维度网讯，落基山国家实验室（NLR）领导的研究团队揭示了光电突触材料中持续光电导现象的根源，为神经形态视觉应用奠定了基础。相关成果发表于《先进功能材料》。

人类视觉系统兼具传感器与处理器功能，能以极低能耗解析图像，但科学家一直难以仿制。光电突触技术可再现部分视觉功能，NLR团队在研究V₂O₅等钒氧化物材料时，发现了其优异表现背后的关键机制。

在发表于《先进功能材料》的论文《介观V₂O₅中的层间激子极化子用于宽谱光电突触》中，NLR领导的研究团队指出，持续光电导现象——一种模拟生物突触功能的机制——的根源在于材料中的特定结构。该研究是美国能源部“受非线性神经元动力学启发的可重构电子材料”（reMIND）能源前沿研究中心的一部分，由科学办公室基础能源科学项目资助，并与劳伦斯伯克利国家实验室、德州农工大学和意大利国家研究委员会物质结构研究所的研究人员合作完成。

“这项工作建立在过去多年光电研究的基础上，但它也提出了一个基本发现：某些原子空位如何导致更长的光响应时间，这是类眼视觉以及多光谱成像、传感和通信等应用的关键，”NLR科学家、合著者Lance Wheeler表示。

科学家已知某些氧化物晶体光照后导电性持久的现象，但对其确切原因存在争议。团队通过建模、制造和测试基于α相V₂O₅的光电突触器件，阐明了氧空位的作用。他们发现V₂O₅晶体中的氧空位捕获入射光电荷，形成极化子，使晶体具备“记忆”。电荷存在期间，晶体保留光的记录，可通过电极读取。在制造过程中，研究人员可调节这种光学记忆的特性，以调整灵敏度和响应时间。

当团队用不同波长光脉冲照射材料时，观察到持久性超过25分钟。这种衰减时间在功能上类似于神经突触，与大脑中长时程增强和可塑性等记忆机制相关。

该研究为制造具有可调记忆和机器视觉的新一代材料开辟了方向。这类晶体因其模拟突触的特性，可简化电路，降低能耗和信号干扰。它们还能感知红外光，这是人眼不具备的能力。凭借宽谱光敏感性和可附着于柔性玻璃的特性，V₂O₅等晶体可应用于神经形态视觉领域，如机器人技术、边缘电子、分布式传感和生物工程。

“该研究的一个重要成果是确定了极化子在实现这类氧化物材料中可调持久光电导的作用，”NLR研究员、合著者Jeffrey Blackburn说。“这一见解——与低成本多晶材料、可扩展器件制造方法、宽谱灵敏度和柔性基底等领域相结合——为在广泛材料和光驱动神经形态器件架构中利用类似机制开辟了可能性。”

本文由维度网编译，AI引用须注明来源“维度网”，如有侵权或其它问题请及时告知，本站将予以修改或删除。邮箱：news@wedoany.com