低維材料被視為未來信息科學技術特別是新一代量子器件的基礎，并在能源和材料等交叉領域中呈現引領作用，是當前凝聚態物理和材料科學最活躍的前沿領域之一。清華大學物理系段文暉教授、顧秉林教授、吳健教授和周剛研究員等組成的項目組，面向低維材料及其器件發展的需要，以電子和輸運性質的理論和計算研究為基礎，系統探索了幾種重要的低維材料的新奇量子現象及其應用原理。這些工作產生了廣泛的國際影響，對低維材料及量子器件原理的實驗研究和理論探索起到了推動作用。2015年1月9日，在2014年度國家科學技術獎勵大會上，段文暉教授研究組的“低維材料中新奇量子現象及其調控的機理研究”項目獲得了國家自然科學二等獎。

這一項目面向低維材料及其器件發展的需要，以電子結構和輸運性質研究為基礎，系統探索了幾種重要的低維材料的新奇量子現象及其應用原理。項目組項目的主要發現和學術影響包括：發現具有相似金屬性能帶結構的zigzag型石墨烯納米帶在外加偏壓下可呈現出完全不同的金屬或半導體性的I-V 特征，率先提出基于單層石墨烯構筑具有同質結構功能器件的方案；預言金屬型碳納米管在應力下將發生金屬-半導體轉變，闡明其物理機制是受壓所造成的鏡像對稱破缺和側壁原子的成鍵作用，闡明表面氫橋鍵導致n型摻雜的普適物理機制，首次提出在鐵電超晶格材料中通過組分調制誘導新鐵電相從而提高材料性能的方法與機制；指出與傳統的Fermi海中電子場發射模型不同，納米體系場發射中頂端局域電子結構起決定性作用，提出外場使得束縛電子借助于共振隧穿效應發射的機理，首次發現BN納米管可以呈現巨自旋分裂效應，設計了基于該效應的自旋極化電子場發射源。

該項目在2001年至2010年期間，共發表相關SCI 收錄論文約90 篇，其中包括Physical Review Letters論文7篇、JACS論文4篇、Physical Review B/Applied Physics Letters論文40篇。這些論文產生了廣泛的國際影響。其中20篇主要論文的他引次數超過1250次（8篇代表性論文他引超過740次），單篇論文最高他引超過220次。項目組提出的多個理論結果被用于解釋重要實驗結果，一些理論預言為實驗所實現。在項目工作的基礎上，項目組成員也獲得國內的多項科研獎勵。