中国科学院东莞材料科学与技术研究所/松山湖材料实验室研究员林生晃团队联合中山大学、淮北师范大学，以二维非晶TaIrTe4为核心材料，实现了全光双向突触功能的光电器件。相关成果近日发表于《微尺度》（Small）。
TaIrTe4无定形纳米片的电化学剥离及结构表征。图展示电化学剥离示意、光学显微图、TEM和AFM表征，纳米片超薄、横向尺寸大。研究团队供图
传统硅基计算架构在速度和能耗上遭遇瓶颈，类脑计算与光神经形态器件成为研究热点，但现有材料在光响应可控性、双向调控及能耗方面仍有局限。为此，研究团队采用电化学剥离法，将TaIrTe4单晶制备成平均厚度约2纳米、横向尺寸超50微米的非晶纳米片，具有良好的分散性与空气稳定性。结构无序化引入碲空位和配位畸变，使材料从金属性转变为半导体性，打开带隙并形成分布陷阱态，为双向光响应奠定了基础。
基于该纳米片制备的场效应晶体管表现出双极载流子输运特性，开关比超过103，迁移率约1.5 cm2V-1s-1。器件在光刺激下产生自供电、持续的光电流响应。通过调控光波长（405–638纳米），实现了全光双向突触可塑性：638纳米光脉冲诱发配对脉冲促进（PPF，127.8%），405纳米光脉冲诱发配对脉冲抑制（PPD，187.5%）。在0.2 V低偏压下，单次光脉冲能耗低于5.65 pJ，成功模拟了生物突触的兴奋与抑制功能，并可实现短期至长期突触可塑性的可控转换。
研究进一步表明，通过调节光脉冲宽度、功率或数量，可分别实现638纳米诱导的短期→长期增强和405纳米诱导的短期→长期抑制，完全复刻了生物突触的记忆形成与遗忘规律。基于这些器件构建的三层神经网络，在MNIST手写数字识别中准确率达92.1%，在Fashion-MNIST服饰分类中达82.8%，展示了在神经形态计算与智能视觉识别中的应用潜力。
该工作揭示了二维非晶材料在全光型神经形态器件中的新可能，为低功耗、全光控、双向突触功能的类脑光学计算提供了新思路。
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/smll.73719
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