適應(yīng)是生命系統(tǒng)最普遍、最基本的特征，它使物種或個體具有獨特的生存優(yōu)勢。特別是視覺適應(yīng)，它能夠使生物對現(xiàn)實世界具有更清晰的認識，進而避免潛在傷害，這對于生物體的生命活動至關(guān)重要。

在以往研究中，適應(yīng)器件主要是基于邏輯門電路架構(gòu)，它在大規(guī)模集成和多功能光電仿生方面仍面臨巨大挑戰(zhàn)。最近，混合維范德華異質(zhì)結(jié)由于其具有高載流子遷移率、大比表面積、以及優(yōu)異的光電特性，被認為是最具前景的器件架構(gòu)之一，它為生物視覺適應(yīng)的底層硬件實現(xiàn)提供了一個非常好的機會。

針對上述問題，中南大學(xué)物理與電子學(xué)院蔣杰、何軍等人提出了一種基于零維CsPbBr3/二維MoS2混合維異質(zhì)結(jié)晶體管的視覺適應(yīng)器件，成功實現(xiàn)了一系列光電視覺適應(yīng)性行為。相關(guān)工作近日以“Photoelectric Visual Adaptation Based on 0D-CsPbBr3-quantum-dots/2D-MoS2Mixed-dimensional Heterojunction Transistor”為題，于2021年2月在線發(fā)表于著名期刊Advanced Functional Materials上。其中，2019級博士研究生謝叮咚為論文第一作者，蔣杰副教授和何軍教授為共同通訊作者，中南大學(xué)為第一完成單位。

視覺適應(yīng)不僅能防止強光刺激的過度響應(yīng)，還能在不斷變化的環(huán)境下讓視覺系統(tǒng)達到動態(tài)平衡。

有鑒于此，本文構(gòu)建了一個基于零維CsPbBr3超強光敏和二維MoS2高速載流子輸運的混合維異質(zhì)結(jié)光電晶體管。有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，該新型光電器件顯示出很強的視覺適應(yīng)行為。進一步深入分析，這主要歸因于混合維CsPbBr3/MoS2異質(zhì)結(jié)空間電荷區(qū)的電荷捕獲-脫陷行為（如圖2所示）。

圖2. CsPbBr3/MoS2適應(yīng)器件工作原理及基本適應(yīng)性測試

當(dāng)無外在刺激時，器件處于初始狀態(tài)。當(dāng)其受到外在刺激時，器件會迅速呈現(xiàn)一個峰值依賴響應(yīng)，這個過程的持續(xù)時間會很短。隨后器件逐漸回歸于新的平穩(wěn)態(tài)，其在持續(xù)的過度刺激下會逐漸適應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，相比于無量子點異質(zhì)結(jié)的傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)，具有量子點器件的適應(yīng)準確度高達80.7%，遠大于無量子點器件僅僅7.7%的準確度。此外，該新型混合維CsPbBr3/MoS2適應(yīng)器件的工作過程也非常類似于細胞膜內(nèi)離子通道門控的時間依賴性自適應(yīng)調(diào)節(jié)，分別對應(yīng)于細胞膜的初始關(guān)閉，刺激開啟，以及持續(xù)刺激下的逐漸適應(yīng)行為（如圖3所示）。

圖3. 細胞膜適應(yīng)過程及可調(diào)節(jié)的適應(yīng)準確度 與此同時，研究人員通過對生物適應(yīng)行為的研究，利用混合維CsPbBr3/MoS2異質(zhì)結(jié)光電晶體管成功實現(xiàn)了可調(diào)的適應(yīng)準確度，可控的適應(yīng)敏感度，以及多模式下的適應(yīng)轉(zhuǎn)移（如圖3，4所示）。

圖4. 可控的適應(yīng)敏感度及多模式下的適應(yīng)轉(zhuǎn)移 有意思的是，通過光電協(xié)同的方法，利用不同電壓還可以靈活調(diào)控適應(yīng)變化，研究人員發(fā)現(xiàn)不但可以實現(xiàn)適應(yīng)特征反轉(zhuǎn)，還可以實現(xiàn)基于可調(diào)環(huán)境閾值的經(jīng)典視覺適應(yīng)性行為（如圖5所示）。

圖5. 基于環(huán)境閾值可調(diào)的視覺適應(yīng) 這些工作為視覺仿生的底層器件架構(gòu)提供了一個新的思路。該研究獲中南大學(xué)2019年度創(chuàng)新驅(qū)動計劃等項目的大力支持。

原文標題：AFM：混合維異質(zhì)結(jié)的“光電視覺適應(yīng)”

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