理，支撑量子器件的先进制备技术开发，实现理论与工艺的重大创新。中心已引进包括国家级人才项目入选者、国家级青年人才项目入选者、银河国际4556青年拔尖人才在内的多位国内外一流人才，同时与国内、国际一流科研院所建立了密切合作关系，致力于建设成为具有国际影响力的世界一流学术研究机构。主要研究领域包括1）理论：量子输运理论，第一性原理；2）制膜：原子层物理沉积磁控溅射+MBE, CVD/CVT；3）制样：5纳米以下量子器件；4）测试：多铁扫描探针表征系统、STM、超快电学、飞秒光学、脉冲强磁场；5）应用：拓扑量子计算、多铁类脑计算与存储系统。

本中心已牵头承担国家重点研发计划项目1项、国家重点研发计划青年科学家项目1项、国家重点研发计划课题1项，参与鹏城国家实验室项目1项、国家重点研发计划项目4项，牵头承担国家自然科学基金8项、陕西省重点研发计划项目2项、教育部博士后项目3项，并与华为海思/鸿之微共同进行存储器研究等。在Nat. Commun.、Sci. Adv.、Adv.Mater.、Phys. Rev. Lett.、Nano Lett.、Phys. Rev. B等国际知名期刊发表论文140余篇，申请国内外专利50余项。围绕自旋电子及其它低维电子材料的研究方向，开展以低维量子系统的介观结构-物理特性-埃米制备技术为核心的物理基础以及量子器件研究工作，以新型量子信息处理（人工智能芯片）及存储工艺的研究和实施带动后摩尔时代运算技术的持续发展，实现在该领域的理论、工艺与研究方法的创新。中心围绕低维铁性材料的界面多场耦合效应，开展原创性研究以实现对逻辑和存储器件的高效调控，围绕空间结构与多种物性的内在关联进行新器件与新功能的开发。在电控/低能量光控铁电存储器，实现了多阻值及可反复编程的单器件。国际上，首先发现了电场调控RKKY相互作用的物理现象，并利用该效应设计出一种原创STT/SOT-MRAM存储器，实现在亚纳秒区间将写入电流降低一个数量级，使其有望取代主流高速静态存储器（SRAM）。基于上述自旋电子与低维材料领域的新机理、新材料（如拓扑非平庸二维铁磁CrMnI6）、新器件（如二维自旋轨道矩磁存储器），开展多铁类脑计算、存算一体等新型计算范式的探索研发，旨在突破冯∙诺依曼架构的能效瓶颈，实现高速、高密度、低功耗的新型计算架构，为人工智能时代带来突破性的技术革命。

本中心现有高性能计算平台、原子层物理沉积系统、STM-MBE、飞秒光学系统、皮秒电学系统、多铁扫描探针表征系统、低维器件制备与测试系统、CVD/CVT材料生长系统、脉冲强磁场系统等独特的硬件平台用以支持科研与教学活动。

银河国际4556功能材料研究中心（Center for Functional Materials Research，简称“功材中心”）于2016年成立。中心以金属材料强度国家重点实验室为依托，面向国际学术前沿和国家发展战略需求，围绕先进功能材料与器件及其在电子信息产业的应用，潜心开展探索性、原创性研究；同时培养基础扎实、素质全面、具备独立科研与创新能力的通用人才。

功材中心已承担国家自然科学基金重大项目子课题、国家“973”项目子课题、国家自然科学基金面上和青年项目、陕西省科技厅项目等多个项目。在国际著名期刊Adv. Mater.、Phys. Rev. Lett.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Sci.等发表论文400余篇，得到了国际同行的广泛关注。

主要研究方向包括多功能高性能电子材料研究、新型储能材料研究、功能氧化物微纳结构表征与结构人工裁剪、功能复合材料与器件研究、智能材料与传感器研究等。功材中心有教师9人，其中国家人才计划入选者1人，长江学者/国家杰出青年基金获得者1人，团队核心成员均有两年以上在国外知名研究单位或大学进行研究的经历，造就了一支高水平的学术队伍。功材中心科研技术人员目前独立运行集材料制备、结构表征、物性分析为一体的研究平台，为开展高质量、深层次科研工作提供良好的支撑。