英文原题：In-Situ Fabricated Transparent Flexible Nanowire Device with Wavelength-Regulated Dual-Function of Photodetector and Photonic Synapse
通讯作者：许金友，华南师范大学华南先进光电子研究院
作者：陈湘涛，毛望龙，周伟，黄平洋，刘汉煜，王兴宇，梁展豪，杨启铭，陈彦彬，周国富，许金友
背景介绍
半导体纳米线因其亚波长厚度、较大的表面体积比、增强的光电转换效率、丰富的表面态和宽可调带隙而备受关注。纳米线光电探测器因其优越的光电信号转换能力，广泛应用于光传感、数字成像和光通信等领域。然而，传统的纳米线光电探测器缺乏记忆图像或模拟光信号动态处理的能力，这一特性是人类视觉系统的固有功能。为了解决这一局限性，近年来，人工突触的研究蓬勃发展，旨在模拟神经突触功能，用于神经形态学习、记忆和计算。尽管纳米线器件功能多样化取得了显著进展，但在实际应用中仍面临诸多挑战，包括需要均匀、稳定和可控的纳米线阵列以实现大规模芯片制造，以及在单根纳米线内调整成分以增强功能。此外，将多种功能集成到单一纳米线器件中对于实现小型化、降低成本和提高性能至关重要。
图1. 器件实物、示意图和波长调控的PPF指数
文章亮点
近日，华南师范大学许金友研究员在ACS Applied Materials & Interfaces上发表了一种新的策略来实现光电探测器和光子突触在单个透明柔性纳米线器件中的双功能集成。该器件是通过将透明的氧化铟锡（ITO）电极直接沉积在十六氟酞菁铜（F16CuPc）平面纳米线阵列上构建而成的，该纳米线沿柔性聚酰亚胺（PI）衬底上预印的周期性纳米沟槽侧生长。与以往光电探测器和突触通过偏置电压调节实现双模转换不同，柔性透明器件的双模转换可以通过改变光波长来实现。这些发现不仅展示了平面纳米线阵列的多功能性，而且为实现基于纳米线的柔性器件的复杂功能铺平了道路。
图2. 透明柔性纳米线器件的光电探测功能
通过在透明柔性薄膜上生长的自对准纳米线上无缝沉积透明电极，来制造透明柔性器件。由此产生的器件在光探测和突触模式下都实现了卓越的性能，同时保持了透明度和灵活性，展示了其多功能性和适应性。该器件通过调节光波长在光探测和突触模式之间切换的能力，有效地解决了光电探测器快速光响应和光子突触长期持续光电流的冲突要求。它在可见光和近红外范围内表现出快速和选择性的光响应，并在严重弯曲条件下表现出显著的稳定性，使其适合可穿戴电子产品和需要灵活性的应用。此外，当受到波长低于405 nm的光脉冲刺激时，该装置成功地模拟了各种生物突触功能。利用这些类似的突触特性，证明了它在神经形态学习、记忆和手写数字识别方面的巨大潜力。此外，通过在塑料薄膜上直接生长均匀定向的纳米线阵列，我们成功地集成了大量的纳米线作为光子突触，克服了开发纳米线突触器件的主要挑战之一。
图3. 透明柔性纳米线器件的光突触功能
总结/展望
研究团队通过在透明柔性聚酰亚胺塑料薄膜上热压周期性纳米槽，成功地将透明ITO电极无缝沉积到定向的F16CuPc纳米线上，制备出具有光电探测器和光子突触双功能的透明柔性纳米线器件。该器件在450-850 nm光照下表现出快速灵敏的光响应，并在405 nm以下光脉冲刺激下模拟多种生物突触功能，展示了在光学传感和人工神经网络中的巨大潜力。
相关论文发表在ACS Applied Materials & Interfaces上，华南师范大学硕士研究生陈湘涛为文章的第一作者， 许金友研究员为通讯作者。
通讯作者简介
许金友 研究员
许金友研究员：许金友，博士，研究员，广东省珠江人才计划青年拔尖人才。2008年本科毕业于湖南大学应用物理系，2014年博士毕业于湖南大学，获材料科学与工程博士学位，2014-2018年以色列魏茨曼科学院博士后。2019年至今为华南师范大学华南先进光电子研究院研究员。研究兴趣集中在半导体一维纳米结构的可控（组分调控和有序组装）生长及其纳米光电功能器件（光探测器、晶体管、激光器、人工光电突触）与单片集成。以第一作者或通讯作者发表J. Am. Chem. Soc. 2篇, Adv. Mater. 1篇, Nano Lett. 2篇, Adv. Funct. Mater. 3篇, Nano Res. 1篇, Adv. Mater. Technol. 3篇，其他期刊12篇，合作署名论文30篇。授权发明专利4项，主持完成国家自然科学基金项目1项，广东省面上基金1项，主持在研广东省珠江人才计划1项，华南师范大学青年拔尖人才项目1项。
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ACS Appl.Mater.Interfaces 2024, 16, 42, 57512–57523
Publication Date: October 14, 2024
https://doi.org/10.1021/acsami.4c12357
Copyright © 2024 American Chemical Society
Editor-in-Chief
Xing Yi Ling
Nanyang Technological University
Deputy Editor
Peter Müller-Buschbaum
Technische Universität München
ACS Applied Materials & Interfaces为化学家、工程师、物理学家和生物学家等的跨学科领域提供服务，重点探索如何具体应用开发新材料和研究界面过程
2-Year Impact Factor
CiteScore
Time to First Peer Review Decision
8.3
16
33.6
