通过原位微区飞秒激光沉积实现的双模0D/2D空间不对称光电器件

为未来机器人的更智能“电子之眼”

现代机器人和可穿戴设备越来越需要既清晰又快速的视觉，同时还能从所见中学习。如今这些能力通常依赖多个独立部件和复杂连线。本研究介绍了一种新型微小“电子之眼”，它既能检测快速光学变化，又能记忆视觉信息，且仅由一个简单器件实现。这类技术有望用于为人工智能、人形机器人和增强现实系统构建更紧凑、更节能的相机。

可见且会记忆的微型器件

我们的眼睛能同时完成两件事：快速感光并将信息传递给能存储为记忆的大脑。相比之下，大多数摄像头和芯片将这些任务拆分到多个元件中。在这项工作中，作者将两种功能整合到一个微型组件中，称为双模光电器件。根据接线方式相同结构可用作高速光探测器，或用作类神经形态视觉传感器，表现得有点像生物突触，能够根据过去照明增强响应。通过简单反转电压方向，器件即可在两种“性格”间切换。

用薄片与微小颗粒构筑

该器件由极薄材料制成。基底是厚度仅数十个原子层的二硫化钼（MoS₂）平片，作为主要电流通道。在该片的一部分上，团队沉积了零维黑磷纳米颗粒——仅几纳米大小的微小颗粒——而另一部分则由六方氮化硼保护层遮蔽。这样的刻意不对称：一侧被颗粒覆盖、另一侧被遮挡，赋予器件左右不对称性，这对其双重行为至关重要。

用飞秒超短激光雕刻物质

为将纳米颗粒精确放置到所需位置，研究者开发了一种称为微区飞秒激光沉积的方法。他们没有用液体或大面积涂覆将颗粒铺满整片芯片，而是将超快激光聚焦到一小片黑磷上。每个激光脉冲仅持续几千兆分之一秒（即飞秒量级），这使其在不加热或损伤附近结构的情况下剥离材料。被喷出的物质形成纳米颗粒雾，其传播距离仅约16微米——大约人发丝宽度的五分之一——然后落到裸露的MoS₂上。通过调节激光能量和几何参数，团队可以控制颗粒生成数量、尺寸和扩散距离，从而按需创建干净且精确的图案。

从高速相机到会学习的像素

纳米颗粒就位后承担双重功能。首先，它们向MoS₂片捐赠电子，使其导电性提高，并增强其在从紫外到近红外的宽波段下对光的敏感度。其次，当光照射结构时，一部分电荷会被颗粒俘获并持续存在，从而在光关闭后仍“门控”基底片中的电流。这种类似记忆的效应使器件在一种连线方向下表现为类神经传感器：重复的光闪烁会以类似生物突触加强连接的方式增强其电学响应。在相反连线方向下，仅利用快速的瞬态响应，器件则成为能追踪高达数千赫兹闪烁光的快速光电探测器。

走向紧凑且节能的机器视觉

研究者表明，他们的单一器件既能跟踪比人眼分辨更快的光信号，又能以极低的能耗存储视觉模式。在计算机测试中，这类器件阵列能够高精度识别手写数字，显示其作为未来机器视觉硬件构建模块的潜力。对非专业读者而言，结论是：此项工作提供了一种将整台相机及部分类脑处理器功能缩小为更简单、更高效单元的途径。未来这可能带来更纤薄的智能眼镜、更灵活的机器人以及其他能快速看见并从经验中学习的系统。

引用: Li, Z., Zou, G., Huo, J. et al. Dual-mode 0D/2D spatial asymmetry optoelectronic device enabled by in situ microzone femtosecond laser deposition. Light Sci Appl 15, 153 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-026-02195-8

关键词: 类脑视觉, 光电探测器, 二维材料, 黑磷纳米颗粒, 飞秒激光沉积