紅外（IR）機器視覺系統在自動駕駛、安防監控、智能夜視等諸多應用領域已取得顯著進展。盡管通過光電混合操作的光電憶阻器研究不斷取得突破，但實現一個完全由光調制、且針對紅外波段優化的視覺系統仍然十分困難。
據麥姆斯咨詢報道，針對上述難題，近日，東北師范大學開發了一種基于碲納米線（Te NWs）-金納米顆粒（Au NPs）/ι-卡拉膠（ι-car）薄膜的等離子體光電憶阻器。局域表面等離子體共振輔助的光激發賦予該器件非易失性、紅外可編程的電導態，可通過可見光選擇性地擦除，從而實現無需電學干預的全光寫入/擦除機制。這項工作提出了一種全光調制的光電憶阻器，有望推動高效紅外機器視覺系統的未來發展。相關研究成果以“Infrared Machine Vision System Based on Te NWs-Au NPs Plasmonic Optoelectronic Memristor for Motion Detection”為題發表在Advanced Science期刊上。
受生物視覺通路的啟發，研究人員開發了一種集成視覺傳感和圖像處理功能的等離子體光電憶阻器。該憶阻器由Au/Te NWs-Au NPs/ι-car/Au平面結構組成。ι-car聚合物作為柔性且穩定的基底，賦予功能層機械柔性和結構完整性，這些特性對于開發柔性電子器件至關重要。值得注意的是，Te NWs-Au NPs憶阻器表現出優異的周期一致性與器件間一致性，為后續研究中實現類生物功能奠定了穩定的基礎。
基于等離子體光電憶阻器的紅外視覺系統
為表征光電憶阻器的雙向光響應，研究人員系統地評估了其在光刺激下的性能。結果證實，長期增強（LTP）和長期低沉（LTD）的突觸行為在980 nm和570 nm光刺激下可以在同一突觸器件上可逆地發生，從而實現完全光控的雙向可塑性。
光電憶阻器的雙向突觸行為和邏輯運算
正光電導（PPC）和負光電導（NPC）的機制可歸因于光誘導電荷轉移和局部表面等離子體共振（LSPR）效應。尺寸適宜的金納米顆粒增強了UV-vis范圍內固定波長可見光的吸收，表現出顯著的LSPR響應。為了進一步研究這一現象，研究人員采用時域有限差分法（FDTD）模擬了金納米顆粒、吸收波長和相應局域電場之間的關系。實驗和模擬結果均證實，LSPR效應對支撐該光電憶阻器的工作機制具有關鍵作用。
所開發的等離子體光電憶阻器的工作機制
受蛇的紅外感知機制的啟發，所開發的光電憶阻器利用光調制的雙向突觸行為和紅外光敏感性，在黑暗環境中有效實現運動目標與靜態背景的區分。
通過全光調制光電憶阻器實現運動檢測
為證明光電憶阻器在神經形態計算中的潛力，研究了增強/抑制的特性。得益于ι-car有機聚合物基底固有的機械柔性，所開發的光電憶阻器能夠制造適用于可穿戴應用的柔性突觸器件。為驗證所開發的器件在神經形態視覺應用中的可行性，基于該光學突觸構建了三層人工神經網絡，用于訓練和識別動態圖像模式。
基于人工神經網絡的動態信息識別
綜上所述，研究人員開發了一種基于Te NWs-Au NPs薄膜納米復合結構的局域表面等離子體共振（LSPR）全光控光電憶阻器。通過利用紅外光誘導的正光電導（PPC）效應和可見光誘導的負光電導（NPC）效應，實現了可逆的光驅動的突觸調節。得益于優異的光電響應特性，該器件成功模擬了多種突觸行為，包括長時程增強（LTP）、配對脈沖易化（PPF）和尖峰時序依賴可塑性（STDP）。此外，通過全光信號突觸在光路中實現了光學邏輯運算。所制造的柔性光電憶阻器在扁平、彎曲和折疊狀態下均表現出優異的LTP/LTD一致性。利用其雙向光調制能力，該器件還展示了在黑暗環境中的強大運動檢測能力。最后，基于此突觸器件構建的三層人工神經網絡（ANN）對圖像輸入的識別準確率達到91.4%，驗證了其在神經形態視覺系統中的適用性。這種等離子體光電憶阻器為未來紅外機器視覺應用中的集成傳感、處理和計算功能提供了一個有前景的平臺。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/advs.202523162
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