Une feuille de papier ne pèse presque rien, mais si l'on empile cent feuilles, on obtient une liasse bien tangible. C'est à peu près ce qu'ils ont fait avec un matériau qui excelle à convertir une couleur de lumière en une autre, mais seulement lorsqu'il a l'épaisseur d'un atome. Une seule couche, c'est comme une seule feuille : cela fonctionne joliment, mais c'est trop fin pour produire beaucoup de lumière.

Les scientifiques ont pris du disulfure de molybdène — un matériau qui, sous forme de monocouche, est réputé pour sa forte réponse non linéaire. Cela signifie qu'il peut prendre deux photons de lumière infrarouge invisible et les combiner en un seul photon de lumière visible. Mais une couche atomique unique absorbe et émet trop peu. Ils ont donc empilé les couches, en intercalant des molécules organiques pour que les couches ne se gênent pas électriquement, tout en additionnant la lumière. Ils ont obtenu un film de seulement 100 nanomètres d'épaisseur — mille fois plus fin qu'un cheveu humain.

La pile fonctionne comme un chœur : chaque couche chante sa note, et les voix s'assemblent en un accord puissant. La luminosité croît presque comme le carré du nombre de couches. Cela a permis de convertir une lumière infrarouge d'une longueur d'onde d'environ 3000 nanomètres en lumière visible verte ou bleue. Un tel convertisseur peut être déposé sur n'importe quelle puce ou lentille — et l'on obtient un dispositif compact pour identifier des molécules par leurs « empreintes » infrarouges.