Artificial Visual Systems Fabricated with Ferroelectric van der Waals Heterostructure for In-Memory Computing Applications

铁电性 材料科学 光电子学 计算机科学 极化(电化学) 异质结 化学 电介质 物理化学
作者
Biswajit Das,Sungpyo Baek,Jingjie Niu,Cheolhwa Jang,Yoonmyung Lee,Sungjoo Lee
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (21): 21297-21306 被引量:57
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c05771
摘要

Rapid developments in artificial neural network techniques and retina-inspired artificial visual systems are required to realize the sensing, processing, and memorization of an optical signal in a single device. Herein, a ferroelectric field-effect transistor fabricated with CuInP2S6 and α-In2Se3 van der Waals heterostructures is proposed and demonstrated for the development of an artificial visual system. The dipole polarizations are coupled and bidirectionally locked inside the ferroelectric α-In2Se3 along the in-plane and out-of-plane directions and are controlled by the gate voltages. Furthermore, light-induced polarization can change the order of polarization of the dipoles inside α-In2Se3. We demonstrate that using the combined control of these electrical and optical signals, the device may function like a retina-inspired vision system. The device can operate across a wide wavelength range (405-850 nm) and detect very low incident light (0.03 mW/cm2). Color recognition, high paired-pulse facilitation (∼170%), and short- to long-term memory transitions through quick learning are observed using this device. Additionally, this device demonstrates different complex processing abilities, including pattern recognition, light adaptation, optical logic operation, and event learning. The proposed ferroelectric heterostructure-based artificial visual system can serve as an essential bridge for fulfilling the future requirements of all-in-one sensing and memory-processing devices.
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