客户成果丨河南师范大学课题组在自适应神经形态视觉器件领域取得重要进展，成果发表于 ACS Nano

河南师范大学物理学院与上海交通大学携手合作，在铁电调控二维异质结自适应视觉感知研究领域斩获突破性成果。相关研究以 “Band-Engineerable Ferroelectric 2D CuInP₂S₆ Heterojunctions for Adaptive Visual Contrast” 为题，刊发于国际顶级期刊 《ACS Nano》。

摘要

传统视觉传感器光照自适应能力薄弱，强光环境易出现眩光、弱光场景信噪比偏低，且依赖算法与系统级优化，易引发高延迟、高功耗等问题。本团队成功研发能带可设计的铁电CuInP₂S₆（CIPS）-WS₂/MoS₂范德华异质结器件，借助铁电极化实现光响应动态调控，精准模拟生物视觉明/暗适应与中心-周围拮抗机制，可在强光、弱光全光照场景下维持高视觉对比度，为自动驾驶、机器人、智能传感等领域提供硬件级自适应视觉全新解决方案。

核心研究内容

1.器件结构与双模式自适应机制

图例：生物视觉中心-周围拮抗与明暗适应机制（a,b）；CIPS-WS₂/MoS₂异质结器件结构（c）；极化调控光谱响应（d）；光突触增强效应（e） 

本器件以WS₂/MoS₂作为核心光电探测层，CIPS作为铁电调控层，通过切换铁电极化状态适配不同光照环境： 

- 负极化（P_down）：适配强光/富紫外环境，紫外光触发负光响应以抑制背景电流，可见光产生正光响应凸显目标信号，实现抗眩光高对比度成像； 

- 正极化（P_up）：适配弱光环境，在WS₂传导通道形成耗尽区，大幅压低暗电流，保障弱光信号的高探测率。  

2. 极化调控光电性能与能带机制 

图例：器件光学照片（a）；暗态电滞回线（b）；栅压脉冲精准调控电流（c）；不同波长光调控传输特性（d）；归一化光响应映射（e）；极化相关能带弯曲（g,h） 

器件展现出优异的光电性能：实现71.8%超大存储窗口、~10⁴高开关比，可完成60级电导精准调控；正极化（P_up）状态下探测率高达8.29×10¹¹ Jones，弱光探测性能较传统器件提升一个数量级；铁电极化具备非易失稳定性，单步编程能耗低至纳焦级，兼具高效与低耗优势。 

3. 仿生应用与场景验证 

图例：蜜蜂紫外-可见光视觉模拟（a-d）；韦伯对比度计算（e,f）；强光/弱光自动驾驶场景验证（g-i） 

器件成功模拟蜜蜂紫外-可见光视觉，花朵中心识别准确率从70%提升至87%；在自动驾驶典型场景中，强光下目标检测率从36%提升至84%，弱光环境下最高识别准确率达90%，综合性能全面超越传统静态视觉传感器。 

该工作依托托托科技（TuoTuo Technology）无掩模紫外光刻设备完成器件微纳电极制备，高精度加工工艺保障了二维异质结器件的结构精准度与性能稳定性，为实验顺利推进提供关键硬件支撑。

作者信息 

河南师范大学物理学院蒋玉荣、杜贺满，上海交通大学任伟为论文共同第一作者；上海交通大学/上海人工智能实验室顾磊磊教授、河南师范大学夏从新教授为论文共同通讯作者。 

本研究得到国家自然科学基金、河南省自然科学基金、河南省高校青年骨干教师项目等多项经费支持，同时感谢河南师范大学物理学院相关团队的科研协作与助力。

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.6c01219