科技日报记者 吴长锋
记者从中国科学技术大学获悉，该校微电子学院孙海定教授课题组与武汉大学刘胜院士团队合作，成功开发以第三代半导体氮化镓为核心材料的光电神经突触器件，实现具有化学调控的神经形态功能。该器件首次提出利用光电化学器件架构，结合传统半导体构筑新型半导体/电解质异质界面，并逼真模拟了生物体中的复杂视觉行为。研究成果日前发表在《自然·通讯》上。
受生物视觉启发的光电神经突触器件，有望将光电感知、信息存储和信息处理功能集成到同一系统中，为多功能和集成化感知系统的开发提供全新途径。近年来，光电化学器件因其将物理和化学过程相结合的独特工作优势，逐渐成为研究热点。该类器件不仅涵盖了经典半导体物理中的光生载流子的产生、提取和输运行为，还包括在半导体/电解质溶液界面上的电化学反应过程，为实现更复杂的光电功能提供了新的器件架构。
研究团队在前期成功研制光电化学器件原型基础上，并针对现有光电神经突触器件所面临的挑战，提出基于氮化镓纳米线的光电化学神经形态器件架构。该架构首次将生物系统中的溶液介导的化学—电过程与固态器件中的光电过程相结合，显著提升了器件的功能性和生物兼容性。通过这种新型器件的构筑，团队实现了双模式的突触行为，并通过表面铂金属的化学修饰，利用新型半导体/电解质表界面结构，成功调控了器件的突触响应行为。同时，该器件还展现了类生物系统的化学调控突触特性。更为重要的是，该器件能够模拟人体内的氧化应激过程，并进一步重现氧化应激引发的视觉认知衰退现象。
研究人员表示，这一器件架构不仅突破了传统光电神经突触器件的局限性，还能够与生物系统兼容并实现一体化集成，有望在仿生视觉、神经形态生物传感、光控脑机接口和神经假肢修复等领域开辟新的应用前景，为未来光电子与生物电子的交叉与集成应用提供新的发展方向。
（中国科大供图）
责任编辑：冷媚
