近日,我校新型光转换材料与光电检测研究团队王乐教授、房双强副教授联合厦门大学解荣军教授在应力发光材料与全光神经突触传感交叉领域取得重要进展,相关研究成果以“Ultrasensitive Pa-Level Persistent Mechanoluminescent Material Toward All-Optical Neural Synapses for Tactile-Visual Information Recognition and Memory”为题,发表于国际顶尖期刊《Advanced Materials》(五年影响因子28.9,中科院1区Top)。我校2023级硕士研究生叶志杰为论文第一作者,王乐教授、房双强副教授和解荣军教授为论文共同通讯作者。该研究成果首次在无外加电场与无弹性结构优化条件下,实现创记录的72 Pa触发阈值以及触觉信息“可读-可记忆-可唤醒”的多级神经功能。该研究不仅推动了全光学突触设计,还建立了应力发光与神经形态工程之间关键桥梁,为构建高效、光驱动的人工智能系统提供了全新的材料平台与实现路径。

应力发光(ML)是一种可自恢复、被动式的发光机制,为构建触觉-视觉全光类脑体系提供了机遇,有望突破冯·诺依曼体系在能效与带宽上的瓶颈。然而,现有ML材料普遍存在触发阈值高与单模态发光等问题,难以实现Pa级感知与多级神经传输。针对上述挑战,研究团队提出一种 Li+/Dy3+共掺杂Sr2SiO4:Eu2+材料的陷阱态精准调控策略,实现了材料灵敏度和信号清晰度的双重突破。对日光、机械与热刺激均有响应,可模拟触觉-视觉感知、短时增强与记忆等多种神经突触功能,成像信噪比20.57,较商用材料提升15.6倍,成像分辨率~200 µm,记忆可维持36 h并被热激活唤醒,实现 >1000次识别-记忆循环,记忆准确率较艾宾浩斯记忆曲线提升209%。

该研究工作得到国家自然科学基金委联合基金重点项目(U24A20307)资助。原文链接:https://doi.org/10.1002/adma.202514909