类型a：这篇文档属于单篇原创研究报告，以下是对该研究的学术报告。
该研究由Jinxuan Bai、Dawei He、Bingjie Dang、Keqin Liu、Zhen Yang、Jiarong Wang、Xiaoxian Zhang、Yongsheng Wang、Yaoyu Tao和Yuchao Yang共同完成。研究团队分别来自北京交通大学光电技术研究所和北京大学集成电路学院。该研究于2024年发表在《Advanced Materials》期刊上，文章标题为“Full van der Waals Ambipolar Ferroelectric Configurable Optical Hetero-Synapses for In-Sensor Computing”。
研究的主要科学领域是视觉神经形态硬件和光学突触器件。随着人工智能视觉技术的快速发展，现有的视觉神经形态硬件在实现复杂功能时，往往伴随着制造成本、硬件体积和能耗的增加。传统的CMOS（互补金属氧化物半导体）传感器基于冯·诺依曼架构，需要额外的数据处理和存储组件，导致时间延迟和功耗问题。此外，CMOS传感器通过引入拜耳滤光片获取颜色，存在像素面积利用效率低和色彩保真度问题。因此，开发一种能够高效获取高速彩色图像且硬件开销和能耗最小的设备至关重要。
研究团队提出了一种基于三维范德华（van der Waals, vdW）异质结的光学突触器件，旨在实现光波长和强度的传感功能，以及短期和长期的突触可塑性。通过合理设计，该器件在低功耗多功能融合应用任务（如视觉仿生）中展现出巨大的应用潜力。
研究主要分为以下几个步骤：
器件设计与制备：研究团队设计并制备了一种基于WSe₂/CuInP₂S₆（CIPS）异质结的全范德华双极铁电可配置光学突触器件。该器件采用金属-铁电-金属-绝缘体-半导体（MFMIS）结构，底部电极由Au和Pd组成，顶部为WSe₂作为场效应晶体管的沟道层，六方氮化硼（h-BN）作为栅极介电层，CIPS和石墨烯（Gr）作为非易失性栅极。
材料表征与器件性能测试：通过高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）、能量色散X射线光谱（EDS）、拉曼光谱和原子力显微镜（AFM）等手段对材料进行表征，确保材料的均匀性和界面质量。随后，研究团队对器件的基本电学性能进行测试，包括输出特性、转移特性和铁电性测试。
光学响应测试：研究团队测试了器件在不同波长和光强下的光学响应，验证了其在可见光范围内的多值响应能力。通过静电显微镜（EFM）和光吸收光谱，进一步验证了WSe₂对不同波长光的响应特性。
神经网络构建与图像识别：基于该光学突触器件，研究团队构建了一个光学储备池神经网络（ORNN）和可见光通信系统（VLC）。ORNN在CIFAR-10彩色图像数据集上对10类50,000张图像进行识别，识别率高达84.9%。VLC系统在仅0.4 nW的超低功耗下实现了高速光信号传输。
数据分析和结果验证：通过对比实验和数据分析，研究团队验证了器件在光学传感、存储和处理方面的多功能性，并评估了其在视觉仿生和智能视觉传感器领域的应用潜力。
器件性能：该光学突触器件在室温下表现出优异的铁电性和双极光电响应特性。CIPS的铁电性在几纳米厚度下仍能保持显著的极化切换，而WSe₂在可见光范围内表现出强的光耦合能力和波长敏感性。
光学响应：器件在红、绿、蓝三种波长光照射下表现出明显的光电流变化，验证了其在不同波长光下的多值响应能力。通过EFM测试，进一步验证了WSe₂对不同波长光的响应特性。
图像识别：基于该器件构建的ORNN在CIFAR-10数据集上实现了84.9%的识别率，展示了其在彩色图像识别任务中的高效性。
可见光通信：VLC系统在0.4 nW的超低功耗下实现了高速光信号传输，验证了器件在可见光通信系统中的高效性和低功耗特性。
该研究展示了一种基于全范德华异质结的多功能光学突触器件，集成了光学传感、存储和处理功能。通过结合CIPS的非易失性铁电极化和WSe₂的双极光电响应，该器件在各种电压脉冲和光激发下表现出丰富的突触动力学特性。基于该器件构建的光学储备池神经网络在CIFAR-10数据集上实现了高识别率，并将其应用于可见光通信系统，展示了其在智能视觉传感器领域的巨大潜力。
研究团队还通过对比实验和数据分析，验证了器件在光学传感、存储和处理方面的多功能性，并评估了其在视觉仿生和智能视觉传感器领域的应用潜力。该研究为基于范德华异质结的智能视觉传感器设计提供了新的思路和方法。