1984 年毕业于山东大学光学系激光专业，1994 年在中国科学院物理研究所获得博士学位。1992 年至 1999 年先后在日本东北大学金属材料研究所和美国北卡莱罗纳州立大学物理系学习和工作。1999  年至 2005 年任中国科学院物理研究所研究员，1999 年至 2005 年任表面物理国家重点实验室主任。2005 年起任清华大学物理系教授，同年 11 月被增选中国科学院院士。2010 年至 2013 年任清华大学理学院院长、物理系主任，2011 年至 2016 年任低维量子物理国家重点实验室主任，2013 年 5 月起任清华大学分管科研的副校长。2017 年 12 月任北京量子信息科学研究院院长。他是美国物理学会会士，是国际著名期刊Surface Science Reports、Physics Review B、Applied Physics Letters、Journal of Applied Physics 和 AIP Advances 等的编委， National Science Review 副主编和 Surface Review & Letters 主编。