以下文章来源于电子材料与元器件 ，作者何军
研究背景
偏振光在自然界中普遍存在，它不仅能证明光的波动性，还能用来揭示物体的伪装信息。近年来，一些偏振探测器已经被广泛应用于成像、通信和军事等领域。最新偏振视觉成像技术能通过减弱或消除杂散光、眩光等干扰，进而提高图像质量，在医疗诊断、气候成像等领域具有重要研究价值。然而，目前偏振成像元件仍是基于传统的存算分离物理器件，导致成像系统结构复杂、性能低下、能耗较高等问题，尤其是缺乏智能的偏振适应功能。从生物学角度来看，视觉适应不仅能使生物体在复杂环境下准确地感知外部世界，还能放大弱光刺激并防止受噪声影响。因此，从底层概念出发，探索具有偏振适应功能的新原理器件对于未来智能感知系统的研发十分重要。
成果简介
针对上述难题，中南大学物理与电子学院何军教授、蒋杰副教授与南京大学化学化工学院赵伟伟副教授合作提出了一种基于多孔金属有机框架/二维ReS2异质结光电晶体管的偏振视觉适应器件概念，并成功实现了一系列重要的可调偏振适应行为。该研究以“Porous Metal-organic-framework/ReS2 Heterojunction Phototransistor for Polarization-sensitive Visual Adaptation Emulation”为题，在国际顶级期刊《Advanced Materials》上发表。中南大学物理与电子学院为该研究成果的第一完成单位，博士研究生谢叮咚为论文第一作者，何军教授、蒋杰副教授和赵伟伟副教授为该论文的共同通讯作者。
图1 多孔U6N/ReS2异质结光电晶体管制备与表征。
(a) U6N合成示意图。
(b) 多孔U6N/ReS2异质结光电晶体管制备流程示意图。
(c) 基于阴阳平衡来理解偏振敏感适应。
(d) 多孔U6N/ReS2异质结光电晶体管光学照片。插图：放大的光学照片。
(e) ARPRS对2D ReS2纳米片进行测量。
(f) 偏振角度依赖的Eg-like振动模式极坐标图。
(g) U6N透射电镜图像。插图：U6N的HR-TEM图像。
(h) U6N的XRD图谱。插图：U6N晶胞结构示意图。
(i) U6N傅里叶变换红外光谱。
(j-m) U6N在（j） Zr 3d、（k）C 1s、（l）N 1s和（m）O 1s 的XPS光谱。
图2 多孔U6N/ReS2异质结器件电学特性与适应机制。
(a) 纯ReS2晶体管的转移（左轴）和栅漏电流（右轴）曲线。插图：纯ReS2器件示意图。
(b) 多孔U6N/ReS2异质结光电晶体管的转移（左轴）和栅漏电流（右轴）曲线。插图：U6N/ReS2异质结器件示意图。
(c) 纯ReS2（虚线）和多孔U6N/ReS2异质结（实线）器件的相应输出曲线。
(d) ReS2基器件的瞬态IDS响应。
(e) 多孔U6N/ReS2异质结器件能带示意图。
图3 偏振感知神经形态行为。
(a) 相邻神经元突触连接示意图。
(b) 多孔U6N/ReS2异质结突触示意图。
(c) 偏振光照射下纯ReS2（黑线）和多孔U6N/ReS2异质结（红线）突触的经典光学EPSC响应。
(d, e) 提取的纯ReS2（d）和多孔U6N/ReS2异质结（e）突触在不同VDS下的EPSCAve绘制在极坐标上。
(f) RMax作为VDS函数。实线：对应线性拟合曲线。
(g) DR与VDS函数关系。实线：对应指数拟合曲线。
(h) ΔDR与VDS函数关系。
图4 可重构的感觉适应。
(a) 人类感觉适应示意图。
(b) 上图：负反馈适应调节网络示意图。下图：用于模拟自适应行为的多孔U6N/ReS2异质结突触示意图。
(c) 不同VSpike刺激下的时间依赖性EPSC。
(d) 适应准确度和灵敏度与VSpike函数关系。
(e) 固定最终刺激脉冲电压下，具有不同刺激起始速度的时间依赖性EPSC。
(f) 适应准确度和灵敏度与刺激起始速度之间关系。
(g) 不同间隔时间下，两个连续脉冲刺激的时间依赖性EPSC。
(h) 第二个脉冲刺激灵敏度作为间隔时间函数。
(i) 第二个脉冲刺激触发的I-V关系。插图：IR作为VDS和间隔时间的函数。
(j) 适应准确度与间隔时间函数关系。插图：τ与VDS函数关系。
图5 偏振敏感的视觉适应。
(a) 蜜蜂偏振敏感视觉示意图。
(b) 左图：蜜蜂小眼横截面示意图。右图：蜜蜂偏振敏感视觉适应机制示意图。
(c) 在黑暗环境且VSpike= 5 V时，不同偏振角下的EPSC。
(d) 在绿光环境且VSpike= 5 V时，不同偏振角下的EPSC。
(e) 不同脉冲刺激电压下提取的EPSCAve作为偏振角的函数。
(f, g) 在黑暗（f）和绿光（g）环境下，适应准确度在不同VSpike下的极坐标图。
(h）在不同环境下，提取的Acc（Max）作为VSpike的函数。
(i, j) 在黑暗（i）和绿光（j）环境下，AI与VSpike函数关系。
小结
该工作利用多孔U6N/ReS2混合维异质结光电晶体管成功实现了偏振敏感的神经形态行为。其中，具有各向异性晶体结构的二维ReS2能使该异质结器件具有偏振探测能力，而多孔U6N则可以增强器件的光电性能。更为重要的是，U6N/ReS2异质结界面的电荷捕获-脱陷机制有助于器件适应行为的实现。此外，一系列重要的偏振感知神经形态行为，如：偏振感知的兴奋性突触后电流、多模可调的二向色性比和可重构的感觉适应。进一步基于偏振光-电协同刺激策略，具有底栅可调和环境依赖的偏振敏感视觉适应行为也被成功实现。这些结果为未来视觉感知系统开创了新途径，如医疗诊断、人机交互以及自主导航等。
致谢
本工作特别感谢湖南大学机械与运载工程学院段辉高教授团队在器件微纳加工方面的支持；中南大学物理与电子学院阳军亮教授、黄寒教授、方梅副教授在器件表面分析方面的支持；华东师范大学物理与电子科学学院田博博教授在材料表征方面的支持。该工作得到了国家自然科学基金项目（No. 52172169）的支持。
论文链接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202212118
转自：“i学术i科研”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
