Coupled ferroelectric-anisotropic optoelectronic synapse for polarization-sensitive neuromorphic vision

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作者
Jiali Huo,Jinpeng Huo,Ji Gao,Lingqi Li,Thaw Tint Te Tun,Jie Peng,Haofei Zheng,Yufei Shi,K. K. H. Ang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1): 1468-1468 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41467-025-68206-1
摘要

Polarization-sensitive photodetection and non-volatile memory are both vital for neuromorphic vision hardware but are rarely integrated within a single device. This challenge arises from interfacial instabilities and depolarization fields at the 2D/ferroelectric junctions that degrade remanent polarization and long-term retention. Here, we demonstrate a polarization-resolved optoelectronic synapse based on a 2D ReS2 channel and a ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 (HZO) gate dielectric in a metal-ferroelectric-metal-insulator-semiconductor (MFMIS) ferroelectric field-effect transistor (FeFET). Co-modulation of ferroelectric polarization and photoexcited carrier trapping enables high responsivity, strong detectivity, and long-term optoelectronic retention. Coupling between the polarization anisotropy of ReS2 and ferroelectric memristive states enables gate-tunable polarization ratios and polarization-resolved learning. Furthermore, the optoelectronic synapse exhibits linear and energy-efficient optical-electrical modulation with 2.0 fJ per event. An ANN built from these synapses achieves 97.33% accuracy in iris recognition under unpolarized light, while a 3×3 FeFET-based CNN performs butterfly classification under polarized illumination through polarization-resolved feature extraction. This work establishes a unified ferroelectric-anisotropic platform for energy-efficient, polarization-resolved neuromorphic vision.
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