中南大学何军/蒋杰：基于混合维异质结的新型光电视觉适应器件全文速览背景介绍研究出发点图文解析总结与展望：中南大学何军/蒋杰：基于混

原标题：中南大学何军/蒋杰：基于混合维异质结的新型光电视觉适应器件

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第一作者：谢叮咚
【中南大学何军/蒋杰：基于混合维异质结的新型光电视觉适应器件全文速览背景介绍研究出发点图文解析总结与展望】通讯作者：蒋杰副教授，何军教授
通讯单位：中南大学
论文DOI：10.1002/adfm.202010655
全文速览本文采用栅可调的0D-CsPbBr3/2D-MoS2异质结构，制备出一种基于混合维范德华异质结构的新型自适应器件。该器件基于独特的电荷捕获-脱陷机制，成功地模拟了生物适应行为的众多关键特征，例如准确度，灵敏度，失活及脱敏行为等。更为有趣的是，通过光电协同作用，还成功实现了基于可调环境阈值的视觉适应行为。
背景介绍“物竟天择，适者生存” ，这是达尔文在《物种起源》中所提出的核心思想。在自然界，从单细胞到多细胞生物以及相互作用的种群，所有生命系统都具有惊人的适应能力，即能够根据周围环境的变化来调节其内部状态，从而维持某些生命活动必不可少的功能，而这些功能往往对其生存是至关重要的。因此，生命系统所具备的适应能力是物种或个体中最普遍、最基本的能力。特别地，视觉适应能够使生物体在不断变化的环境中更好地处理视觉信息，随之确定更为合适的行为活动。视觉适应不仅能够防止在强光刺激下的过度响应，还能随着刺激强度的增大而降低功耗，即在不断变化的环境下实现视觉系统的动态平衡。因此，通过新兴的光电器件来实现生物视觉适应性，不仅有助于了解生物体的生命活动，更有利于下一代仿生智能电子技术的发展。
研究出发点目前而言，视觉适应器件的探索主要集中在硅基逻辑电路，然而在大规模集成和光电仿生方面仍面临着巨大挑战。最新研究表明：混合维范德华异质结（MvdWHs）由于具有较高的载流子迁移率、较大的体表面积和出色的本征光电特性，被认为是一种极具前景的器件结构。特别是零维/二维（0D/2D）混合维范德华异质结具有更为优异的性能，如：超薄的材料厚度，出色的光吸收特性以及极少的晶格匹配问题。因此，我们尝试使用0D-CsPbBrBr3/2D-MoS2MvdWHs光电器件来进行视觉适应性研究。
图文解析在开始研究该课题时，我们就在思考，生物的适应不就是指在不断变化的环境下改变其内部状态来响应外界的改变，进而达到自身的动态平衡？因此，生物的适应与太极平衡理论的内涵是一致的：两极相调（如图1所示）。

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Figure1.Biologicaladaptivebalanceand0D/2D-hybridadaptivedevices.Toppanel:adaptationissimilartotheYin-YangbalanceintheoldTai-Chi;Bottompanel:a3DschematicdiagramofMHATdeviceandtypicaladaptation/non-adaptationcurves.
为了深入研究生物的适应性行为，我们通过文献调研发现经典的自适应曲线分为三个过程，即引入刺激前的初始状态，出现刺激后短暂的峰值状态以及最后的逐渐适应过程。通过对0D-CsPbBrBr3/2D-MoS2光电晶体管（MHAT）的研究，我们发现该器件的工作原理与典型适应曲线的三个过程非常类似（图2所示）。 MHAT由于固有的异质结特性，在无外部刺激（VGS=0）时， MHAT能够保持其初始的“OFF”状态。然而，当VGS为正向偏置时，由于导带的弯曲，大多数电子将从CsPbBr3流向MoS2 ，进而导致峰值电流的产生。然而随着VGS正向偏置的持续施加，器件的空间电荷区中将发生时间依赖的电子俘获现象，致使电子浓度降低，在生物中表现为持续刺激后的逐渐适应。最后，当撤除VGS后，快速电子脱陷行为将导致器件性能的立即恢复，进而促进了整个适应过程。

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Figure2.WorkingmechanismandbasicadaptivemeasurementsofMHAT.a)Atypicaladaptationcurvefortheadaptivedevices.b)Schematicillustrationsoftheenergy-banddiagramsofMHAT.Theworkingmechanismcanbedividedintothreeprocesses,whichcorrespondtotheinitialstate,activatedprocessandadaptiveprocess,respectively.Ec,Ef,andEvaretheconductionbandenergy,Fermilevelenergy,andvalencebandenergy,respectively.c)Anadaptivedynamicdiagram(leftpanel),andanexactmathematicaldescriptionforadaptationbehaviors(rightpanel).d)NFLnetworkarchitectureforadaptationbehaviors.Theredarrowlinehighlightstheslowinteractionsforadaptation.e)TransientIDSresponsesofMHATwithandwithoutQDs,respectively.f)HR-TEMimageofCsPbBr3QDs.Inset:theenlargedimageofCsPbBr3QDs.