郗小星在二硼化鎂超導薄膜上的研究突破來自混合物理化學氣相沉積法，而這種技術需要用到硼烷。“硼烷本身有毒，也容易引發爆炸。”甘子釗說北大物理係這麼多年來也一直在使用硼烷技術，北大的馮慶榮教授也在做二硼化鎂超導薄膜研究。“我們係也做，但和郗小星的做法不一樣。我們學校自己研發的設備不夠安全，雖然也沒出過事、沒死過人，但我們還是把自己的這套設備放在物理係大樓外麵的小平房裏。而當時郗小星為此付出了很多努力，曾經找過一家美國公司幫他做鍍膜。”
由於美國教授每年隻領9個月的薪水，剩下3個月為學術休假期，其間教授們一般會另找研究項目或與企業合作。2002年，當時還是賓州州立大學副教授的郗小星與一家美國公司合作，共同進行超導薄膜技術的研究，正是在此期間郗小星和公司共同研製出了使用混合物理化學氣相沉積法的硼烷鍍膜設備。雖然檢察院沒有披露這家公司的名稱，但費城當地媒體Philly.com推測這家公司便是加州的電子設備和通訊係統公司Conductus，後來這家公司很快被並入位於得州的超導體技術公司（STI）。
共同研製出的硼烷鍍膜設備非常穩定。郗小星學術休假結束回到賓州州立大學重新開始工作後，就想購買Conductus公司的這台鍍膜設備，以用於今後的研究實驗，並成功申請到了美國國防部的科研經費用來購買設備。但Conductus公司一開始拒絕了郗小星的購買請求，直到2006年美國公司才正式同意向他提供使用這套設備，為期12個月。郗小星必須簽署保密協議，保證其“用途僅為實驗，不得複製、出售、轉交或轉移給第三方，不得拆解、拆分或以其他任何方式逆向解析設備。提供不等於商業化，而僅僅是為實驗用途”。
此後郗小星在國際超導領域的研究逐步發展，2007年成為美國物理學會會員。2009年他離開賓州州立大學來到天普大學，並在2014年成為天普大學物理係主任。
從長江學者到千人計劃
在美國超導研究領域逐步前行的郗小星，也沒有中斷與中國的聯係。最初郗小星會回北京看望家人，也會回母校北大。“他經常到北大來。”甘子釗回憶說，當時郗小星的回國申請都是直接交到他手裏，他就按正常外國訪問學者的標準接待郗小星，報銷路費、生活費、旅館住宿費等。“沒什麼，他是我們的學生，想回來就回來看看吧，我都會給他簽字的。”此時郗小星在北大的身份是物理學院客座教授。
1998年，李嘉誠的長江實業集團與中國教育部合作，為了吸引海外科研人才歸國研究而創辦長江學者獎勵計劃，由於當時國內知識分子的收入很低，與西方差距很大，因此長江學者計劃規定特聘教授在聘期內享受每年10萬元的“特聘教授崗位津貼”，這一津貼並非研究費，而是直接給予個人的補助。郗小星就是在這一背景下去清華大學做了3年的長江學者講座教授。講座教授有別於全職的特聘教授，每年在中國待3個月、半年都可以，津貼則也是按月計算。“但他在清華也沒做二硼化鎂薄膜的研究，而是別的研究。因為我們北大和清華這麼近，我們做了，清華就不做了。”甘子釗回憶道。
2008年，中共中央組織部“圍繞國家發展戰略目標，引進2000名左右人才並有重點地支持一批能夠突破關鍵技術、發展高新產業、帶動新興學科的戰略科學家和領軍人才來華創新創業”，這便是“海外高層次人才引進計劃”，即俗稱的“千人計劃”。千人計劃可以說是長江學者獎勵計劃的更進一步，外籍專家除了可辦理《外國人永久居留證》外，還會獲得中央財政給予的100萬元生活補助，而科研上的啟動費也達到幾百萬元。郗小星報名參加了上海交通大學物理係的千人計劃，並提出計劃在上海交大建立一個世界領先水平的超導薄膜實驗室，其中也包括二硼化鎂薄膜的製造。