厦门大学张学骜教授团队联合国防科技大学邓楚芸副研究员及陕西师范大学徐华教授，设计了一种基于ReS₂/h-BN/WTe₂范德华异质结的集成型低功耗多功能神经形态浮栅晶体管。该器件充分利用二维ReS₂与WTe₂优异的光电吸收特性和载流子输运能力，通过三层范德华异质集成浮栅结构，在单一器件中同时实现了非易失性存储、突触仿生行为与可重构逻辑运算功能，显著克服了传统冯·诺依曼架构面临的高功耗与高延迟瓶颈，成功构建了集光电感知、数据存储与并行计算于一体的高能效神经形态硬件平台。该工作不仅有助于深入揭示二维范德华异质结内部光电响应与电荷输运的物理机制，也为下一代高集成度、低能耗人工神经形态计算系统的硬件设计提供了一种可行的范式。

神经形态计算通过模拟生物神经网络的架构与学习机制，在硬件层面实现传感、存储与计算的一体化集成，使单一器件兼具复杂信息存储与并行处理能力，在类脑智能视觉、低功耗边缘计算等前沿领域具有关键作用。数十年来，国内外研究者持续探索人工突触的候选材料与器件架构，研究体系从传统硅基MOS存储晶体管，延伸至ReS₂、石墨烯、碲基材料等新型二维光电突触器件。其中，二维ReS₂因兼具高载流子迁移率、宽谱光吸收特性和优异环境稳定性，被视为构建高性能光电突触的理想材料。然而，尽管已有长足进展，但依赖ReS₂本征缺陷、界面陷阱或光生栅效应的突触器件，仍难以同时满足高可靠非易失存储、可逆电学擦写、多阶权重连续调控及多功能集成等核心需求，高性能一体化类脑硬件的协同优化仍面临显著瓶颈。

在本工作中，引入二维金属型II类外尔半金属WTe₂作为浮栅功能层，与ReS₂导电沟道、h-BN绝缘势垒层构筑全二维范德华异质浮栅晶体管，有效克服传统ReS₂基突触器件存储稳定性和功能单一化等技术瓶颈。在±60 V电压扫描区间下，基于ReS₂/h-BN/WTe₂异质结的多功能光电浮栅晶体管实现108.42 V的超大存储窗口，具备超过10⁴ s的长时电荷保持能力与千次以上稳定循环耐久特性。该器件可完整模拟成对脉冲易化、短时突触可塑性和长时突触可塑性等典型生物突触行为；在长时可塑性调控过程中，突触权重可实现300余种独立调控态（9比特），单次电脉冲能耗低至1.5 pJ。尤为突出的是，器件可同步实现视觉感知仿真、图像记忆遗忘动力学模拟与可重构布尔逻辑（AND、OR、NIMP）运算；基于实测器件光电响应特性搭建三层人工神经网络，对手写数字MNIST数据集的识别准确率可达91.49%。依托高度集成的光电存算一体化优势，该ReS₂/h-BN/WTe₂范德华异质晶体管在低功耗人工视觉系统、嵌入式类脑智能硬件等前沿方向的高效信息感知与并行运算场景中展现出广阔应用前景。

图1. ReS₂/h-BN/WTe₂范德华异质结光电探测器的基本表征。

图2. 非易失电子存储特性。

图3. 神经元/突触仿生功能。

图4. 视觉记忆行为模拟。

图5. 图像识别应用演示。

图6. 具备光、电双输入的可重构逻辑门。

相关研究成果近期以《Integrated Nonvolatile Memory and Energy-Efficient Multifunctional Neuromorphic Simulation Based on ReS₂/h-BN/WTe₂ Heterostructure》为题发表于《Advanced Functional Materials》期刊。该论文第一作者为厦门大学物理系23级博士研究生祝涛，通讯作者为厦门大学张学骜教授，国防科技大学邓楚芸副研究员以及陕西师范大学徐华教授，厦门大学物理系为论文第一单位。该研究成果得到国家自然科学基金项目（12374193）的资助支持。

论文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.77134