8月5日，我院尤政教授、李鹏教授、卢文龙教授联合我校武汉光电国家研究中心陶光明教授在《Nature Communications》发表题为“Atomically thin heterojunction-based optoelectronic synaptic devices operable from −190 ℃ to 450 ℃ (可在−190 ℃至450 ℃工作的原子级薄异质结光电突触器件)”的研究论文。该论文通过构建基于MoS2/六方氮化硼（h-BN）/石墨烯范德华异质结，赋予光电突触器件在-190 ℃至450 ℃超宽温区下的稳定传感、存储与计算能力，为极端环境下的智能视觉系统建立了全新的硬件基础。清华大学邹毅璇为本文的第一作者，李鹏、尤政、陶光明、卢文龙为本文共同通讯作者。
当前，全球航天竞赛已从“到达”迈向“驻留”与“利用”。月球科研站、载人登月、火星采样返回等重大深空探测任务快速推进，对探测器的在轨生存能力与自主作业水平提出了全方位、高标准的要求，亟需突破深空极端环境下的载荷适配技术与智能感知核心技术。在外星球复杂恶劣的极端环境中，探测器无法依托地面实时遥控辅助，需完全独立完成地形感知、障碍规避、科学目标识别与实时智能决策，这对星载视觉感知系统的环境适应性、稳定性与实时计算效率提出了前所未有的严峻挑战。然而，航天器面临的核心矛盾在于，行星表面的温差跨度极为剧烈。月球赤道昼夜温差超过300 °C，水星表面更是从-180 °C到430 °C。传统的视觉感知与处理硬件难以在此类极端温度下同时存活并工作。光电突触器件（OSD）将感知、存储与计算集成于单一架构，有望突破“感-寸-算”分离瓶颈。但现有OSD在350 °C以上即失效，无法满足航天任务热学要求。另一被忽视的问题是，少数耐高温光电器件多依赖SiC、Ga2O3等宽禁带半导体，对可见光不敏感，形成“高温光谱盲区”。而可见光恰是地形识别、目标跟踪的关键信息载体。这一矛盾，使现有技术面临“有生存则无视觉、有视觉则难生存”的两难困境。
针对上述挑战，该研究提出了一种基于MoS2/六方氮化硼（h-BN）/石墨烯范德华异质结的光电突触器件（如下图），通过h-BN与石墨烯的协同保护，将器件工作温度范围拓展至640 ℃（-190 ℃至450 ℃），覆盖了大多数类地行星与月球的极端温度。在极端温度下连续工作30分钟，器件电学性能无明显变化，5小时后仍保持出色的传感性能。同时，器件实现了紫外到可见光的宽带光检测，突破了宽禁带半导体在高温下固有的“光谱盲区”限制。得益于无悬挂键的范德华界面与低肖特基势垒，器件在极端温度下展现出强大的神经形态功能，表现出高度可调的突触可塑性，其450 ℃下的保持时间可调比高达16137，较现有最先进的耐高温OSD高出约1600倍。通过栅压调控，记忆状态可在40.9 ms（Vgs=-4 V）至660 s（Vgs=0 V）范围内连续调节，完成短时记忆向长时记忆的转换。
面向极端环境应用的仿生MoS2光电突触器件（OSD）
此外，受生物暗视与明视视觉适应机制启发，该器件实现了自适应传感器内处理，可将多个数据集的微光图像识别精度提升15%以上。团队还将器件集成于机器狗漫游车平台，验证了其传感应用潜力。
仿生栅可调暗/明视觉适应与传感端内图像增强
该研究获国家自然科学基金（52322512、U2441275和T2425018）和新基石科学基金会“科学探索奖”资助。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-76364-z
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