近期，物理與信息科學學院材料原子分子科學研究所許并社領導的認知材料團隊尉國棟教授小組青年教師王盼在著名國際學術期刊《Advanced Science》上發表題為“Highly Promising 2D/1D BP-C/CNT Bionic Opto-Olfactory Co-Sensory Artificial Synapses for Multisensory Integration”的高水平論文。我校碩士研究生董李艷為第一作者，研究生薛寶靜為共同第一作者，尉國棟和王盼為共同通訊作者，陜西科技大學為唯一通訊單位。在這項研究中，該團隊研究人員開發了基于BP-C/CNTs (2D/1D)異質結構濾膜的仿生光嗅覺共感人工突觸器件，集成了光調制、氣體檢測和生物突觸功能，模擬了多感覺神經元特征。這項工作為研究多重感知人工突觸器件提供了一種新方法。該成果的發表體現了我校在黑磷多重感知人工突觸器件領域的影響力。
傳統計算機采用的馮·諾依曼架構體系處理器與內存在物理上是分離的，使得計算機內數據運算需要消耗大量的時間和功耗。而人腦在實現高速并行運算的同時也能保持超低的功耗，這是因為人類大腦不僅能夠處理單模態感官輸入，還能通過初級感覺區的神經元整合多感官信息。鑒于此，開發模仿人類感官（眼睛、耳朵、鼻子、舌頭和皮膚）的神經形態設備，實現多模態感官整合和神經生物學行為，對于實現神經形態、感知、計算以及彌合人工智能和自然智能之間的鴻溝具有重要意義。其中，基于憶阻器的人工突觸設備在學習、分類、識別、感知、信息存儲和神經網絡模擬等復雜任務具有明顯優勢。二維（2D）層狀黑磷（BP）因其獨特光電特性，如可調帶隙、高載流子遷移率和高吸收系數，成為光電和嗅覺突觸器件的理想選擇。但BP環境不穩定性阻礙了其在突觸器件領域的發展。為解決此問題，通過碳原子摻雜，并與一維（1D）碳納米管（CNTs）結合構建BP-C/CNTs范德華異質結構，利用BP-C納米片和CNTs之間的協同效應，促進電子轉移，提高輸運效率和結構穩定性。
本研究將2D BP-C和1D CNT相結合，制備了仿生光嗅覺共感人工突觸器件。此器件不僅模擬了電和光刺激下的基本突觸功能，而且實現了對乙醇和丙酮氣體的超低的檢測限和快速響應，乙醇檢測達到了100 ms的顯著響應時間，超過了現有文獻中報道的最快的傳感器。通過將光調制、氣體傳感和突觸功能同時集成在一個設備內，所得到的器件具有模仿多感覺神經元特征和功能的能力。這項工作為BP材料在光電子領域的廣泛應用提供了一定的前期基礎，并為研究高靈敏和高響應度的光激發嗅覺突觸仿生器件提供了新的研究思路。
附：論文信息
Highly Promising 2D/1D BP-C/CNT Bionic Opto-Olfactory Co-Sensory Artificial Synapses for Multisensory Integration. Liyan Dong+, Baojing Xue+, Guodong Wei*, Shuai Yuan, Mi Chen, Yue Liu, Ying Su, Yong Niu, Bingshe Xu, Pan Wang*
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202403665
新聞小貼士：
王盼，女，2016年畢業于吉林大學，博士，講師。主要從事自旋半導體材料的結構、物性和第一性原理研究。目前主持國家理論物理專項1項，陜西數理基礎科學研究項目1項，陜西省自然科學基金青年項目1項，陜西省教育廳一般專項項目1項。近年來以第一作者和通訊作者在Adv. Sci., Small, IEEE T. Electron Dev., ACS Appl. Mater. Interfaces, J. Mater. Chem. C, Phys. Chem. Chem. Phys., CrystEngComm, New J. Chem., J Magn. Magn. Mater., ACS Omega, RSC Adv.等期刊上發表論文11篇。
1. Liyan Dong+, Baojing Xue+, Guodong Wei*, Shuai Yuan, Mi Chen, Yue Liu, Ying Su, Yong Niu, Bingshe Xu, Pan Wang*, Advanced Science, 2024, 2403665.
2. Weikang Shen+, Pan Wang+, Guodong Wei*, Shuai Yuan, Mi Chen, Ying Su, Bingshe Xu, Guoqiang Li*, Small, 2024, 2400458.
3. Lan Li, Guodong Wei*, Peifen Zhu, Xiantong Wu, Ying Su, Pan Wang*, IEEE Transactions on Electron Devices, 2024, 1-7.
4. Xiantong Wu, Ying Su,*,Yinxiang Wang, Koshayeva Amina, Peifen Zhu, Pan Wang*, Guodong Wei*, Journal of Colloid and Interface Science, 2024, 247-257.
5. Pan Wang, Yong Niu*, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2022, 543, 168660.
6. Pan Wang, Yong Niu*, Wenbin Cao, Yunxia Zhang, Mingzhe Zhang, ACS Omega, 2020, 5(16), 9442-9447.
7. Yong Niu, Pan Wang*, Ming Zhe Zhang, New Journal of Chemistry, 2020, 44(46), 20316-20321.
8. Pan Wang, Rui Zhao, Lixin Wu, Mingzhe Zhang*, RSC Advances, 2017, 7(56), 35105-35110.
9. Pan Wang, Bingxin Xiao, Rui Zhao, Yanzhang Ma, Mingzhe Zhang*, Acs Applied Materials & Interfaces, 2016, 8(10), 6656-6661.
10. Pan Wang, Zhifang Li, Tianye Yang, Zhiyang Wang, Pinwen Zhu, Mingzhe Zhang*, Journal of Materials Chemistry C, 2016, 4(28), 6784-6789.
11. Pan Wang, Tianye Yang, Rui Zhao, Mingzhe Zhang*, Physical Chemistry Chemical Physics, 2016, 18(15), 10123-10128.
12. Pan Wang, Rui Zhao, Zhifang Li, Tianye Yang, Mingzhe Zhang*, CrystEngComm, 2016, 18(15), 2607-2611
（核稿：張鵬偉 編輯：劉倩）
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