物理學(xué)院許并社教授團隊青年教師王盼在《Advanced Science》上發(fā)表最新研究成果

近期，物理與信息科學(xué)學(xué)院材料原子分子科學(xué)研究所許并社領(lǐng)導的認知材料團隊尉國棟教授小組青年教師王盼在著(zhù)名國際學(xué)術(shù)期刊《Advanced Science》上發(fā)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(xué)為唯一通訊單位。在這項研究中，該團隊研究人員開(kāi)發(fā)了基于BP-C/CNTs (2D/1D)異質(zhì)結構濾膜的仿生光嗅覺(jué)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(jué)神經(jīng)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(fā)表體現了我校在黑磷多重感知人工突觸器件領(lǐng)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(shí)間和功耗。而人腦在實(shí)現高速并行運算的同時(shí)也能保持超低的功耗，這是因為人類(lèi)大腦不僅能夠處理單模態(tài)感官輸入，還能通過(guò)初級感覺(jué)區的神經(jīng)元整合多感官信息。鑒于此，開(kāi)發(fā)模仿人類(lèi)感官（眼睛、耳朵、鼻子、舌頭和皮膚）的神經(jīng)形態(tài)設備，實(shí)現多模態(tài)感官整合和神經(jīng)生物學(xué)行為，對于實(shí)現神經(jīng)形態(tài)、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(xué)習、分類(lèi)、識別、感知、信息存儲和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模擬等復雜任務(wù)具有明顯優(yōu)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(jué)突觸器件的理想選擇。但BP環(huán)境不穩定性阻礙了其在突觸器件領(lǐng)域的發(fā)展。為解決此問(wèn)題，通過(guò)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(zhì)結構，利用BP-C納米片和CNTs之間的協(xié)同效應，促進(jìn)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(jué)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(shí)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(zhù)響應時(shí)間，超過(guò)了現有文獻中報道的最快的傳感器。通過(guò)將光調制、氣體傳感和突觸功能同時(shí)集成在一個(gè)設備內，所得到的器件具有模仿多感覺(jué)神經(jīng)元特征和功能的能力。這項工作為BP材料在光電子領(lǐng)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(fā)嗅覺(jué)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(yè)于吉林大學(xué)，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(zhuān)項1項，陜西數理基礎科學(xué)研究項目1項，陜西省自然科學(xué)基金青年項目1項，陜西省教育廳一般專(zhuān)項項目1項。近年來(lái)以第一作者和通訊作者在A(yíng)dv. 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(fā)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）