為開辟硅基電子器件之外的新途徑，基于量子材料的新器件研究成為前沿?zé)狳c。作為量子材料的重要分支，二維量子材料厚度只有原子級且量子效應(yīng)顯著，大面積、高質(zhì)量的二維單晶制備是實現(xiàn)二維器件規(guī)?；瘧?yīng)用的核心關(guān)鍵，然而晶格的非中心反演對稱性給二維單晶生長帶來了極大挑戰(zhàn)。

在量子調(diào)控與量子信息重點專項資助下，北京大學(xué)劉開輝課題組與合作者設(shè)計出一種具有特殊臺階方向的非中心反演對稱性的單晶晶面Cu(110)/<211>,利用其臺階邊緣與六方氮化硼晶疇中硼型和氮型鋸齒形邊界耦合強度的能量差打破晶疇在襯底表面取向的對稱性，從而實現(xiàn)對六方氮化硼晶疇單一取向的控制生長，并無縫拼接為分米級單晶薄膜。研究還結(jié)合原位生長技術(shù)與理論計算對生長過程進(jìn)行了深入動力學(xué)研究，提出了全新的生長機理。該研究工作提供了一種制備二維單晶的普適方法，為二維器件規(guī)模化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

利用對稱性破缺襯底外延二維六方氮化硼單晶(Nature 570, 91(2019))