河南师范大学夏从新教授，蒋玉荣教授ACS Nano：CIPS-MoS2晶体管—铁电光敏栅极赋能的仿生光谱自适应晶体管非易失性运行

低维 昂维 低维 昂维 2025年8月31日 09:03 

成果介绍

当前视觉系统的光谱自适应属于易失性操作，需依赖级联光学滤光片和电子元件，导致系统结构庞大且能耗高昂。近日，受洄游鱼类光谱可调视觉机制启发，河南师范大学夏从新教授和蒋玉荣教授团队提出一种基于二维MoS₂通道与CuInP₂S₆（CIPS）栅极结构的光谱自适应非易失操作器件。该器件通过CIPS的铁电-光敏协同效应引导载流子运动，模拟视网膜的自适应反馈机制。铁电极化作用可动态调节光谱突触可塑性，在无需恒定栅压或光学滤光片的条件下，仍保持高达10²的光谱抑制比，显著增强了目标光谱特征提取能力，并将杂乱场景中的图像识别准确率从71.4%提升至95.2%。此外，CIPS栅极的铁电-光敏协同效应实现了光谱动态场景中韦伯对比度（> 10²）的按需切换，使自动驾驶系统能够无缝适应从强光到弱光的各种环境。这种光谱自适应的非易失重配置机制，为构建能效优化的非冯·诺依曼架构视觉传感器提供了新路径。

图文导读

图1. 具有非易失性操作的仿生原理与光谱自适应器件示意图。

图2. 铁电极化对电荷的调控。

图3. 极化依赖的光谱突触可塑性。

图4. 用于特征目标提取的非易失可重构光谱抑制比与对比度。

图5. 面向双模式自动驾驶的非易失可切换光谱韦伯对比度。

结论与展望

本工作受洄游鱼类视觉系统动态光谱感知机制启发，开发出一种基于二维铁电-光敏协同栅极晶体管的非易失可重构光谱自适应传感器。该器件在动态光谱条件下表现出极高的光谱抑制比，实现了可重构的光谱突触可塑性功能，能够有效提取复杂场景中的目标光谱特征，并将图像识别准确率从71.44%提升至97.45%。此外，器件具备的动态韦伯对比度使其能够无缝适应从强光照到弱光环境的变化光照条件，为自动驾驶系统在多光照场景下的稳定运行提供了有力支撑。

文献信息

Yurong Jiang, Yingzhi Xu, Ying Wang, Leiming Yu, Suicai Zhang, Xueping Li, Xiaohui Song, Chao Jiang, and Congxin Xia. “Nonvolatile Operation of Bioinspired Spectral-Adaptive Transistor with Ferroelectric-Photosensitive Gate” ACS Nano

文献链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c08939

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