2025年，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所陆书龙团队在氮化镓（GaN）基单片集成器件领域取得两项关键进展，突破了传统光电子器件的功能限制。团队通过创新结构设计，解决了双向光响应集成与探测-突触协同工作的难题，为高速、低功耗智能光电子系统的构建提供了核心技术支撑，相关成果发表于顶级期刊并被选为封面，有望推动仿生视觉、光神经形态计算等下一代智能感知技术的发展。
一、双向光电流机制：打破p-n结单向限制，实现多波段精准响应
传统p-n结的“单向导通”特性，如同一道“天然壁垒”，让器件无法同时对不同方向、不同波段的光产生响应，限制了复杂场景下的一体化应用。陆书龙团队另辟蹊径，在p-GaN/(In,Ga)N异质结中引入水凝胶/p-GaN局部接触界面，构建出“双异质结”结构——这一设计像给器件装了“双感知通道”，当365nm（紫外）光照时，水凝胶与p-GaN的界面产生负光电流；而520nm（绿光）光照时，(In,Ga)N与p-GaN的体相结产生正光电流。这种“双向光电流”机制，实现了对不同波段光的“精准识别”，就像给光电子芯片配备了“双色眼镜”，能在复杂环境（如白天紫外光与夜间绿光混合场景）中同时处理多源光信号。相关成果发表在《Advanced Functional Materials》（功能材料），并被选为期刊封面文章，成为该领域的标志性进展。
二、探测/突触双功能集成：从“分立”到“协同”，赋能人形机器人智能感知
光电探测器（负责“快速感知”）与人工突触（负责“慢速记忆”）是智能传感的“两大核心”，但传统方案中，二者要么响应速度差异大（探测器毫秒级，突触秒级），要么因硅衬底不透明无法集成，像“两条平行线”难以协同。陆书龙团队通过电化学剥离技术，去除了GaN纳米线的硅外延衬底，在透明基底上构建起“界面-体相分离”结构——这一结构让探测器的“快速响应”（360°全向感知，响应时间<1ms）与突触的“慢速弛豫”（模拟神经记忆，弛豫时间>10s）完美融合，实现了“感知-记忆”的端到端协同。更关键的是，团队将这一器件应用于人形机器人的“视觉感知系统”：机器人通过该器件，能快速识别环境中的光信号（如障碍物反射的紫外光），并将信息“存储”为突触记忆，优化后续动作决策（如避障路径调整）。这一应用验证，不仅提升了机器人的智能计算能力（减少了50%的算力消耗），更降低了系统延迟（从100ms缩短至20ms），为“机器人+智能传感”的落地提供了可行方案。相关研究发表于《Light: Science & Applications》（光：科学与应用），成为该领域的重要突破。
陆书龙团队的两项成果，从“基础机制”到“应用落地”，实现了GaN基单片集成器件的“质的飞跃”：双向光电流机制打破了传统限制，让器件能“看懂”更多光信号；探测/突触双功能集成则让“感知-记忆”从“分立”走向“协同”，赋能机器人更智能的感知。这些进展，不仅为高速、低功耗的智能光电子系统提供了关键技术，更让“仿生视觉”“光神经形态计算”等未来技术离我们更近了一步——或许在不久的将来，搭载该技术的机器人，能像人类一样，通过“看”就能理解环境、记忆经验，实现更自然的人机交互。
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