Nat. Commun. | 仿生光电神经感知器件逼真模拟出复杂视觉行为

光电突触通过整合经典光电效应与突触可塑性，成为人工视觉和光子神经形态计算的核心模块。然而，大多数光电突触主要依赖传统光电物理过程，无法模拟生物系统中的化学-电突触过程，较大程度限制了其功能性和应用场景。

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行为，还包括在半导体/电解质溶液界面上的化学反应过程，为实现更复杂的光电功能提供了新的器件架构。

基于此，团队报道了一种基于p-AlGaN/n-GaN半导体纳米线的光电化学突触器件，该器件结合了半导体中的光电过程和溶液介导的化学-电过程，展示了双模态可塑性和化学调控的神经形态功能。通过电调制，该器件实现了短期和长期突触可塑性的切换；通过纳米线表面的化学修饰，增强了突触响应。此外，器件还能在不同电解质环境下模拟化学调控的突触行为，并模拟了氧化应激引发的视觉认知衰退等生理现象。

光电化学突触器件概念

如图1a所示，模仿生物视觉系统，我们提出了光电化学突触器件。该器件不仅包含了传统的半导体光电过程，还涉及与生物视觉系统类似的溶液介导的化学-电过程。因此，该器件可以通过物理或化学手段调控突触行为和神经形态功能（图1b）。

图1. 生物视觉系统和光电化学突触的示意图。(a) 生物视觉系统（上）和光电化学突触（下）的示意图。(b) 光电化学突触中通过物理（左）和化学手段（右）调节突触活动的示意图。

双模态光电突触行为

团队通过p-AlGaN/n-GaN半导体纳米线构建了光电化学突触器件（图2b-d），通过改变电路状态，实现了在电流模式（闭路状态）和电压模式（开路状态）之间的灵活切换，并分别展示了短期和长期突触可塑性（图2a和2e）。在两个模式下，通过调整光刺激参数，可以调控器件的突触响应强度（图2f-k）。

图2. 光电化学突触的结构和双模态突触行为。（a）闭路电流模式下突触响应。（b）光电化学突触器件示意图。（c-d）氮化镓异质结纳米线材料表征。（e）开路电压模式下突触响应。（f-k）两个模式下，突触响应和光刺激参数的关系。

表面化学铂修饰调控突触响应

通过光沉积方法在氮化镓纳米线表面固定铂金属颗粒，调控了外部电解质介导的电荷消耗及内部电荷传输，有效增强了突触响应（图3a和3b）。闭路模式下，突触响应显著增强，开路模式下也有轻微增加（图3e和3h）。表面化学修饰后，器件依然能够通过光刺激参数进行调控（图3e-j）。

免责声明：本文旨在传递更多科研资讯及分享，所有其他媒、网来源均注明出处，如涉及版权问题，请作者第一时间后台联系，我们将协调进行处理，所有来稿文责自负，两江仅作分享平台。转载请注明出处，如原创内容转载需授权，请联系下方微信号。