中国科学院大学光电学院孟祥悦研究团队基于能带工程构建钙钛矿/有机异质结器件，实现波长诱导的视觉注意力功能，可在单一器件上实现可见光突触运算、近红外高速探测双模切换，相关研究成果以“Band-engineered perovskite/organic heterojunction devices with wavelength-induced attention for neuromorphic vision systems”为题发表在信息领域权威期刊《Science ChinaInformation Sciences》上。该工作利用材料互补吸收与能级匹配，无需栅压与外部电调控即可实现波长可编程的双模响应，完成自动驾驶眩光识别、光储备计算手写数字识别功能演示，为低功耗、自适应、可规模化的人工视觉硬件提供全新器件方案。
图1 类脑视觉器件设计理念、特点及作用机制
机器视觉广泛应用于自动驾驶、智能安防等领域，传统机器视觉不分筛选地采集全部光信息，海量原始数据带来高时延、高功耗难题。现有神经形态视觉器件大多依赖外部电压进行模式切换，系统复杂度高；如何依靠材料本征特性，在硬件层面复现人眼的选择性注意力机制，过滤环境噪声、重点提取有效视觉特征，是类脑感知领域亟待突破的关键挑战。为解决上述难题，研究团队选用无铅锡基钙钛矿与有机半导体构筑异质结构。钙钛矿层主要吸收可见光，有机层对近红外光产生强吸收，二者光谱吸收正交互补；结合异质结能级排布，实现不同波段下差异化光生载流子产生、俘获与输运行为。实验表明，在可见光照射条件下，器件表现出完整光电突触可塑性，可模拟配对脉冲易化（PPF）、短时程-长时程可塑性（STP-LTP）等生物突触行为，单次突触事件电学功耗低至 4.56 fJ，达到生物突触能量水平；在近红外光激励下，器件切换为高速响应光电探测器模式，光移除后信号快速复原，不存在持久光电流记忆效应。该双模特性在零偏、微偏压条件下均可稳定实现，无需栅极调控。团队通过替换多种锡基钙钛矿与 n 型有机半导体，验证了该能带工程设计策略具有普适性；借助 KPFM、瞬态光致发光等表征揭示载流子俘获‑释放的微观物理机制。封装后的器件在大气环境下具备优异工作稳定性，可长时间连续运行。
图2 近红外光污染下自动驾驶中的眩光识别
在器件性能基础上，研究团队进一步搭建 3×3 像素成像阵列开展功能验证。面向自动驾驶典型近红外光污染、眩光干扰场景，该视觉阵列借助波长诱导注意力机制，抑制近红外背景噪声，逐步增强可见光目标图像对比度，在强近红外干扰背景下依然清晰还原目标图案，实现复杂光照下的眩光识别。研究人员将该突触器件作为硬件储备单元构建光储备计算系统，对手写数字数据集进行处理，在近红外噪声干扰条件下手写数字识别准确率由 77.8% 提升至 90.0%，完成硬件层面降噪与特征提取；同时还基于摩尔斯码完成光学信息编解码演示，展现器件在时空信号处理、无线光通信方向潜力。该工作依托钙钛矿/有机异质结能带工程，仅依靠入射光波长即可完成探测-突触两种工作模式的自主切换，把生物视觉注意力机制在光电器件上硬件化。成果提出了无铅钙钛矿异质结实现波长选择感知的完整设计准则，为自动驾驶、智能监控等复杂光环境下低功耗类脑视觉芯片开辟新思路。本研究得到北京自然科学基金、国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费以及中国科学院大学专项科研项目联合资助。论文共同第一作者为中国科学院大学袁子荃和王浩；通讯作者为刘天华博士、孟祥悦教授。
课题组网站：
https://www.x-mol.com/groups/MengXiangyue
论文信息：
Yuan Ziquan, Wang Hao, Wang Junfang, et al. Band-engineered perovskite/organic heterojunction devices with wavelength-induced attention for neuromorphic vision systems [J]. SCIENCE CHINA Information Sciences, 2026, DOI: 10.1360/s11432-026-5139-8.
https://www.sciengine.com/doi/10.1360/s11432-026-5139-8.
