近年来，超导材料是现代量子计算、量子传感和量子计量应用中的核心元件。超导材料的独特性质使其成为开发高灵敏度探测器的理想选择。如过渡边缘传感器和超导纳米线探测器等传统超导探测器已经在诸多应用中展现了其优越的性能。

魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）是一种独特的莫尔超导体（二维超导材料），因其在量子计算、量子传感和量子计量等领域的潜在应用而备受关注。MATBG通过将两层石墨烯在特定的“魔角”下扭曲而形成，展现出独特的电子性质和超导行为。与传统的超导材料相比，MATBG具有超低的载流子密度（约10¹¹个每平方厘米）、超低的电子热容和高动电感等优势。凭借这些特性，MATBG在热传感和单光子探测（SPD）方面具有极高的灵敏度。然而，MATBG在应用中仍面临一些问题，例如由于局部扭角变化导致的超导区域不均匀性，这给器件设计和实际应用带来了新的挑战。

据麦姆斯咨询报道，近日，来自德国、美国和日本的联合研究团队在探索MATBG在红外单光子探测的研究中取得了重要进展。研究团队设计并制备了一种基于MATBG的探测器，通过进行电压偏置，成功实现了对单个近红外光子的探测。这项研究成果以“Infrared single-photon detection with superconducting magic-angle twisted bilayer graphene”为题，发表在Science Advances期刊上。

利用MATBG的超导相变特性，该探测器在单光子吸收时能够产生明显的电阻变化，表现出极高的探测灵敏度。研究人员采用1550 nm激光源并监测由光子吸收引起的光电压（Vph）。当光子被吸收时，MATBG的超导状态会被破坏，生成的准粒子引起电阻变化，从而探测到光子的存在。这一过程不仅验证了MATBG作为单光子探测器的可行性，还为进一步的量子设备开发提供了重要的实验依据。

图1 基于超导MATBG的红外单光子探测

图2 光诱导探测的统计信息

随后，研究人员在实验中详细分析了光电压随激光功率的变化，发现随着激光功率的增加，光电压尖峰的出现频率也显著增加。通过对光电响应的统计分析，研究人员确认了光电压尖峰与光子的关系，且这种响应符合泊松分布，证明了该探测器具有单光子灵敏度。此外，研究还探讨了不同偏置电压下的光子计数率（PCR）变化，发现当偏置电压接近超导相变点时，探测器的性能显著提高。

图3 基于超导MATBG的单光子探测的灵敏度

为了进一步了解MATBG的光探测机制，研究人员对基于超导MATBG的探测器在六种不同温度下的探测性能进行了研究，相关研究结果如图4所示。

图4 探测器在较高温度下的性能研究

综上所述，这项研究成功证明了超导MATBG可用于红外单光子探测。MATBG的独特结构和性能使其在量子传感领域具有广阔的应用前景。使用MATBG和其它低载流子密度石墨烯基超导体可将单光子能力扩展到较低能量。利用MATBG的超导特性有望开发出新一代的量子探测器。随着对MATBG材料及其特性的深入研究，未来有望实现更高效的光子探测，推动量子传感、量子成像、量子通信等领域的发展。

https://doi.org/10.1126/sciadv.adp3725

近年来，超导材料是现代量子计算、量子传感和量子计量应用中的核心元件。超导材料的独特性质使其成为开发高灵敏度探测器的理想选择。如过渡边缘传感器和超导纳米线探测器等传统超导探测器已经在诸多应用中展现了其优越的性能。

魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）是一种独特的莫尔超导体（二维超导材料），因其在量子计算、量子传感和量子计量等领域的潜在应用而备受关注。MATBG通过将两层石墨烯在特定的“魔角”下扭曲而形成，展现出独特的电子性质和超导行为。与传统的超导材料相比，MATBG具有超低的载流子密度（约10¹¹个每平方厘米）、超低的电子热容和高动电感等优势。凭借这些特性，MATBG在热传感和单光子探测（SPD）方面具有极高的灵敏度。然而，MATBG在应用中仍面临一些问题，例如由于局部扭角变化导致的超导区域不均匀性，这给器件设计和实际应用带来了新的挑战。

据麦姆斯咨询报道，近日，来自德国、美国和日本的联合研究团队在探索MATBG在红外单光子探测的研究中取得了重要进展。研究团队设计并制备了一种基于MATBG的探测器，通过进行电压偏置，成功实现了对单个近红外光子的探测。这项研究成果以“Infrared single-photon detection with superconducting magic-angle twisted bilayer graphene”为题，发表在Science Advances期刊上。

利用MATBG的超导相变特性，该探测器在单光子吸收时能够产生明显的电阻变化，表现出极高的探测灵敏度。研究人员采用1550 nm激光源并监测由光子吸收引起的光电压（Vph）。当光子被吸收时，MATBG的超导状态会被破坏，生成的准粒子引起电阻变化，从而探测到光子的存在。这一过程不仅验证了MATBG作为单光子探测器的可行性，还为进一步的量子设备开发提供了重要的实验依据。

图1 基于超导MATBG的红外单光子探测

图2 光诱导探测的统计信息

随后，研究人员在实验中详细分析了光电压随激光功率的变化，发现随着激光功率的增加，光电压尖峰的出现频率也显著增加。通过对光电响应的统计分析，研究人员确认了光电压尖峰与光子的关系，且这种响应符合泊松分布，证明了该探测器具有单光子灵敏度。此外，研究还探讨了不同偏置电压下的光子计数率（PCR）变化，发现当偏置电压接近超导相变点时，探测器的性能显著提高。

图3 基于超导MATBG的单光子探测的灵敏度

为了进一步了解MATBG的光探测机制，研究人员对基于超导MATBG的探测器在六种不同温度下的探测性能进行了研究，相关研究结果如图4所示。

图4 探测器在较高温度下的性能研究

综上所述，这项研究成功证明了超导MATBG可用于红外单光子探测。MATBG的独特结构和性能使其在量子传感领域具有广阔的应用前景。使用MATBG和其它低载流子密度石墨烯基超导体可将单光子能力扩展到较低能量。利用MATBG的超导特性有望开发出新一代的量子探测器。随着对MATBG材料及其特性的深入研究，未来有望实现更高效的光子探测，推动量子传感、量子成像、量子通信等领域的发展。

https://doi.org/10.1126/sciadv.adp3725