基于摩尔超晶格负微分电导效应的单光子探测技术突破

来自国际团队的研究人员通过设计石墨烯/六方氮化硼异质结构的摩尔超晶格，创新性地利用负微分电导特性构建了光敏双稳态系统，实现了中红外（11.3 μm）至可见光（675 nm）波段的单光子探测，并将工作温度提升至25 K。这项兼容CMOS工艺的技术为量子信息、天文观测和集成光子电路提供了高性能解决方案。

　　

在光子探测领域，单光子检测能力是量子技术、天文学和光谱学的核心需求。当前最先进的探测器通常需要在低于1开尔文的极低温环境下工作，且探测波长受限。这项突破性研究利用石墨烯(Graphene)和六方氮化硼(hBN)构成的摩尔超晶格(moiré superlattice)，通过扭转角度调控电子能带结构，成功诱导出负微分电导(negative differential conductivity)现象。

研究人员构建的光敏双稳态系统展现出非凡特性：在20开尔文相对高温条件下，可同时检测中红外波段(11.3微米)和可见光(675纳米)的单光子信号。其独特机制源于超晶格诱导的负微分速度(negative differential velocity)效应。该技术不仅突破了传统探测器的波长和温度限制，更因其与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的兼容性，为量子计算芯片和光子集成电路(PIC)的集成化提供了全新可能。

这项成果标志着二维材料在量子传感领域的重大进展，为发展宽波段、高工作温度的下一代量子器件开辟了新路径。通过能带工程实现的电子相调控策略，也为其他量子材料的性能优化提供了重要参考。