All‐Optical Synapses Based on a Mechanoluminescent Material

材料科学 神经形态工程学 长时程增强 光开关 计算机科学 突触重量 电子工程 人工神经网络 光电子学 人工智能 工程类 生物化学 受体 化学
作者
Danni Peng,Haotian Li,Junlu Sun,Yuan Deng,Fuhang Jiao,Yuhong Han,Kaiying Zhang,Jiajia Meng,Xiang Li,Lijun Wang,Li‐Min Fu,Qilin Hua,Chongxin Shan,Lin Dong
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (37): e2503376-e2503376 被引量:14
标识
DOI:10.1002/adma.202503376
摘要

Abstract Neuromorphic computing systems hold promises to overcome the inefficiencies of conventional von Neumann architecture, which are constrained by data transfer bottlenecks. However, conventional electrically modulated synapses face inherent limitations such as limited switching speed, elevated power consumption, and substantial interconnection loss. Optical signaling offers a transformative alternative, leveraging ultrafast transmission, high bandwidth, and minimal crosstalk. Here, an all‐optical synapse based on a mechanoluminescent material of Li 0.1 Na 0.9 NbO 3 :Pr 3+ (LNN:Pr 3+ ) is presented, which emulates biological synapses, including homologous and heterologous synaptic behaviors, through optical signal processing. The engineered trap depth distribution of LNN:Pr 3+ enables multi‐stimuli response to UV light, mechanical force, and thermal input, replicating diverse synaptic functionalities such as short‐term potentiation (STP), long‐term potentiation (LTP), paired‐pulse facilitation (PPF), and learning‐experience behavioral adaptation. Furthermore, its utility is showcased in hardware‐level denoising and multimode‐fused perception, achieving spatiotemporal feature extraction in dynamic environments. This work not only sheds light into designing fully optical synapses but also bridges mechanoluminescence (ML) with neuromorphic engineering, advancing energy‐efficient, light‐driven artificial intelligence technologies.
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