为克服冯·诺依曼架构计算和存储单元物理分离造成的处理延迟和高功耗问题，人们通过模仿人类大脑的功能架构进行拟神经形态计算，以实现自适应学习、高并行计算和低功耗。由于人脑通过视觉神经元调控突触权重可实现对视觉信息的学习和记忆等功能，人们考虑采用光信号调控突触权重，制备光电突触器件。光电突触器件以高带宽、低串扰、低功率、无延迟的光信号作为输入，通过改变器件电导率调控突触权重，可将视觉信号感知、信息处理和数据记忆融为一体，类似于生物突触。基于二维材料异质结构，可根据需要设计能带结构，实现高效光学和电学调制，使基于此材料的光电突触器件同时具备“探测“和”记忆“功能。
2024年10月20日，中国科学院苏州纳米所赵宇坤和苏州科技大学张建亚等在交叉脑科学刊物Brain-X上发表了题为“Research progress and applications of optoelectronic synaptic devices based on 2D materials”的综述，总结了基于二维材料的人工光电突触器件的研究进展和应用。
研究人工光电突触器件所使用的功能材料是提高器件性能和拓展器件应用的重要方面。首先，此综述介绍了当前用于光电突触器件的二维材料及其异质结构。二维材料及其堆叠形成的异质结具有超高光响应、大光电流开/关比、超高光增益、超快响应时间、超低暗电流等优异特性，在光电突触器件领域受到了很多的关注。接着，介绍了基于二维范德华异质结构的光电突触器件的分类和研究进展。器件两端结构上/下电极分别对应生物突触前/后神经元，外界刺激信号对应作用于突触前神经元的动作电位，电阻值的变化对应突触权重，这种结构具有结构简单、功耗低、尺寸可调等优势。三端或多端结构具有良好的稳定性和可控性，还能对多种信号协同处理，从而具有可扩展性和低功耗的突触可塑性。最后，此综述强调了它们在图像识别、神经形态可穿戴电子设备、逻辑运算和神经形态计算系统等方面的应用，这对于实现高效低功耗类脑计算至关重要。
通讯作者介绍
张建亚，苏州科技大学讲师，江苏省双创博士，主要研究GaN基半导体材料与器件。本硕毕业于南京邮电大学，博士毕业于中国科学技术大学。作为负责人主持中国博士后科学基金特别资助项目1项、面上项目1项，指导大学生创新创业国家级项目；近3年来（2021年起），作为（共）第一/通讯作者在Nano Energy、Small Methods、ACS Appl. Mater. Interfaces、Adv. Mater. Interfaces、Optics Express、RSC Advances等知名SCI学术期刊上发表论文约10篇，相关技术获得美国和日本专利授权，成果被中国科学院官网等多家平台报道宣传；（曾）兼任多个SCI期刊的客座编辑、江苏省材料学会会员等学术职务。
赵宇坤，中国科学院苏州纳米所副研究员、特聘骨干，中国科学技术大学硕导，省级高层次人才项目资助，主要研究新型宽禁带半导体芯片与集成系统。作为负责人主持/完成省部级以上科研项目约10项，包括国家自然科学基金2项（面上和青年项目），中国科学院从0到1原始创新项目等；近4年来（2020年起），作为（共）第一/通讯作者在Nano Energy、Small Methods、Nano Research、ACS Appl. Mater. Interfaces、Photonics Research、ACS Photonics、Fundamental Research、APL Photonics等知名SCI学术期刊上发表论文约30篇，3篇论文被选为期刊封面，相关技术获得美国与日本发明专利授权。目前兼任Brain-X、Chip和Exploration期刊的青年编委、中国电子学会高级会员等学术职务。
本文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/brx2.70004
本文引用格式：
Yukun Zhao, Linrui Cheng, Rui Xu, Zexin Yu, Jianya Zhang. Research progress and applications of optoelectronic synaptic devices based on 2D materials. Brain-X. 2024; 2:e70004. https://doi.org/10.1002/brx2.70004
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