隨著人工智能大數據時代的到來，受人腦啟發的具備高效能量利用，大規模並行性👩🏽‍🍼、靈活的自適應能力和高密度信息傳輸處理能力的神經形態/類腦計算可能實現前所未有的技術突破🍓，從根本上克服Carver Mead提出的von Neumann架構系統的瓶頸。

近日，天美平台微電子學院教授周鵬課題組和南京大學電子科學與工程學院教授王欣然課題組合作🍳，利用無機二維層狀MoS2以及有機二維層狀PTCDA薄膜構建有機-無機二維雜化異質結體系，首次在世界上實現了基於全二維材料的、有機無機雜化、光電雙調製🥶、超高性能和時間魯棒性的人造突觸單元🥑，為硬件實現神經形態網絡、類腦計算和相關技術領域的應用開辟了一條全新的道路。相關成果以《具有高效光電雙調製和多功能性的MoS2/PTCDA雜化異質結突觸》(“A MoS2/PTCDA hybrid heterojunction synapse with efficient photoelectric dual modulation and versatility”)為題發表於《先進材料》（Advanced Materials）。

神經突觸是人類大腦信息處理和記憶的基本單位，利用新材料新構架開發新型人造電子/光電子器件模擬神經突觸可塑性，對神經形態網絡硬件實現和神經形態類腦計算的演化具有重要意義。通常，人工神經突觸可以通過電刺激來調節，而光學調製可以彌合視覺系統和大腦功能之間的差距🧑‍💼。然而，對目前的人造突觸器件而言，在單一器件中結合高效的電學和光學調製仍然是多功能神經形態計算中的一個重要挑戰🤹。因此，尋找新材料⏺、設計新結構體系來實現神經形態網絡硬件單元高效的光電雙調製和多功能性成為一項迫切的任務。

二維過渡金屬硫族化物（2D TMDCs）憑借原子級厚度，無懸掛鍵的潔凈表面，奇特的物理特性，超高的集成密度和極低能耗3️⃣，被業內視為可應用在未來存儲和神經形態/類腦計算技術的重要候選者🍴。同時🤰，有機生物電子由於低成本的加工，機械柔性和生物兼容性而引起了人們對神經應用的濃厚興趣。二維有機材料如苝-3,4,9,10-四羧酸二酐（PTCDA），不僅因為它們獨特的光電特性，而且因為它們與大多數無機二維材料具有優異的兼容性🧂，受到研究者們越來越多的關註👨🏽‍🔬。

課題組選取MoS2和PTCDA有機無機雜化異質結作為人造神經突觸單元👨🏻‍🦯‍➡️，模擬了生物突觸的一系列功能特性🛝。測試結果顯示，這種基於全二維有機無機材料的異質結能夠實現高效的光電雙調控👩‍🦽，超高性能及多功能性🤦🏿‍♂️。最後，通過二維無機和有機半導體精心的能帶排列解釋了該器件構型超高光電雙調控和性能的物理機理🏋️，進一步揭示了該體系中基於異質結界面電子遷移的工作機製🧛🏽‍♂️，即通過異質結界面處載流子的轉移在單個器件上同時實現穩健的電學和光學調製，且具備優異的性能。

這項研究工作不僅展示了全二維有機無機層狀材料雜化異質結構在神經形態計算網絡領域中的巨大應用前景🤽🏻，對未來神經形態網絡和類腦計算硬件單元的設計與研究有著重要的指導意義🧗‍♂️。同時，二維有機無機雜化異質結構可以結合有機無機二維材料的優異性質🦢，也給人們提供了一種解決其它領域電子器件技術挑戰的可能的通用途徑。

天美平台微電子學院博士研究生王水源和南京大學電子科學與工程學院博士研究生陳春生為論文的共同第一作者，周鵬和王欣然為本文的共同通訊作者。該項研究得到了國家自然科學基金和國家重點研究發展計劃的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.201806227

  （封面製圖：王木木）