首次發現一類同時具有超高電子遷移率、合適帶隙、環境穩定和可批量制備特點的全新二維半導體(硒氧化鉍，Bi2O2Se)，在場效應晶體管器件和量子輸運方面展現出優異性能。彭海琳課題組基于前期對拓撲絕緣體（Bi2Se3，Bi2Te3）等二維量子材料的系統研究，提出用輕元素部分取代拓撲絕緣體中的重元素，以降低重元素的自旋-軌道耦合等相對論效應，進而調控其能帶結構，消除金屬性拓撲表面態，獲得高遷移率二維半導體。經過材料的理性設計和數年的實驗探索，發現了一類全新的超高遷移率半導體型層狀氧化物材料Bi2O2Se，并利用化學氣相沉積(CVD)法制備了高穩定性的二維Bi2O2Se晶體。基于理論計算和電學輸運實驗測量，證明Bi2O2Se材料具有合適帶隙（~0.8 eV）、極小的電子有效質量(~0.14 m0)和超高的電子遷移率。系統的輸運測量表明：CVD制備的Bi2O2Se二維晶體在未封裝時的低溫霍爾遷移率可高于20000 cm2/V·s，展示了顯著的SdH量子振蕩行為；標準的Bi2O2Se頂柵場效應晶體管展現了很高的室溫表觀場效應遷移率（~2000 cm2/V·s）和霍爾遷移率（~450 cm2/V·s）、很大的電流開關比（>106）以及理想的器件亞閾值擺幅（~65 mV/dec）。二維Bi2O2Se這些優異性能和綜合指標已經超過了已有的一維和二維材料體系。Bi2O2Se這種高遷移率半導體特性還可能拓展到其他鉍氧硫族材料（BOX：Bi2O2S、Bi2O2Se、Bi2O2Te）。