“拓撲與超導新物態調控”專項，在固體中發現外爾費米子，被美國物理學會評選為125年來對物理學最有影響的49項工作之一，是唯一入選的中國本土工作；首次觀測到突破傳統分類的三重簡并費米子，為固體材料中電子拓撲態研究開辟了新方向。
“精密測量物理”專項，天宮二號空間冷原子鐘在軌獲得的原子鐘信號，天穩達到10－16，三千萬年誤差小於一秒。獲得了更准確的地球守時。
“超強激光與聚變物理前沿研究”專項，在國際上首次實現了300焦耳以上能量水平的寬帶激光放大輸出，激光脈衝的最高峰值功率可達10．3拍瓦，是目前已知的最高激光脈衝峰值功率。
“功能Pi－體系的分子工程”專項，通過新材料分子結構設計，突破經典材料體系光伏效率低於12％的瓶頸，被Nature期刊評述為“創造紀錄性的光伏效率”。
“結構和功能導向”專項，首次提出的催化不對稱去芳構化概念，為發掘潛在藥物分子的全新骨架提供了可能。
“能源化學轉化的本質與調控”專項，研制成功世界首台極紫外自由電子激光裝置，為能源、化學、物理、生物、環境等相關科學研究提供獨特的工具，推動中國成為這一領域的世界級研究中心。
“青藏高原多全圈層相互作用及環境效應”專項，提出了印度—歐亞大陸碰撞時限、方式和過程的新模式，改寫了國際上普遍接受的碰撞時限和方式，為第二次青藏高原綜合考察及泛三極國際合作奠定了基礎。
“頁岩氣勘探開發基礎理論與關鍵技術”專項，在貴州習水鑽探到優質含氣頁岩層段，為進一步探明區塊的頁岩氣儲量奠定了基礎。
“大氣灰霾追因與控制”專項，提出了區別於倫敦煙霧和洛杉磯光化學煙霧的第三類霾化學煙霧的概念模型和理論框架，引領了中國後續一系列大氣污染防控研究，并為APEC等一系列重大國際活動提供環境保障和支撑。
“海鬥深淵前沿科技問題研究與攻關”專項，利用中國自主研發的“海翼號”水下滑翔機，3次突破水下滑翔機的世界下潛深度紀錄，帶領中國深淵科考邁進萬米時代。
“腦功能聯結圖譜及類腦智能研究”專項，首次證明了臂旁核是大腦處理癢覺信息環路中的關鍵節點，為深入解析大腦中癢覺信息加工處理機制奠定基礎，為尋找潛在治療靶點提供了新的方向。
“作物病蟲害的導向性防控－生物間信息流與行為操縱”專項，發現飛蝗聚群效應表觀調控新機制，首次發現細菌識別植物激素受體，開辟新的研究領域。
“動物複雜性狀的進化解析與調控”專項，揭示了哺乳動物胚胎染色體三維結構重編程規律，解決了使用少量細胞建立3D染色體結構圖譜的難題，并首次發現染色體的高級結構與DNA甲基化的關聯。
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