为开辟硅基电子器件之外的新途径，基于量子材料的新器件研究成为前沿热点。作为量子材料的重要分支，二维量子材料厚度只有原子级且量子效应显著，大面积、高质量的二维单晶制备是实现二维器件规模化应用的核心关键，然而晶格的非中心反演对称性给二维单晶生长带来了极大挑战。  

在量子调控与量子信息重点专项资助下，北京大学刘开辉课题组与合作者设计出一种具有特殊台阶方向的非中心反演对称性的单晶晶面Cu(110)/<211>,利用其台阶边缘与六方氮化硼晶畴中硼型和氮型锯齿形边界耦合强度的能量差打破晶畴在衬底表面取向的对称性，从而实现对六方氮化硼晶畴单一取向的控制生长，并无缝拼接为分米级单晶薄膜。研究还结合原位生长技术与理论计算对生长过程进行了深入动力学研究，提出了全新的生长机理。该研究工作提供了一种制备二维单晶的普适方法，为二维器件规模化应用奠定了基础。

利用对称性破缺衬底外延二维六方氮化硼单晶(Nature 570, 91(2019))