近日，南京工業大學柔性電子（未來技術）學院劉舉慶教授、李銀祥副教授課題組，創造了一種基于氣液界面共自組裝策略構筑大尺寸二維碳基異質結的普適性方法，獲得了系列勻質厘米級異質結雙層薄膜。這一工作為構筑人工神經形態視覺傳感提供了材料和技術上的支持，相關研究論文日前發表在《自然·通訊》上。

　　“所謂氣液界面共自組裝策略，形象地理解就是，水面上先后滴加了兩種溶液，這兩種物質會在水和空氣的二維界面各自進行自組裝成膜——一個一個小分子均勻排列成二維膜，兩種膜同時又通過彼此間的范德華作用力形成層狀異質結構。該策略具有普適性，所形成的異質結面積較大，可達厘米大小；異質結具有高均勻性，整個膜各處的質量接近、厚度勻稱。”李銀祥介紹，范德華作用力類似于一種吸引力，讓兩者可以堆疊在一起。

　　“通俗地說，正是因為異質結的每一層物質光吸收范圍的疊加，才使它具有寬范圍的光吸收。異質結中的含氧官能團使其具有缺陷態。缺陷態會俘獲光生電子，光照撤去后，電子會被緩慢釋放出來。因為每個物質的能帶之間不重合、有差值，并且因為缺陷態對于電荷的俘獲和釋放過程，讓這個異質結對光信號有了記憶可塑性。” 論文共同第一作者、南京工業大學博士董雪梅解釋，記憶可塑性是指給予不同的記憶時間，記憶程度不一樣，遺忘的時間也是不同的，“一幅畫看一遍和看十遍的效果是不一樣的，后者記得會更深，忘得會更慢”。

　　該團隊設計了基于這類異質結的類腦光電突觸器件。董雪梅介紹，相比之下，團隊設計的該器件，極大簡化了器件的復雜度，它像人類視覺系統一樣，將光信號的感知、存儲與處理集于一身，這就降低了信息在不同器件之間傳遞導致的時間延遲和能耗。

　　課題組相關負責人介紹，該器件能耗僅為10-9瓦，能夠感知從紫外光、可見光到近紅外光這個寬范圍內的光照刺激，同時在暗環境中能夠探測到非常微弱的光信號。除了具有較強的光感知能力之外，該器件和人類大腦中兩個神經元之間的突觸結構一樣，還能夠同時對探測到的光信號進行記憶和處理。

　　214%雙脈沖易化指數說明該器件對所探測到的光信號具有非常高的記憶能力。采用光信號對器件的突觸權重進行調控，基于異質結的類腦光電突觸還可以實現視覺學習和識別的神經形態網絡，以及高效的時間信息解碼。

　　董雪梅表示，該器件的制備也將對未來人工智能技術，包括自動駕駛、無人機視覺導航、工業檢測及視頻信息的實時解析等應用具有重要的現實意義。