北理工課題組在微型光譜儀研究領域取得重要進展
發布日期：2024-01-24 供稿：物理學院 攝影：物理學院
編輯：王莉蓉 審核：陳珂 閱讀次數：
近日，北京理工大學物理學院吳漢春教授研究團隊，與臺灣大學/中原大學張慶瑞教授、高雄科技大學洪冠明教授、以及愛爾蘭圣三一學院Igor V. Shvets教授合作，研制了一種新型范德華異質結光譜儀。該微型光譜儀不僅具有尺寸小 （19微米）、光譜分辨率高（5nm）、光譜響應范圍寬（400nm-nm）、響應速度高的特點，還具有成像、存儲和神經形態計算功能。相關成果以“Miniaturized spectrometer with intrinsic long-term image memory”為題，發表在國際頂級期刊《Nature Communications》上。
圖1. 范德華光譜儀的設計原理及光譜重構功能展示
光譜儀在科學研究和工業應用中發揮著重要的作用。然而，傳統的光譜儀由眾多復雜光學器件構成，體積大。此外，傳統微型光譜儀采用馮·諾依曼架構，其光譜傳感、存儲和處理模塊在空間上分離，從而增加了光譜儀的能耗，降低了信號處理速度。基于此，我們跨國際與跨領域的合作團隊提出了使用單個SnS2/ReSe2范德華異質結來構造微型光譜儀，通過界面局域態的光柵壓效應和光電存儲效應使該范德華異質結在可見光譜范圍內具有光電探測、光譜重構和光譜成像的功能。更重要的是，通過交替施加激光脈沖和柵極脈沖，結合計算機算法和壓縮感知技術使所構筑的微型光譜儀不僅可用作圖像存儲器，還具有信號處理能力，為設計超越馮·諾依曼架構的光譜儀邁出了重要一步。
圖2. 范德華光譜儀成像功能展示
圖3. 范德華光譜儀存儲功能展示
圖4. 范德華光譜儀神經形態計算功能展示
物理學院碩士研究生吳剛（現新加坡南洋理工博士研究生）為論文的第一作者，吳漢春教授為論文通訊作者。該研究得到國家自然科學基金和北京理工大學科技創新計劃的支持。
文章信息（*為通訊作者）：Gang Wu, Mohamed Abid, Mohamed Zerara, Jiung Cho, Miri Choi, Cormac ó Coileáin, Kuan-Ming Hung, Ching-Ray Chang, Igor V. Shvets and Han-Chun Wu*,“Miniaturized spectrometer with intrinsic long-term image memory”, Nature Communications 15, 676 (2024).
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-44884-1
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