Graphene has attracted large interest in photonic applications owing to its promising optical properties, especially its ability to absorb light over a broad wavelength range, which has lead to several studies on pure monolayer graphene-based photodetectors. However, the maximum responsivity of these photodetectors is below 10 mA W−1, which significantly limits their potential for applications. Here we report high photoresponsivity (with high photoconductive gain) of 8.61 A W−1 in pure monolayer graphene photodetectors, about three orders of magnitude higher than those reported in the literature, by introducing electron trapping centres and by creating a bandgap in graphene through band structure engineering. In addition, broadband photoresponse with high photoresponsivity from the visible to the mid-infrared is experimentally demonstrated. To the best of our knowledge, this work demonstrates the broadest photoresponse with high photoresponsivity from pure monolayer graphene photodetectors, proving the potential of graphene as a promising material for efficient optoelectronic devices. Graphene holds great potential for use in photodetectors, owing to its ability to absorb light over a wide range of wavelengths. Here Zhang et al. report a large photoresponsivity of 8.6 AW-1 over a broad wavelength range in pure monolayer graphene.

Quantum cascade lasers are compact, electrically pumped light sources in the technologically important mid-infrared and terahertz region of the electromagnetic spectrum1,2. Recently, the concept of topology3 has been expanded from condensed matter physics into photonics4, giving rise to a new type of lasing5–8 using topologically protected photonic modes that can efficiently bypass corners and defects4. Previous demonstrations of topological lasers have required an external laser source for optical pumping and have operated in the conventional optical frequency regime5–8. Here we demonstrate an electrically pumped terahertz quantum cascade laser based on topologically protected valley edge states9–11. Unlike topological lasers that rely on large-scale features to impart topological protection, our compact design makes use of the valley degree of freedom in photonic crystals10,11, analogous to two-dimensional gapped valleytronic materials12. Lasing with regularly spaced emission peaks occurs in a sharp-cornered triangular cavity, even if perturbations are introduced into the underlying structure, owing to the existence of topologically protected valley edge states that circulate around the cavity without experiencing localization. We probe the properties of the topological lasing modes by adding different outcouplers to the topological cavity. The laser based on valley edge states may open routes to the practical use of topological protection in electrically driven laser sources. A topological laser based on the valley degree of freedom in a compact photonic crystal can be pumped electrically, bringing topological physics concepts closer to real-life applications.

The interest in mid-infrared technologies surrounds plenty of important optoelectronic applications ranging from optical communications, biomedical imaging to night vision cameras, and so on. Although narrow bandgap semiconductors, such as Mercury Cadmium Telluride and Indium Antimonide, and quantum superlattices based on inter-subband transitions in wide bandgap semiconductors, have been employed for mid-infrared applications, it remains a daunting challenge to search for other materials that possess suitable bandgaps in this wavelength range. Here, we demonstrate experimentally for the first time that two-dimensional (2D) atomically thin PtSe2 has a variable bandgap in the mid-infrared via layer and defect engineering. Here, we show that bilayer PtSe2 combined with defects modulation possesses strong light absorption in the mid-infrared region, and we realize a mid-infrared photoconductive detector operating in a broadband mid-infrared range. Our results pave the way for atomically thin 2D noble metal dichalcogenides to be employed in high-performance mid-infrared optoelectronic devices.

Abstract Long-term humoral immunity to SARS-CoV-2 is essential for preventing reinfection. The production of neutralizing antibody (nAb) and B cell differentiation are tightly regulated by T follicular help (T FH ) cells. However, the longevity and functional role of T FH cell subsets in COVID-19 convalescents and vaccine recipients remain poorly defined. Here, we show that SARS-CoV-2 infection and inactivated vaccine elicited both spike-specific CXCR3 + T FH cell and CXCR3 − T FH cell responses, which showed distinct response patterns. Spike-specific CXCR3 + T FH cells exhibit a dominant and more durable response than CXCR3 − T FH cells that positively correlated with antibody responses. A third booster dose preferentially expands the spike-specific CXCR3 + T FH cell subset induced by two doses of inactivated vaccine, contributing to antibody maturation and potency. Functionally, spike-specific CXCR3 + T FH cells have a greater ability to induce spike-specific antibody secreting cells (ASCs) differentiation compared to spike-specific CXCR3 − T FH cells. In conclusion, the persistent and functional role of spike-specific CXCR3 + T FH cells following SARS-CoV-2 infection and vaccination may play an important role in antibody maintenance and recall response, thereby conferring long-term protection. The findings from this study will inform the development of SARS-CoV-2 vaccines aiming to induce long-term protective immune memory.

