有机半导体材料的快速发展推动其在可穿戴电子、人工视觉与神经形态计算等前沿技术中的广泛应用。随着新兴技术对光电器件提出更高要求，尤其是在结构简化与器件小型化方面，传统以异质结构为核心的光晶体管逐渐暴露出结构复杂、可重复性差、激子解离效率低、n型材料库有限等问题，难以适应未来高集成度与多功能化的发展趋势。相比之下，基于单组分活性层的光晶体管不仅有望显著简化器件结构，还能实现高效的光电转换与类神经响应，为开发多功能有机光电子学提供了一种新范例。

在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，化学研究所有机固体实验室刘云圻/郭云龙团队在制备n型单组分神经形态光晶体管器件方面取得新进展。该团队设计合成了噻吩并[3,2-b]噻吩-3,6-二腈（2CNTT）给体单元，并提出了“氰基介导的扭转-极化协同策略”，通过直接芳基化聚合方法构筑了一系列给-受体型共轭聚合物，实现了分子内偶合作用与分子间相互作用的统一调控。该策略有效优化了电荷分布及激子利用效率，赋予材料宽可见光吸收、低激子结合能等特性。以聚合物PFIID2NTT为活性层构建的光晶体管器件，在可见光照射下实现了9.02 × 10⁴的光暗电流比，展现出优异的光响应性能和稳定的单极性电子迁移率。其双脉冲易化指数超过236%，工作能耗低至13.23 aJ，成功模拟了神经突触行为和长时程记忆功能，关键性能指标达到国际领先水平。

相关研究成果发表于Advanced Materials（https://doi.org/10.1002/adma.202503696）。文章的第一作者为博士生李一帆和曹嫣嫣，通讯作者为郭云龙研究员和刘云圻院士。

扭转-极化协同策略和基于PFIID2CNTT的光晶体管器件

有机固体实验室

2025年5月13日