第一作者：De Yu、Xin Zhang（共同第一作者）通讯作者：Tao Wang、白赛、沈凯、朱慧慧、陈怡沐、宋清海单位：哈尔滨工业大学（深圳）集成电路科学与工程学院、广东省半导体光电子材料与智能光子系统重点实验室；河南大学物理与电子学院；香港科技大学（广州）可持续能源与环境学域；复旦大学材料科学系；电子科技大学基础与前沿研究院、物理学院圆偏振分辨视网膜模拟传感器作为下一代人工视觉系统的核心硬件，有望拓展感知能力并提升抗干扰性，但由于缺乏同时具备高不对称圆偏振响应与多重仿生功能的手性材料，其发展受到限制。本研究报道了一种手性钙钛矿自组装异质微结构，由手性缺陷晶粒和手性富集晶界组成，可同时实现自旋选择性与优异光电性能，适用于高不对称、多功能圆偏振分辨视网膜模拟传感器。该传感器不仅展现出高达 1.98 的光电流不对称因子和全色圆偏振分辨响应，还具备模拟人类视网膜的多重仿生功能，包括突触行为、光适应和颜色识别。作为概念验证，研究分别展示了单圆偏振手性分辨传感器阵列在信息加密中的应用，以及双圆偏振手性分辨双目传感器阵列在虚拟立体重建中的应用。1. 创新异质微结构设计，突破性能权衡瓶颈：提出通过非化学计量比策略构建手性钙钛矿异质结构（(R-MBA₀.₂PEA₀.₉)₂SnI₄），实现手性富集晶界与手性缺陷晶粒的自组装分布。手性富集晶界（手性分子浓度为晶粒内部的 3-5 倍）可桥接相邻晶粒、钝化缺陷以促进跨晶粒载流子传输，同时作为面内自旋阀实现高效自旋选择；晶粒部分保持良好结晶质量以保障光电性能，解决了传统手性钙钛矿中“高自旋选择性与优异光电性能难以兼顾” 的关键问题。2. 圆偏振分辨性能卓越，接近理论极限：异质结构传感器的光电流不对称因子（gₚₕ）高达 1.98，接近 2.0 的理论极限，远优于均质结构传感器（gₚₕ仅 0.3 对应的不对称水平）。磁导电探针原子力显微镜（mCP-AFM）证实，异质结构的自旋极化效率达 68%（2 V 时），是均质结构（13%）的 5倍以上；且得益于手性诱导自旋选择性（CISS）效应的波长不敏感性，传感器实现 450-633 nm 全色圆偏振分辨，峰值 gₚₕ均超过 1.9。3. 多重仿生功能集成，模拟视网膜特性：基于锡基二维钙钛矿的电子 / 离子传输特性，传感器集成多种视网膜仿生功能：o 突触行为：具备短 / 长时可塑性，成对脉冲易化（PPF）指数达 185%，单事件能耗低至0.2 pJ，接近生物突触水平；o 光适应：可在 40 nW/cm²-40 mW/cm² 的宽光强范围实现明 / 暗适应，适应指数（AI₁₀₀ₛ）最低 0.72（明适应）、最高4×10⁴（暗适应），与人类视网膜适应范围相当；o 颜色识别：对红（633 nm）、绿（520 nm）、蓝（450 nm）光的识别准确率分别达 99%、95%、99.9%。o 信息加密：7×7 传感器阵列可从 100% 左旋圆偏振（LCP）噪声干扰中精准提取右旋圆偏振（RCP）加密信息，解密后图像经卷积神经网络（CNN）识别准确率达 95%，远超均质结构传感器（54.6%）；o立体重建：12×12双目传感器阵列（分别识别RCP/LCP）可实现 “Hit” 图案的虚拟立体深度重建，重建深度与设计值平均误差仅 3%，为沉浸式人机交互提供核心硬件支持。D. Yu, X. Zhang, T. Wang, Y. Li, R. He, Z. Xu, J. Tang, Y. Zhang, X. Zhang, H. Huang, T. Zhao, H. Liu, A. Liu, K. Shen, S. Bai, H. Zhu, Y. Chen, Q. Song, Spin-selective heterogeneous chiral perovskites for circular-polarization-resolved retinomorphic sensors, Nat. Commun., 2026, https://doi.org/10.1038/s41467-026-71190-9.
原文链接https://doi.org/10.1038/s41467-026-71190-9
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