【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院上海技術物理研究所紅外科學與技術全國重點實驗室胡偉達研究團隊，聯合美國圣路易斯華盛頓大學及香港理工大學，在二維材料集成傳感領域取得重要進展。團隊系統綜述了二維材料在多維光電傳感中的最新進展，解析了其在多通道編碼、原子級調控及堆疊工藝中的獨特優勢，并提出了面向光學信息的集成傳感范式躍遷框架。相關綜述發表于《自然·材料》(Nature Materials)。
人工智能對海量圖像的實時處理需求，給系統功耗和延時帶來極大負擔。電學領域通過憶阻器實現“存算一體”(乘累加MAC范式)，減少數據搬運。然而，光信號天然攜帶光譜、偏振、相位等高維信息，直接將電學范式遷移到光電領域面臨巨大挑戰。
研究團隊指出，光電MAC范式不是簡單遷移，而是真正的“躍遷”。對于時空信息，在探測器內實現可重構的光響應(憶“光響應”)即可完成本地智能傳感；而對于光譜、偏振等高維信息，則需在傳統MAC基礎上繼續升維，通過重構式計算或神經網絡解耦解析。二維材料在此新范式中展現出三大優勢：對局域電場極度敏感，可調控電子結構實現高維信息編碼；具備原子級可修飾性，能精確匹配計算模型；低溫制備特性天然適配單片三維集成(M3D)架構。
圍繞“高維信息如何在器件中物理實現”，團隊梳理了光譜與時間維度的感知機制。在光譜維度，通過Stark效應、電化學調控、能帶工程及激子效應等，可精確調制二維材料能帶，實現可重構光譜響應，使單個像素成為具備光譜編碼能力的計算節點。在時間維度，利用缺陷態、浮柵、鐵電極化及相變等機制，器件獲得“光驅動記憶”能力，可在接收光信號的同時完成存儲與時間累積，實現從瞬時響應向時序傳感的跨越，支持運動目標檢測等動態任務。
未來集成傳感將不再被動響應單一物理維度，而是通過光譜、時間、空間及偏振等多通道信息原位協同編碼，高效提取復雜場景關鍵特征。借助二維材料垂直方向的范德華集成優勢，有望構建單片三維集成架構，實現多通道信息并行獲取、原位處理與高效融合，突破傳統分立系統在數據與能效上的瓶頸，真正由“低維材料物性”重塑“高維集成傳感”。
該綜述第一作者為實驗室博士后許航瑀，研究得到國家重點研發計劃、國家基金委創新研究群體及先導專項等資助。
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