中国科学院大学黄辉教授等：有机光电突触器件对声音的识别

Organic Optoelectronic Synapses for Sound Perception 
Yanan Wei, Youxing Liu, Qijie Lin, Tianhua Liu, Song Wang, Hao Chen, Congqi Li, Xiaobin Gu, Xin Zhang* and Hui Huang*
Nano-Micro Letters (2023)15: 133
https://doi.org/10.1007/s40820-023-01116-3

本文亮点

1. 首次基于有机光电突触对声音的响度、音调、音色进行识别。

2. 提出识别因子的概念，成功识别中国科学院大学明德钟楼的钟声。

声音感知的神经形态系统有利于推动仿生电子和人形机器人的发展。中国科学院大学黄辉教授课题组基于声音的三要素，制备了可对声音的响度、音调、音色同时进行识别的有机光电突触器件。通过改变器件输入的电压、频率、光强，分别来调节输出信号的突触后电流的大小、突触信号变化的频率和突触信号的波形，从而与声音的振幅、频率、波形相对应，进一步调节声音的响度、音调、音色。提出了识别因子，建立电压、频率、光强与突触后电流的定量关系式，从而达到声音识别的目的。最终，实现对国科大钟楼钟声的识别，准确率高达99.8%。

I 材料基本性能

文中制备了器件结构为ITO/PEDOT:PSS/D:A/PDINN/Ag的有机光电突触器件，如图1a所示。由图1b得活性层中的给受体材料具有互补的吸收光谱。由图1c-d得，给体和受体的具有合适的能级位置。

图1. (a) ITO/PEDOT:PSS/D:a/PDINN/Ag(器件I)的器件结构以及器件中供体和受体材料的化学结构；(b) PM6、BSeC8-4F和PM6:BSeC8-4F薄膜的吸收光谱;(c-d) PM6和BSeC8-4F材料的紫外光电子能谱。

II 器件性能

图2a为人脑神经系统中生物突触的示意图。图2b为OOS的典型光响应特性。图2c为PPF指数随光脉冲间隔的变化。图2d-g为突触后电流随输入电压、频率、光强的变化而变化。通过改变器件输入的电压、频率、光强，分别来调节输出信号的突触后电流的大小、突触信号变化的频率和突触信号的波形，从而与声音的振幅、频率、波形相对应，进一步调节声音的响度、音调、音色。

图2. (a) 人脑神经系统中生物突触的示意图；(b) OOS的典型光响应特性;(c) PPF指数随光脉冲间隔的变化;(d) 基于OOS的声音感知示意图;(e-g) OOS性能随器件输入电压、频率、光强的变化。

III 声音识别

通过改变器件的输入电压，改变输出的突触后电流，从而与声音的响度相对应；通过改变输入频率，改变信号输出的频率，从而与声音的音调相对应；通过改变输入的光强，改变输出的信号波形，从而与声音的音色相对应。提出识别因子的概念，建立其与突触后电流的定量关系式，进而达到声音识别的目的。最终，实现对国科大钟楼钟声的识别，准确率高达99.8%。

图3. (a-b) 基于器件I的突触后电流(I)和识别因(ζ)的定量关系，以及(b) 图a的局部放大图。(c) 国科大的钟楼。(d) 国科大钟声的声波。(e) 钟声相应突触信号

作者简介

魏亚男

本文第一作者

中国科学院大学 博士后

▍主要研究领域

有机光电器件

▍个人简介

中国科学院大学博士后，在Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv. Funct. Mater.、CCS Chem.、Sci. China Chem.等国际高水平期刊发表SCI论文7篇。致力于有机光电器件的研究。博士在读期间获博士研究生国家奖学金、中国科学院大学三好学生、北京市优秀毕业生、桥口隆吉优秀研究生等奖励和荣誉。

张昕
本文通讯作者

中国科学院大学 副教授

▍主要研究领域
高性能有机光电材料的设计、合成及器件加工
▍个人简介

张昕副教授长期从事有机半导体材料设计、合成和有机太阳能电池器件加工相关的研究。发表SCI论文50余篇(他引4000余次)，其中包括：J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy、Sci. China Chem.等著名化学及材料领域期刊。主持国家自然科学基金青年科学基金项目和中国博士后科学基金，2022年入选“中国科学院青年创新促进会”会员。

▍Email：zhangxin2019@ucas.ac.cn

黄辉
本文通讯作者

中国科学院大学 教授

▍主要研究领域
有机半导体材料的合成及应用
▍个人简介

黄辉教授主要从事有机/高分子半导体材料的合成和应用研究，在光电、光热应用等方向取得了重要科研成果，迄今发表高水平学术论文100余篇，其中包括：Nat. Chem.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、CCS Chem.等国内外顶尖学术刊物。目前任中国化学会副秘书长、分子聚集发光委员会委员、青年工作者委员会委员，中科院青联委员，InfoMat杂志编委、Sci. China Chem.青年编委等。先后获得多项奖励与荣誉，包括中科院朱李月华优秀教师奖、中科院优秀导师奖等。
▍Email：huihuang@ucas.ac.cn

撰稿：原文作者

编辑：《纳微快报(英文)》编辑部