单晶铜以其单一取向、低缺陷密度以及出色的电学、热学和催化性能而备受瞩目。其电阻和交流阻抗较低，在电力传输和电子工业领域具有巨大的市场前景。其优良的柔韧性在柔性电子线路领域也展现出巨大的潜力。当前商业化的单晶金属一般通过昂贵且尺寸有限的方式获得，无法精准制备各种高指数晶面。开发大尺寸、丰富指数晶面的单晶铜箔宏量制造技术在材料科学和工程应用上具有重大价值。
刘开辉研究员带领的轻元素材料团队近年来在大尺寸单晶铜箔制备方面取得了一系列重要成果。他们不仅成功制备了米级单晶Cu(111)并将其用于米级单晶石墨烯薄膜的外延制备，还通过特殊工艺实现了高指数晶面单晶铜箔的制备。基于这些前期研究，团队深入研究了铜箔结晶过程中晶粒长大的热力学和动力学过程，成功发现了通过预氧化处理和温度梯度驱动的方法，实现了大尺寸、高指数晶面单晶铜箔的制备。
该研究团队成功实现了多达30余种高指数晶面单晶铜箔库的可控制备，并以此为基础实现了特定晶面大尺寸单晶铜箔和单晶铜锭的定向精准制造。这是目前世界上最大的、晶面指数最全的单晶铜箔库的可控制备。该研究提出的晶面指数调控机理和技术可以推广到其他金属材料的单晶制造中，对单晶金属的制造及应用将产生重大影响。
轻元素材料团队作为首批入驻松山湖材料实验室的创新团队，聚焦于高品质单晶铜箔、单晶石墨烯等材料的批量制备，致力于发展大尺寸、大单晶、超洁净轻元素单晶材料的规模化制备技术。该团队形成了高品质轻元素单晶材料的生产示范线，并开发了一系列高品质轻元素单晶材料产品。该研究成果得到了自然科学委、科技部、广东省等的大力支持和资助。此次论文的共同第一作者包括吴慕鸿、斌、徐小志和张智宏，论文通讯作者包括松山湖材料实验室/北京大学的刘开辉、王恩哥，南方科技大学的俞大鹏以及韩国蔚山科学技术院的丁峰。