Abstract Nonlinear optical activities, especially second harmonic generation (SHG), are key phenomena in inversion-symmetry-broken two-dimensional (2D) transition metal dichalcogenides (TMDCs). On the other hand, anisotropic nonlinear optical processes are important for unique applications in nano-nonlinear photonic devices with polarization functions, having become one of focused research topics in the field of nonlinear photonics. However, the strong nonlinearity and strong optical anisotropy do not exist simultaneously in common 2D materials. Here, we demonstrate strong second-order and third-order susceptibilities of 64 pm/V and 6.2×10 −19 m 2 /V 2 , respectively, in the even-layer PdPSe, which has not been discovered in other common TMDCs (e.g., MoS 2 ). Strikingly, it also simultaneously exhibited strong SHG anisotropy with an anisotropic ratio of ~45, which is the largest reported among all 2D materials to date, to the best of our knowledge. In addition, the SHG anisotropy ratio can be harnessed from 0.12 to 45 (375 times) by varying the excitation wavelength due to the dispersion of $${\chi }^{(2)}$$  χ ( 2 )  values. As an illustrative example, we further demonstrate polarized SHG imaging for potential applications in crystal orientation identification and polarization-dependent spatial encoding. These findings in 2D PdPSe are promising for nonlinear nanophotonic and optoelectronic applications.

Summary CD4 + T follicular helper (T FH ) cells are required for high-quality antibody generation and maintenance. However, the longevity and functional role of these cells are poorly defined in COVID-19 convalescents and vaccine recipients. Here, we longitudinally investigated the dynamics and functional roles of spike-specific circulating T FH cells and their subsets in convalescents at the 2 nd , 5 th , 8 th , 12 th and 24 th months after COVID-19 symptom onset and in vaccinees after two and three doses of inactivated vaccine. SARS-CoV-2 infection elicited robust spike-specific T FH cell and antibody responses, of which spike-specific CXCR3 + T FH cells but not spike-specific CXCR3 − T FH cells and neutralizing antibodies were persistent for at least two years in more than 80% of convalescents who experienced symptomatic COVID-19, which was well coordinated between spike-specific T FH cell and antibody responses at the 5 th month after infection. Inactivated vaccine immunization also induced spike-specific T FH cell and antibody responses; however, these responses rapidly declined after six months with a two-dose standard administration, and a third dose significantly promoted antibody maturation and potency. Functionally, spike-specific CXCR3 + T FH cells exhibited better responsiveness than spike-specific CXCR3 − T FH cells upon spike protein stimulation in vitro and showed superior capacity in supporting spike-specific antibody secreting cell (ASC) differentiation and antibody production than spike-specific CXCR3 − T FH cells cocultured with autologous memory B cells. In conclusion, spike-specific CXCR3 + T FH cells played a dominant functional role in antibody elicitation and maintenance in SARS-CoV-2 infection and vaccination, suggesting that induction of CXCR3-biased spike-specific T FH cell differentiation will benefit SARS-CoV-2 vaccine development aiming to induce long-term protective immune memory. Highlights SARS-CoV-2 infection elicited robust spike-specific T FH cell and antibody responses, which persisted for at least two years in the majority of symptomatic COVID-19 convalescent patients. Inactivated vaccine immunization also elicited spike-specific T FH cell and antibody responses, which rapidly declined over time, and a third dose significantly promoted antibody maturation and potency. Spike-specific CXCR3 + T FH cells exhibited more durable responses than spike-specific CXCR3 − T FH cells, correlated with antibody responses and showed superior capacity in supporting ASC differentiation and antibody production than spike-specific CXCR3 − T FH cells.

Hardware implementation of reconfigurable and nonvolatile photoresponsivity is essential for advancing in-sensor computing for machine vision applications. However, existing reconfigurable photoresponsivity essentially depends on the photovoltaic effect of p-n junctions, which photoelectric efficiency is constrained by Shockley-Queisser limit and hinders the achievement of high-performance nonvolatile photoresponsivity. Here, we employ bulk photovoltaic effect of rhombohedral (3R) stacked/interlayer sliding tungsten disulfide (WS2) to surpass this limit and realize highly reconfigurable, nonvolatile photoresponsivity with a retinomorphic photovoltaic device. The device is composed of graphene/3R-WS2/graphene all van der Waals layered structure, demonstrating a wide range of nonvolatile reconfigurable photoresponsivity from positive to negative ( ± 0.92 A W−1) modulated by the polarization of 3R-WS2. Further, we integrate this system with a convolutional neural network to achieve high-accuracy (100%) color image recognition at σ = 0.3 noise level within six epochs. Our findings highlight the transformative potential of bulk photovoltaic effect-based devices for efficient machine vision systems. Gong et al. report bulk photovoltaic effect in rhombohedral stacked/interlayer sliding WS2 with reconfigurable and nonvolatile photoresponsivity and develop a convolutional neural network for image processing based on two-terminal all 2D van der Waals layers vertical retinomorphic device.