本报讯 近日，中国科学技术大学微电子学院孙海定教授iGaN Lab课题组与武汉大学刘胜院士团队合作，在仿生光电神经感知器件的前沿研究中取得重要进展。研究团队成功开发以第三代半导体氮化镓（GaN）为核心材料的光电神经突触器件，实现具有化学调控的神经形态功能。该器件首次提出利用光电化学器件架构，结合传统半导体构筑新型半导体/电解质异质界面，并逼真模拟了生物体中的复杂视觉行为。相关研究成果发表在《自然·通讯》上。

随着人工智能和大数据时代的迅猛发展，数据量和信息处理需求急剧增长，而光电感知技术作为现代信息传输和处理的核心手段，显得愈发关键。受生物视觉启发的光电神经突触器件，有望将光电感知、信息存储和信息处理功能集成到同一系统中，为多功能和集成化感知系统的开发提供全新途径。然而，现有的光电神经突触器件主要依赖于传统光电物理过程，无法有效模拟生物视觉系统中复杂的化学－光电全过程，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。在前期研究中，团队利用分子束外延技术所制备的高质量的GaN纳米线，在p-n异质结纳米线中首次实现光电流极性翻转现象，并将其应用于光电逻辑门和水下加密光通信系统中。在光电化学器件原型基础上，并针对现有光电神经突触器件所面临的挑战，团队提出基于GaN纳米线的光电化学神经形态器件架构。该架构首次将生物系统中的溶液介导的化学－电过程与固态器件中的光电过程相结合，显著提升了器件的功能性和生物兼容性（图1（a）和（b））。

图1. 生物视觉系统（a）和光电化学神经突触器件（b）对比

通过这种新型器件的构筑，团队实现了双模式的突触行为，并通过表面铂金属的化学修饰，利用新型半导体/电解质表界面结构，成功调控了器件的突触响应行为。同时，该器件还展现了类生物系统的化学调控突触特性。更为重要的是，该器件能够模拟人体内的氧化应激过程，并进一步重现氧化应激引发的视觉认知衰退现象。

这一器件架构不仅突破了传统光电神经突触器件的局限性，借助其独特的溶液工作环境，还能够与生物系统兼容并实现一体化集成，有望在仿生视觉、神经形态生物传感、光控脑机接口和神经假肢修复等领域开辟新的应用前景，为未来光电子与生物电子的交叉与集成应用提供新的发展方向。

中国科学技术大学博士生刘鑫、已毕业汪丹浩博士和博士生陈炜为论文的共同第一作者，孙海定教授为论文通讯作者。

（微电子学院 科研部）