离子信号的传导能够使生物体在低压条件下高效地进行感知和学习。有机电化学晶体管（OECT）独特的离子‒电子耦合特性，使其具有低工作电压（＜1 V）、高生物兼容性等优点，成为模拟生物神经功能的理想构筑单元。然而，低栅压情况下OECT中的离子会向电解质反向扩散，导致沟道电流迅速衰减，难以实现非易失性存储，这成为OECT在超低电压下模拟大脑学习与记忆功能的关键瓶颈。

在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，化学所有机固体实验室刘云圻院士课题组在离子调控晶体管性能方面取得了一系列进展（Matter 2024,7,430‒455;Adv. Mater. 2023,35,2300242;Adv. Funct. Mater. 2022,32,2200959;Adv. Mater. 2018,30,1803961）。

近期，该课题组提出了一种光介导的离子捕获-释放动力学策略。基于该策略，OECT沟道内的空穴可被阴离子捕获，并在光感应层/沟道界面形成稳定的阴离子-空穴对，从而阻止阴离子向电解质中自由扩散，使沟道维持在高电导状态，这一特性使器件能够在365‒660 nm的宽光谱范围内实现超过100个存储态。由于无需向沟道注入具有捕获功能的阴离子，该OECT在零栅压条件下即可实现非易失存储特性，且整个器件的工作电压低至0.1 V，为晶体管型存储器已报道的最低值。进一步地，团队利用该器件对生物视觉识别进行了训练与学习，并构建了可拉伸的心电图(ECG)传感器，最终成功开发出集光控离子迁移、多模态感知、学习与记忆功能于一体的OECT神经形态器件。

相关研究成果发表在Nat. Commun.2025,16,6933期刊上，文章第一作者是博士生刘国才和文巍，通讯作者是郭云龙研究员、黄辉教授（天津大学）、刘云圻院士。

OECT神经形态器件

使用中心设备: ToF-SIMS

参与者：赵耀

核心贡献：通过ToF-SIMS深度剖析技术证实了光介导离子陷阱机制中TFSI⁻阴离子在异质结界面的选择性富集，为理解非挥发性有机电化学器件的操作机制提供了关键的化学成像证据

有机固体实验室

2025年8月22日