在過去的80年之間，應用物理推動、啟發並產生了重要的高科技產業，涵蓋了計算、通訊、記憶體、顯示、大眾運輸以及能源科技，而這些皆為人類於科技歷史中前所未見的。相較於學術科學以及傳統工業，應用物理扮演了和以往極為不同的角色，透過量子現象（及其相關理論）、嶄新材料/原子尺度薄膜（及其生產設備如分子束磊晶、原子層沉積、金屬有機化合物化學氣相沈積）、新穎高效能元件、原子尺度探測儀器之間的緊密結合，已發展出實用且極其重要的產品，不僅革新了計算和通訊，且大幅推進醫療檢測，造福人群。
非常重要地，新物理及其應用已被發現/發明，像是電晶體、雷射、量子霍爾效應/分數量子霍爾效應、光纖、電耦合元件與二維量子材料。應用物理大量運用於材料科學、電子元件以及高科技工業。於107學年度的上學期及下學期，我們設計這個新課程：「以量子物質推進終極與超越互補式金氧半電晶體的科學」，此課程將會著重於終極互補式金氧半電晶體和超越其之奈米電子元件，因此將會需要對於固態物理、半導體物理及新穎材料如自旋電子以及拓樸絕緣體相當深度的瞭解，課程主題將引導至台灣產業未來所需創新元件。
在奈米電子元件，高介電係數氧化物整合金屬閘極，取代傳統的二氧化矽以及多晶矽閘極，並且於45奈米節點解決了重大的漏電問題，此為近年半導體產業最為重要的創新之一，並使矽是否為最重要的半導體材料懸上一個問號。將高介電係數閘極整合於高載子遷移率半導體（鍺、砷化（銦）鎵）整合於矽之上的嶄新技術，將會生展出更快速且低功耗的電子元件。現今來自世界各地大量的研究投入於整合創新研究計畫，將奈米科學、奈米材料、奈米電子共創造出高效能”綠”積體電路技術。
現今及未來之終極互補式金氧半電晶體是基於電子的電荷本質，然而，基於電子的自旋特性所產生之自旋電子學、拓墣絕緣體，以及其相關元件，正如火如荼被研究以期超越現今的互補式金氧半電晶體。在超越Si CMOS的階段裡，一個新的研究方向是新穎量子物質，並用其發展出「典範轉移」的科技，以達到更快的計算速率以及更低的功耗。自旋電子學是其中一個前瞻性的研究，這項研究的目標是在創新的元件操作電子自旋，實現超越傳統電子元件的效能，並最終用零功耗的純自旋流來傳遞資訊。自旋電子學中一個重要的課題是用純粹電控的方式在磁性元件上操控自旋流，在尋找理想自旋流產生的系統中，具有強自旋軌道耦合的非磁性材料有相當大的潛力，像是在中金屬鉑和鉭中，自旋霍爾效應保證外加電流可在橫向產生純自旋流，並且在樣品邊界上產生自旋累積。另外，在一個沒有反轉對稱的系統裡，Dresselhaus或Rashba自旋分離也能導致自旋累積，一個經典的例子是鉍銀介面的強自旋—電荷轉換。
拓樸絕緣體是更新而且更有希望用來產生自旋流的材料，拓樸絕緣體的研究自觀察到在CdTe/HgTe/CdTe量子井裡的量子自旋霍爾絕緣體開始有驚人的進展。在眾多令人興奮的拓樸絕緣體物理當中，拓樸表面態的「自旋—動量正交」特性有極大的自旋電子學應用潛力，其中，三維拓樸絕緣體硒化鉍特別重要，因為它在室溫具有相對大的能隙(約0.3電子伏特)，而且只有一個狄拉克錐坐落在動量空間原點。
During the past 80 years, applied physics has pushed, inspired, and produced major high-tech industries, from computing, communication, memory, display, transportation, to energy. This has been unprecedented in human history of science and technology. Applied physics has played a drastically different role than the conventional paths taken by academic science and traditional industries. Quantum phenomena (and the related theories), new materials/atomic-scale thin films (and their fabrication tools such as molecular beam epitaxy (MBE), atomic layer deposition (ALD), metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD)), novel/high-performance devices, and atomic-scale probing tools have been intertwined and generated useful and essential pro