近日，光子芯片研究院和光電學(xué)院碩士研究生李潤(rùn)澤以第一作者身份在《PhotoniX》（中科院1區(qū)期刊，IF:19.818）上發(fā)表了題為“CsPbBr3/石墨烯納米壁人工光電突觸的可控感知學(xué)習(xí)”（CsPbBr3/graphene nanowall artificial optoelectronic synapses for controllable perceptual learning）的研究成果。光子芯片研究院滬江博士后董毅博博士為該文章共同第一作者，上海理工大學(xué)為第一單位，陳希教授、岳增記教授和顧敏院士為通訊作者。
基于光刺激的人工光電突觸可以大大拓寬帶寬，緩解互連問題，為神經(jīng)形態(tài)計(jì)算提供了新途徑。更重要的是，由于外界80%的信息是通過視覺感知傳遞到人腦的，人工光電突觸為光學(xué)無線通信和操作的發(fā)展提供了一種非接觸式輸入法。光電突觸可以精確模擬視網(wǎng)膜神經(jīng)元，實(shí)現(xiàn)高精度的圖像檢測(cè)和識(shí)別。異質(zhì)結(jié)型人工光電突觸由于通道區(qū)引入了光吸收體和缺陷異質(zhì)界面，提供了低功率光輸入源的可能性。因此，異質(zhì)結(jié)型突觸具有可控光電相應(yīng)的特點(diǎn)，尤其適用于以視覺感知模擬為代表的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)光子計(jì)算中。
該文章報(bào)道了基于石墨烯納米壁和鈣鈦礦量子點(diǎn)的異質(zhì)結(jié)型光電突觸，突觸采用CsPbBr3量子點(diǎn)作為光吸收層，石墨烯納米壁作為半導(dǎo)體傳輸層，CsPbBr3和石墨烯納米壁接觸形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的內(nèi)置電場(chǎng)可以有效的分離光生載流子，同時(shí)石墨烯納米壁中的天然缺陷也可以限制轉(zhuǎn)移載流子，大大延長(zhǎng)載流子壽命。通過制作這種異質(zhì)結(jié)突觸組成的陣列，文章作者完成了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的搭建，并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以用來模擬人類感知學(xué)習(xí)的一個(gè)典型特征，即人類的感知能力可以通過學(xué)習(xí)過程得到增強(qiáng)，而且再學(xué)習(xí)的過程會(huì)比第一次學(xué)習(xí)消耗更短的時(shí)間和更少的能量。該成果有助于實(shí)現(xiàn)具有可控高性能的神經(jīng)形態(tài)光子計(jì)算，為研發(fā)成功新一代感知學(xué)習(xí)智能裝備奠定了基礎(chǔ)。
該工作得到了國家自然科學(xué)基金委員會(huì)和上海市科委等單位的支持。
石墨烯納米壁和鈣鈦礦量子點(diǎn)異質(zhì)結(jié)型光電突觸器件示意圖
論文鏈接：https://photonix.springeropen.com/articles/10.1186/s43074-023-00082-8
供稿：光子芯片研究院
