近日，中國科學(xué)院院士黃維團(tuán)隊(duì)和南京工業(yè)大學(xué)柔性電子(未來技術(shù))學(xué)院教授劉舉慶、副教授李銀祥課題組，創(chuàng)造了一種基于氣液界面共自組裝策略構(gòu)筑大尺寸二維碳基異質(zhì)結(jié)的普適性方法，獲得了系列勻質(zhì)厘米級異質(zhì)結(jié)雙層薄膜。這一工作為實(shí)現(xiàn)上述仿生應(yīng)用提供了材料和技術(shù)支持。相關(guān)成果發(fā)表于《自然—通訊》。

二維層狀異質(zhì)結(jié)是一種類似千層蛋糕那樣一層一層堆疊起來的新型材料結(jié)構(gòu)，被認(rèn)為是構(gòu)筑人工神經(jīng)形態(tài)視覺傳感(比如仿生眼)最有前途的材料之一。

“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，它們會在水和空氣的二維界面各自進(jìn)行自組裝成膜，兩種膜又通過之間的范德華作用力形成層狀異質(zhì)結(jié)構(gòu)。該策略具有普適性，所形成的異質(zhì)結(jié)面積較大，可達(dá)厘米大小;異質(zhì)結(jié)也很均勻，整個(gè)膜的質(zhì)量、厚度都是差不多的。”李銀祥介紹。

據(jù)了解，目前人工智能視覺系統(tǒng)需要傳感器、存儲器以及處理器3個(gè)部分。相比之下，黃維團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的這類異質(zhì)結(jié)器件極大簡化了器件的復(fù)雜度，將光信號的感知、存儲與處理集于一身，降低了信息在不同器件之間傳遞導(dǎo)致的時(shí)間延遲和能耗。

該異質(zhì)結(jié)器件能夠感知從紫外光、可見光到近紅外光這個(gè)寬范圍內(nèi)(365~1550納米)的光照刺激響應(yīng)，同時(shí)在暗環(huán)境中能夠探測到非常微弱的光信號。除了具有較強(qiáng)的光感知能力外，該器件還能同時(shí)對探測到的光信號進(jìn)行記憶和處理。高達(dá)214%雙脈沖易化指數(shù)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(quán)重進(jìn)行調(diào)控，基于這種異質(zhì)結(jié)的類腦光電突觸還可以實(shí)現(xiàn)視覺學(xué)習(xí)和識別的神經(jīng)形態(tài)網(wǎng)絡(luò)，以及高效的時(shí)間信息解碼。

這類器件的制備對未來人工智能技術(shù)，如自動駕駛、無人機(jī)視覺導(dǎo)航、工業(yè)檢測及視頻信息的實(shí)時(shí)解析等應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。這項(xiàng)工作不僅為碳基光電異質(zhì)結(jié)的高質(zhì)量構(gòu)筑提供了一種有效的通用策略，也為碳基神經(jīng)形態(tài)電子的開發(fā)提供了有益借鑒。