传统光谱仪体积庞大，微型化是便携式光电子学、可穿戴传感器的核心需求，现有微型光谱仪依赖冯・诺依曼架构，传感、存储、处理模块分离，存在存储墙问题，能耗高、处理速度受限而二维范德华异质结具备栅压可调、波长依赖的光响应特性，是单探测器计算光谱仪的理想材料。本文利用二维范德华异质结设计了具有长期图像存储功能的微型光谱仪。研究内容包括制备SnS₂/ReSe₂范德华异质结器件，揭示界面缺陷态诱导的栅压可调及波长依赖光门控效应与非易失性光电存储效应的物理机制，实现光探测、光谱重建、光谱成像、长期图像存储与信号处理一体化，并验证器件的光谱成像、长期图像存储（>10⁴ s）与类突触神经形态计算功能。创新点是器件尺寸仅19 μm，光谱范围400-800 nm，分辨率5 nm，图像存储时长超 10⁴ s。利用器件的界面缺陷态，单个器件就可实现传感-存储-计算一体化，突破冯・诺依曼架构限制。文章结论为界面缺陷态是光门控与非易失性存储的核心，可通过栅压调控光响应与存储状态。基于SnS₂/ReSe₂异质结的微型光谱仪，可在单个器件内完成光探测、光谱重构、成像与长期存储。启发在于微型光谱仪可向片上感知-存储-计算一体化方向发展，适配可穿戴、机器视觉、原位检测等场景且材料物理机制与智能算法结合，是高性能微型光电器件的关键设计思路。
文献来源：Nature Communications, 2024, 15:676.
作者：Gang Wu, Mohamed Abid, Mohamed Zerara, Jiung Cho, Miri Choi, Cormac Ó Coileáin, Kuan-Ming Hung, Ching-Ray Chang, Igor V. Shvets, Han-Chun Wu
报告人：高恩博
