在中紅外範圍內的單光子能夠揭示微弱的星系，或在空間中傳遞脆弱的量子信號，這些特性讓它們在天文學、量子通訊，甚至醫療成像中具有重要的價值。然而，檢測這些單光子並非易事，因為該範圍的光通常非常微弱，捕捉這些光線通常需要使用冷卻至低於 1 開爾文的龐大低溫系統。這些系統不僅昂貴，還消耗大量能源，並且難以整合進現代光子電路中。
最近，國際團隊由 ICFO 研究人員主導，找到了在約 25 開爾文的環境下檢測這些光子的辦法，這一溫度遠高於傳統設計的極限。他們的成果已引起歐洲太空總署的關注。這一新檢測器是由堆疊的二維材料組成，每層僅一個原子厚。其核心是雙層石墨烯，夾在六方氮化硼的層之間。這些材料的精確對齊是一項挑戰，早期的嘗試僅有 50% 的成功率，但團隊通過精心設計和早期工作的經驗改善了這一過程。
這一突破來自於一種稱為雙穩定性的特性，這使得系統在相同條件下可以保持兩個穩定狀態。石墨烯和氮化硼層之間的輕微扭轉產生了一種摩爾圖案，改變了電子的行為，從而使這一效應成為可能。ICFO 的資深作者 Frank Koppens 表示，在對扭轉二維材料進行實驗時，出乎意料地發現了光敏感性，這促使團隊進一步研究。
這一裝置在接近電氣臨界點的情況下運作。共同作者 Krystian Nowakowski 將其比作在桌子上疊放吸管，直到再添加一根吸管導致其倒塌。在這裡，單個光子就像那根最後的吸管，將裝置從一個穩定狀態切換到另一個。這種方法與超導體和半導體基礎的檢測器有所不同，能夠在不需要超低溫的情況下檢測長波長光子。共同指導者 Roshan Krishna Kumar 表示，這一設計“突破了以往技術的基本限制”。
更好地檢測中紅外單光子將有助於天文學家研究更微弱及更遙遠的天體，同時也能改善長距離量子通訊，降低噪音和信號損失。醫療成像系統也可能受益於更高的靈敏度。ICFO 團隊計劃使該裝置更為緊湊，並提高其操作溫度，這將決定檢測器能否從實驗室轉向實際應用。正如共同作者 Pablo Jarillo-Herrero 所指出的，這些發現突顯了摩爾量子設備在推進基礎科學和促進新技術方面的潛力。該研究已發表在《科學》期刊上。
