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(diǎn)。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(shí)現(xiàn)二維器件規(guī)模化應(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(diǎn)專項(xiàng)資助下，北京大學(xué)劉開輝課題組與合作者設(shè)計(jì)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(qiáng)度的能量差打破晶疇在襯底表面取向的對稱性，從而實(shí)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(jì)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(jī)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))