C60 與 GO 攜手：光電子突觸點(diǎn)亮動(dòng)態(tài)視覺(jué)識(shí)別之路

來(lái)源：上海冪方電子科技有限公司      分類(lèi)：科技文獻(xiàn) 2025-02-26 09:11:49 34閱讀次數(shù)

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研究背景

人類(lèi)視覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)在感知和處理外部刺激方面表現(xiàn)出色，仿生視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)模仿生物突觸特性來(lái)提升記憶編碼和感知能力。光電子突觸器件模擬生物突觸，在可穿戴電子設(shè)備等領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。二維材料與光電分子形成的異質(zhì)結(jié)層狀材料是光電子突觸的理想材料，但傳統(tǒng)合成方法存在成本高、設(shè)備復(fù)雜、產(chǎn)物缺陷多等問(wèn)題，因此開(kāi)發(fā)高效、便捷、環(huán)保的制備方法至關(guān)重要。

研究?jī)?nèi)容

人類(lèi)視覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)擅長(zhǎng)識(shí)別和處理外部刺激，這對(duì)各種生理功能至關(guān)重要。仿生視覺(jué)系統(tǒng)利用生物突觸的特性來(lái)改善記憶編碼和感知能力。模擬這些突觸的光電器件可以提升可穿戴電子產(chǎn)品的性能，層狀異質(zhì)結(jié)材料因其可調(diào)節(jié)的特性和生物相容性，成為光電子突觸的理想材料。然而，傳統(tǒng)的合成方法復(fù)雜且對(duì)環(huán)境有害，會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性差和電荷轉(zhuǎn)移效率低等問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)一種更高效、便捷且環(huán)保的層狀異質(zhì)結(jié)材料制備方法勢(shì)在必行。在此，華東理工大學(xué)顧震、王紀(jì)紅教授團(tuán)隊(duì)采用一步超聲法將富勒烯（C60）與氧化石墨烯（GO）混合，通過(guò)自組裝制備出均勻的層狀異質(zhì)結(jié)復(fù)合薄膜。基于該薄膜的仿生光電子突觸在動(dòng)態(tài)視覺(jué)識(shí)別任務(wù)中達(dá)到了97.3%的準(zhǔn)確率，并展現(xiàn)出突觸可塑性等能力。利用X射線光電子能譜（XPS）、X射線衍射光譜（XRD）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、紫外 - 可見(jiàn)光譜（UV-vis）、掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，GO和C60之間存在穩(wěn)定的π-π相互作用，這有助于電子轉(zhuǎn)移并延長(zhǎng)載流子復(fù)合時(shí)間。這種利用高密度π電子材料的新方法推動(dòng)了人工智能和神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展。相關(guān)研究以”Efficient Carbon-Based Optoelectronic Synapses for Dynamic Visual Recognition“為題發(fā)表在Advanced Science期刊上。

圖文導(dǎo)讀

總結(jié)與展望

總之，作者采用一步超聲法結(jié)合自組裝技術(shù)制備了C60@GO光電層狀異質(zhì)結(jié)柔性薄膜，該方法簡(jiǎn)便且環(huán)保。基于這種薄膜組裝的光電子突觸展現(xiàn)出優(yōu)異的短期記憶（STM）、長(zhǎng)期記憶（LTM）能力以及突觸可塑性。此外，C60@GO器件的實(shí)驗(yàn)混淆矩陣在視頻分析任務(wù)中顯示出97.3%的高準(zhǔn)確率，證明了其動(dòng)態(tài)視覺(jué)識(shí)別的高效性。由于其具有較高的雙脈沖易化（PPF）功能，有望實(shí)現(xiàn)高效的時(shí)間信息解碼。而且，X射線光電子能譜（XPS）、X射線衍射（XRD）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、紫外 - 可見(jiàn)光譜（UV-vis）和掃描電子顯微鏡（SEM）分析表明，氧化石墨烯（GO）和C60通過(guò)π-π相互作用牢固結(jié)合，電子從GO轉(zhuǎn)移到C60，從而延長(zhǎng)了載流子與空穴的復(fù)合時(shí)間。這項(xiàng)研究表明，該方法可顯著拓展二維富π電子材料在光電子領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。 

期望通過(guò)優(yōu)化材料的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，或者選擇性能更優(yōu)的碳基材料，能夠進(jìn)一步提升光電子突觸的可塑性和功能性。鑒于該方法本身操作簡(jiǎn)便，將其與其他成熟技術(shù)相結(jié)合，有望顯著提高光電器件的響應(yīng)能力和突觸功能。因此，這些研究成果為優(yōu)化材料的光電性能提供了一種直接有效的途徑，也為人工智能和神經(jīng)形態(tài)領(lǐng)域的進(jìn)一步研究開(kāi)辟了新思路，展現(xiàn)了新的應(yīng)用前景。 

文獻(xiàn)鏈接

http://dx.doi.org/10.1002/advs.202414319

來(lái)源：Artificial Synapse

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