低维材料被视为未来信息科学技术特别是新一代量子器件的基础，并在能源和材料等交叉领域中呈现引领作用，是当前凝聚态物理和材料科学最活跃的前沿领域之一。清华大学物理系段文晖教授、顾秉林教授、吴健教授和周刚研究员等组成的项目组，面向低维材料及其器件发展的需要，以电子和输运性质的理论和计算研究为基础，系统探索了几种重要的低维材料的新奇量子现象及其应用原理。这些工作产生了广泛的国际影响，对低维材料及量子器件原理的实验研究和理论探索起到了推动作用。2015年1月9日，在2014年度国家科学技术奖励大会上，段文晖教授研究组的“低维材料中新奇量子现象及其调控的机理研究”项目获得了国家自然科学二等奖。
这一项目面向低维材料及其器件发展的需要，以电子结构和输运性质研究为基础，系统探索了几种重要的低维材料的新奇量子现象及其应用原理。项目组项目的主要发现和学术影响包括：发现具有相似金属性能带结构的zigzag型石墨烯纳米带在外加偏压下可呈现出完全不同的金属或半导体性的I-V 特征，率先提出基于单层石墨烯构筑具有同质结构功能器件的方案；预言金属型碳纳米管在应力下将发生金属-半导体转变，阐明其物理机制是受压所造成的镜像对称破缺和侧壁原子的成键作用，阐明表面氢桥键导致n型掺杂的普适物理机制，首次提出在铁电超晶格材料中通过组分调制诱导新铁电相从而提高材料性能的方法与机制；指出与传统的Fermi海中电子场发射模型不同，纳米体系场发射中顶端局域电子结构起决定性作用，提出外场使得束缚电子借助于共振隧穿效应发射的机理，首次发现BN纳米管可以呈现巨自旋分裂效应，设计了基于该效应的自旋极化电子场发射源。
该项目在2001年至2010年期间，共发表相关SCI 收录论文约90 篇，其中包括Physical Review Letters论文7篇、JACS论文4篇、Physical Review B/Applied Physics Letters论文40篇。这些论文产生了广泛的国际影响。其中20篇主要论文的他引次数超过1250次（8篇代表性论文他引超过740次），单篇论文最高他引超过220次。项目组提出的多个理论结果被用于解释重要实验结果，一些理论预言为实验所实现。在项目工作的基础上，项目组成员也获得国内的多项科研奖励。
