二维材料的层间堆叠方式，往往决定其独特的电子结构和物理性能。在石墨烯体系中，最常见且稳定的结构是 Bernal(AB)堆垛，而由 ABC 序列组成的菱面体堆垛(Rhombohedral stacking)则因其特殊的能带结构备受关注。理论研究表明，菱面体石墨烯具有平带特征和非零贝里曲率，有望承载强关联电子态、拓扑量子态等新奇物理现象，是探索量子材料的重要平台。

　　然而，长期以来，菱面体石墨烯的发展受到制备难题限制。与热力学稳定的 Bernal 堆垛相比，ABC 菱面体结构属于亚稳态，其单原子形成能高出约0.2 meV。在材料生长结束后的冷却过程中，层间原子容易发生滑移，使原本形成的 ABC 堆垛自发转变为更稳定的 Bernal 相。因此，如何稳定保留纯菱面体结构，一直是二维材料领域亟待突破的关键问题。

　　此前，实验研究中的菱面体石墨烯样品主要依靠机械剥离方式获得，但该方法存在明显局限：材料尺寸较小、堆垛纯度难以控制，同时难以满足系统性的光谱分析、电输运测试以及未来器件开发需求。长期以来，行业缺少一种兼具大面积、高纯度、厚度可调和稳定性的菱面体石墨烯制备技术。

　　近日，北京大学刘开辉、卢晓波、张志斌，上海科技大学柳仲楷以及深圳理工大学丁峰组成的联合科研团队，在国际顶级期刊《Science》发表研究成果，提出了一种“台阶几何引导外延生长”新策略，成功突破菱面体石墨烯规模化制备瓶颈。

　　该研究的核心思路，是利用衬底几何结构对石墨烯层间堆垛过程进行精准调控。团队选用具有规则台阶结构的蓝宝石作为生长衬底，并结合铜镍合金金属薄膜作为生长载体，通过调节石墨烯生长过程中的滑移角和取向角，实现对层间排列方式的定向诱导，使碳原子更倾向形成 ABC 菱面体堆垛结构。同时，研究团队利用镜像对称畴结构设计，从动力学角度抑制菱面体结构向 Bernal 相转变，从而实现亚稳态结构的长期稳定存在。

　　基于这一方法，研究团队成功制备出相纯度超过99%的纯相菱面体石墨烯薄膜，样品尺寸达到160 μm×80 μm，厚度覆盖从十余层原子结构到120 nm范围，实现了厚度连续可调。进一步结合低温热机械弛豫退火工艺，团队有效消除了材料内部畴界缺陷，获得了高均匀性的单一 ABC 堆垛薄膜。

　　为了验证材料质量和独特物性，研究团队建立了完整的层数依赖拉曼光谱数据库，并利用纳米角分辨光电子能谱技术直接观测到菱面体石墨烯费米能级附近的本征平带结构。在电学性能测试中，七层菱面体石墨烯样品表现出层间反铁磁绝缘态;同时，基于五层菱面体石墨烯与六方氮化硼构建的摩尔超晶格器件，在零磁场条件下实现量子反常霍尔效应，霍尔电阻达到量子化标准值，进一步证明了该材料优异的结构完整性和低缺陷特性。

　　此次研究首次实现了高纯度、大尺寸、厚度可调菱面体石墨烯的稳定可控制备，解决了该材料长期存在的热力学不稳定和动力学层间滑移两大难题，为菱面体石墨烯从基础研究走向器件应用奠定了材料基础。

　　更重要的是，该研究提出的“几何约束调控层间滑移”策略并不局限于石墨烯体系，还可推广至其他二维材料的堆垛工程，有望支持 ABAC、ABCBA 等复杂层状结构晶体的定向合成，为人工二维异质结构设计提供新的技术路径。

　　随着量子计算、量子传感和新型电子器件的发展，对高质量量子材料的需求不断提升。此次突破使菱面体石墨烯从“实验室中难以获得的特殊结构”迈向“可控制备的新型量子材料平台”，未来有望推动零磁场量子器件、拓扑电子器件以及新一代量子信息技术的发展。