中国科大设计高性能圆偏振光电逻辑门

近日，中国科学技术大学庄涛涛教授团队设计了基于手性选择性光电转换的圆偏振光电逻辑门，并验证了其多功能逻辑运算能力，在图像处理与信息加密领域实现应用。相关成果以“Circularly-Polarized Optoelectronic Logic Gates”为题发表在国际知名学术期刊《先进材料》（Advanced Materials）上。

在光电逻辑门中，多逻辑功能的实现往往依赖于复杂的结构设计或多种外部调控，导致器件集成度低。圆偏振光作为一种高维度的光学信息载体，其独特的左/右旋手性为构建高集成度、多功能的逻辑门提供可能。然而，由于现有的圆偏振光电探测器普遍面临手性识别能力不足、光谱响应窄等困难，实现宽波长响应和高不对称因子的高性能圆偏振光电逻辑门的构建仍然面临巨大挑战。

研究团队提出一种基于手性选择性的光电转换策略，通过集成具有宽光谱响应的PbS光电二极管与具有手性选择性的液晶软螺旋结构，构建了高性能圆偏振光电逻辑门。该器件展现出高达1.86的光电流不对称因子，并实现了从400到1600nm可调的宽波长响应。通过调控光电流阈值、并联光电二极管或改变输入配置，成功演示了9种逻辑门，并进一步将其应用于图像处理单元的构建。该设计不仅可在单器件上灵活切换逻辑功能，而且在模拟二值神经网络中的最大池化操作、信息加密等任务中展现出巨大潜力。相关工作实现了偏振光学与光电子学的融合，拓展了圆偏振光与逻辑运算的应用场景。

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圆偏振光电逻辑门的结构、原理及其应用

中国科学技术大学化学系硕士生黄言吉和博士生周雅洁为文章的共同第一作者，庄涛涛为通讯作者。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委、中国科学院、安徽省等的项目支持。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202517985