當前硅基集成電路產業面臨著晶體管尺寸接近物理極限以及運算能力受限于“馮·若依曼”架構存算分離所帶來的巨大挑戰，導致芯片的算力與能效提升變得越來越困難。探尋新材料體系、新器件結構、以及新計算架構有望在“后摩爾時代”突破硅基芯片的算力與能效瓶頸。二維原子層材料在垂直方向上具有極限物理尺寸，并且擁有獨特的能帶和電子結構，被認為是延續“摩爾定律”至2nm以下工藝節點的最佳溝道候選材料之一。另外一方面，受大腦啟發，基于二維存儲器與神經形態器件的類腦存算一體架構成為突破“馮·若依曼”瓶頸的最有潛力的技術路線之一。報告將從二維晶體管及其神經形態器件發展所面臨的問題與挑戰出發，探索器件的界面優化手法，重點介紹通過表面電荷轉移摻雜（SCTD）與介質層應變調控工藝原位優化二維溝道/上表面外界環境、溝道/電極金半接觸界面、以及溝道/襯底的表界面，以實現具有高電輸運性能、高可靠性、低功耗的二維晶體管與邏輯器件。另一方面，本報告也將介紹近期在二維范德華界面工程神經形態器件方面的探索到感存算一體化架構與仿生神經網絡的研究進展，并進一步探討器件在人工神經網絡、儲備池計算、機器學習等領域的應用。