適應是生命系統最普遍、最基本的特徵，它使物種或個體具有獨特的生存優勢。特別是視覺適應，它能夠使生物對現實世界具有更清晰的認識，進而避免潛在傷害，這對於生物體的生命活動至關重要。

在以往研究中，適應器件主要是基於邏輯閘電路架構，它在大規模整合和多功能光電仿生方面仍面臨巨大挑戰。最近，混合維範德華異質結由於其具有高載流子遷移率、大比表面積、以及優異的光電特性，被認為是最具前景的器件架構之一，它為生物視覺適應的底層硬體實現提供了一個非常好的機會。

針對上述問題，中南大學物理與電子學院蔣傑、何軍等人提出了一種基於零維CsPbBr3/二維MoS2混合維異質結電晶體的視覺適應器件，成功實現了一系列光電視覺適應性行為。相關工作近日以“Photoelectric Visual Adaptation Based on 0D-CsPbBr3-quantum-dots/2D-MoS2 Mixed-dimensional Heterojunction Transistor”為題，於2021年2月線上發表於著名期刊Advanced Functional Materials上。其中，2019級博士研究生謝叮咚為論文第一作者，蔣傑副教授和何軍教授為共同通訊作者，中南大學為第一完成單位。

視覺適應不僅能防止強光刺激的過度響應，還能在不斷變化的環境下讓視覺系統達到動態平衡（如圖1所示）。

圖1. 0D/2D混合維光電適應器件基本原理

有鑑於此，本文構建了一個基於零維CsPbBr3超強光敏和二維MoS2高速載流子輸運的混合維異質結光電電晶體。有趣的是，研究人員發現，該新型光電器件顯示出很強的視覺適應行為。進一步深入分析，這主要歸因於混合維CsPbBr3/MoS2異質結空間電荷區的電荷捕獲-脫陷行為（如圖2所示）。

圖2. CsPbBr3/MoS2適應器件工作原理及基本適應性測試

當無外在刺激時，器件處於初始狀態。當其受到外在刺激時，器件會迅速呈現一個峰值依賴響應，這個過程的持續時間會很短。隨後器件逐漸迴歸於新的平穩態，其在持續的過度刺激下會逐漸適應。研究發現，相比於無量子點異質結的傳統器件結構，具有量子點器件的適應準確度高達80.7%，遠大於無量子點器件僅僅7.7%的準確度。此外，該新型混合維CsPbBr3/MoS2適應器件的工作過程也非常類似於細胞膜內離子通道門控的時間依賴性自適應調節，分別對應於細胞膜的初始關閉，刺激開啟，以及持續刺激下的逐漸適應行為（如圖3所示）。

圖3. 細胞膜適應過程及可調節的適應準確度

與此同時，研究人員透過對生物適應行為的研究，利用混合維CsPbBr3/MoS2異質結光電電晶體成功實現了可調的適應準確度，可控的適應敏感度，以及多模式下的適應轉移（如圖3，4所示）。

圖4. 可控的適應敏感度及多模式下的適應轉移

有意思的是，透過光電協同的方法，利用不同電壓還可以靈活調控適應變化，研究人員發現不但可以實現適應特徵反轉，還可以實現基於可調環境閾值的經典視覺適應性行為（如圖5所示）。

圖5. 基於環境閾值可調的視覺適應

這些工作為視覺仿生的底層器件架構提供了一個新的思路。該研究獲中南大學2019年度創新驅動計劃等專案的大力支援。

論文連結：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202010655