刘云圻院士领衔：光介导的离子迁移实现OECT多模态功能

导读

基于离子传输信号的生物体能够以高能效方式实现学习、记忆及感知功能。有机电化学晶体管（OECT）凭借其独特的离子-电子耦合特性，成为模拟生物体内离子迁移过程的理想构建元件。然而OECT离子在去掉栅压后会向电解质反向扩散从而难以实现非易失性存储，这对器件在超低电压下模拟人类学习与记忆功能构成了关键挑战。

正文

针对上述问题，中科院化学所刘云圻院士团队，开发了由光介导离子迁移实现 多模态 感知、学习与记忆 功能 一体的有机电化学晶体管。本研究报道了一种基于光控离子捕获 -释放机制的非易失性异质结有机电化学器件（nHOED）。 基于异质结内光生载流子的高效分离效应，空穴可被阴离子稳定束缚于光活性层 -沟道界面。 这一特性使器件能在 365-660 nm的宽光谱范围内实现多比特存储（超过100种可区分记忆状态），从而使得nHOED能够模拟人类神经系统的学习、记忆及感知功能。 该方案通过避免向沟道注入具有陷阱功能的阴离子，使器件在零栅压 条件下即可实现非易失性 特征 。 此外，采用由于垂直晶体管的短沟道优势， nHOED的工作电压可进一步降低至0.1 V。

nHOED的设计方案。a.生物神经元示意图。b.具有离子迁移特性的垂直结构nHOED器件示意图。c.P3HT、叶绿素及叶绿素/P3HT复合薄膜的紫外-可见吸收光谱。d.宽带光照条件下离子介导的nHOED存储行为。

该工作发表在国际期刊

Na

ture Communications

论文第一作者是刘国才博士、文巍博士，通讯作者是郭云龙研究员、黄辉教授、刘云圻院士。

文献详情：

Photomediated ion dynamics enables multi-modal learning, memory and sensing in ultralow-voltage organic electrochemical device

Guocai Liu, Wei Wen, Cong Shan, Haojie Huang, Yao Zhao, Yangshuang Bian, Yunlong Guo, Hui Huang & Yunqi Liu

Nat Commun,

https://doi.org/10.1038/s41467-025-61783-1

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