【国内论文】LPR丨云南师大王前进教授团队光电研究进展：双波段CuInP₂S₆/Ga₂O₃范德华异质结光探测与界面载流子动力学在神经形态识别和光通信应用

        由云南师范大学王前进教授、谭秋红正高级实验师、内蒙古大学刘增研究员的研究团队在学术期刊Laser & Photonics Reviews发布了一篇名为Dual-Band Photodetection and Interfacial Carrier Dynamics of CuInP₂S₆/Ga₂O₃ Van der Waals Heterojunction for Neuromorphic-Like Recognition and Optical Communication（双波段CuInP₂S₆/Ga₂O₃范德华异质结光探测与界面载流子动力学在神经形态识别和光通信中的应用）的文章。

        Laser & Photonics Reviews（《激光与光子学评论》）是光学与光子学领域的‌国际旗舰期刊‌，由Wiley-VCH Verlag出版，创刊于2007年，出版地为德国。‌‌

        定位与分区‌：中科院‌物理与天体物理大类一区TOP期刊‌，JCR Q1区。

        影响因子‌：2024年IF为‌9.8‌，五年影响因子曾达‌11.1‌；2026年最新IF为‌9.7‌。

        收录情况‌：被‌SCIE、SSCI、EI‌等知名数据库收录，并入选中国科协“高质量科技期刊”分级目录。

        出版模式‌：双月刊，混合开放获取（OA），发表综述、原创研究及观点文章，涵盖光子材料、纳米光子学、量子光子学等方向。

        一种兼具高灵敏度和神经元类似处理能力的双频段器件，对于下一代智能光电子系统具有极高的需求。然而，传统的单一材料器件存在性能差、集成度低的问题。此外，由于功耗较高，其在集成传感、计算与存储、光加密通信以及成像等应用中受到限制。在此，该团队报道了一种多功能的CuInP₂S₆(CIPS)/Ga₂O₃异质结，可集成紫外（UV-可见光探测）、人工突触功能、神经元式识别以及双波长光通信与成像。值得注意的是，这种构建的II型CIPS/Ga₂O₃范德华异质结能够调控界面载流子传输，从而增强光吸收，使在245 nm紫外光照射下实现高响应度（275 A/W）和增强的探测度（1.95×10¹⁵ Jones）。此外，该器件还表现出显著的突触可塑性，包括双脉冲促进效应以及可调的记忆保持能力。通过将实验提取的单器件遗忘动态映射到模拟的卷积神经网络框架中，已在简单和复杂的数据集上实现了高精度。此外，该平台具备波长选择性光响应特性，支持双频紫外-可见光通信与成像。这项工作建立了一个多功能异质结平台，推动了现代光电技术的研发进展。

        ①光电流与暗电流之比、响应度和探测率分别约为9.42×10⁶、275 A/W、1.95×10¹⁵ Jones。单一的CIPS或Ga₂O₃器件往往难以实现光生载流子的有效分离，载流子迁移率较低，且能带结构固定，这限制了其应用价值。通过利用CIPS可调带隙的特性，成功构建了II型能带结构，可有效解决一系列问题。研究结果表明，该设计不仅实现了高灵敏度器件，还为器件的应用提供了保障。

        ②紫外-可见光双波段加密通信与成像应用。基于上述异质结器件优异的光电性能，通过利用Ga₂O₃和CIPS的最佳响应波段，已在紫外和可见光范围内实现了双波段加密光通信和成像应用。

        ③人工突触模拟人类记忆和神经网络的高精度识别能力。通过模仿人类的记忆和遗忘功能，利用异质结器件的人工突触构建了神经网络架构，实现了高精度识别。这为现代低功耗、高集成度和高灵敏度器件提供了实验支持。

        综上所述，该团队展示了一种多功能的CIPS/Ga₂O₃异质结器件，该器件在单一平台上集成了高性能紫外-可见光探测、人工突触行为、神经形态识别以及双波段光通信与成像等功能。通过采用干法转移工艺，将金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长的Ga₂O₃薄膜与机械剥离的CIPS纳米片相结合，获得了清晰且明确的异质结界面，从而实现了高效的界面电荷调制。宽带隙材料Ga₂O₃与CIPS带隙可调性所导致的独特II型能带排列产生协同效应，共同促进了载流子分离并抑制了复合现象，进而在245纳米紫外光照射下实现了高响应度（275 A/W）和改善的探测率（1.95×10¹⁵ Jones）。除了光探测功能外，该器件还表现出显著的突触可塑性，包括双脉冲促进和可调节的记忆保持能力，能够有效模拟生物突触功能。通过将实验中提取的遗忘特性直接映射到神经网络框架中，基于MNIST和CIFAR-10数据集实现了高精度，证明了类神经形态计算的可行性。此外，波长选择性光响应功能使得双波段紫外-可见光通信与成像成为可能，凸显了CIPS/Ga₂O₃异质结在集成传感和信息传输方面的潜力。这项工作为构建集成光探测、存储、类神经形态处理功能、通信和成像的多功能光电器件提供了一种可行策略，为智能光电和类神经形态视觉系统开辟了新的机遇。

        本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号：62464014、12464025、12264056、62564011 和 62204125）、中国内蒙古自治区自然科学基金青年科学家基金（A类，2026QA016）、云南省基础研究计划（编号：202401AT070134）、面向南亚和东南亚科技创新中心建设项目（202403AP140015）、昆明市“春城计划”——高层次人才引进与培养项目（2022SCP005）、中国内蒙古自治区直属高校基础科研经费资助（资助编号：2026JBKY002）以及云南省教育厅科研项目资助（编号：2026Y0319）的支持。

DOI: 

doi.org/10.1002/lpor.71865