偏振是光的一個基本屬性，能揭示物體的重要特徵信息，如材料成分、表面形狀、介電常數等等。偏振光普遍存在於自然界中，基於偏振光的探測技術在成像、通信、生物醫療等方面已經得到廣泛應用，極大地提高了我們的生活水平。偏振視覺成像技術能極大減弱或消除雜散光、眩光等干擾，從而顯著提高成像質量，在軍事防偽、氣候成像等領域具有重要應用價值。然而，傳統的偏振感知器件由於馮·諾依曼架構瓶頸，在功耗、速度等方面面臨著諸多挑戰，尤其是缺乏一個具有偏振智能適應能力的新型器件。從生物學角度來看，視覺適應能使智能生命在不斷變化的環境中更好感知外部信號，從而避免潛在傷害。因此，從底層概念出發，探索具有偏振適應能力的新原理器件對於智能光電系統的研發具有重要意義。
針對上述問題，中南大學物理與電子學院蔣傑、何軍與南京大學化學化工學院趙偉偉等人合作提出了一種基於多孔金屬有機框架/二維ReS2異質結光電電晶體的偏振視覺適應器件概念，成功實現了一系列重要的可調偏振適應行為。相關工作近日以「Porous Metal-organic-framework/ReS2 Heterojunction Phototransistor for Polarization-sensitive Visual Adaptation Emulation」為題，於近期在線發表於著名期刊 Advanced Materials 上。
UiO-66-NH2（U6N）作為經典金屬有機骨架（MOF）材料，不僅具高孔隙率、大比表面積以及孔徑可調等特性，還具有優異的熱/化學穩定性和有趣的半導體特性。U6N的多孔MOF結構能為生物離子運動提供有效通道，建立起電子器件與生命活動之間的直接聯繫，同時在偏振敏感適應行為的仿生模擬方面也具有重要價值（如圖1所示）。
圖1. 多孔異質結光電電晶體製備與表徵
有鑑於此，本文構建了一個基於多孔U6N和各向異性ReS2的異質結光電電晶體。相關研究結果表明：該新型光電器件具有顯著的偏振敏感視覺適應特性。進一步深入分析，這種現象主要歸因於ReS2的各向異性晶體結構和U6N/ReS2異質結界面的電荷捕獲-脫陷行為（如圖2所示）。
圖2. 多孔異質結器件電學特性與適應機制
通過對比有無U6N的ReS2突觸器件性能，發現U6N/ReS2異質結突觸器件比純ReS2突觸器件具有更高的後興奮性突觸電流（EPSC）偏振響應。此外，得益於U6N的多孔結構，U6N/ReS2異質結突觸器件還顯示出更高的二向色性比（如圖3所示）。
圖3. 偏振感知神經形態行為
與此同時，研究人員基於生物適應行為的深入研究，利用多孔U6N/ ReS2異質結光電電晶體還成功實現了可重構的偏振感知適應行為（如圖4所示）。最後，基於偏振光-電協同刺激策略，進一步實現了具有底柵調控和環境依賴的偏振敏感視覺適應行為（如圖5所示）。這些結果不僅有利於新原理半導體器件的開發，而且為偏振視覺感知系統的進一步應用提供了一個全新思路。
圖4. 可重構的感覺適應
圖5. 偏振敏感的視覺適應
中南大學物理與電子學院博士生謝叮咚為論文第一作者；中南大學物理與電子學院蔣傑副教授，何軍教授和南京大學化學化工學院趙偉偉教授為論文的共同通訊作者。特別感謝湖南大學機械與運載工程學院段輝高教授團隊在器件微納加工方面的支持；中南大學物理與電子學院陽軍亮教授、黃寒教授、方梅副教授在器件表面分析方面的支持；華東師範大學物理與電子科學學院田博博教授在材料表徵方面的支持。該工作得到了國家自然科學基金項目（No. 52172169）的支持。
論文信息：
Porous Heterojunction Phototransistor with Anisotropic 2D-ReS2/Metal-Organic-Framework for Polarization-sensitive Visual Adaptation Emulation.Advanced Materials, 2023, DOI: 10.1002/adma.202212118