《Journal of Materials Science & Technology》：Spatially encoded broadband all-optical thermoelectric synapses for in-sensor computing
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•一种自供电全光Ag2Se人工突触实现了宽带响应。•空间光电热调制实现了双向突触可塑性。•多任务传感器内计算实现了微笑识别、性别识别和图像识别。引言物联网（IoT）和人工智能（AI）技术的进步对高效低功耗智能机器视觉提出了更高要求，而传统的冯·诺依曼架构仍难以满足这一需求[[
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一种自供电全光Ag2Se人工突触实现了宽带响应。
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空间光电热调制实现了双向突触可塑性。
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多任务传感器内计算实现了微笑识别、性别识别和图像识别。
引言
物联网（IoT）和人工智能（AI）技术的进步对高效低功耗智能机器视觉提出了更高要求，而传统的冯·诺依曼架构仍难以满足这一需求[[1], [2], [3]]。分离式光学感知-存储-处理范式在处理高吞吐量数据采集和处理时存在诸多劣势，包括器件架构复杂、存储容量大、功耗高以及处理延迟等问题[[4], [5], [6]]。受人脑计算框架的启发[7]，神经形态计算被提出并得到广泛研究，以实现简化的器件架构、增强的计算能力和降低的功耗。在神经形态系统中，人工光电突触是关键组件，能够以突触效能和可塑性响应光学刺激，从而模拟突触和神经元功能。
人们为实现光电突触行为付出了巨大努力，包括通过形成导电细丝[8,9]、控制相变[10,11]、调控铁电性[12,13]、在缺陷态上实现载流子的可逆捕获与释放[14,15]以及氧化还原反应[[16], [17], [18]]等方法，涉及的材料体系包括金属氧化物[19]、有机材料[20]和二维（2D）材料[21,22]。然而，目前先进的人工光电突触器件仍面临关键限制[23,24]。通常，实现可调光电突触行为需要额外的电偏置，这可能会增加能耗。近年来，全光控制的光电突触已被证实，其中突触状态可仅通过光学刺激调制而无需电偏置，这类器件已用于传感器集成的图像存储和处理[25,26]。光电材料的固有带隙导致其带宽受限。诸如带工程[27,28]、引入窄带隙材料[[29], [30], [31]]、栅压控制[32,33]以及异质结构建[34,35]等策略可有效扩展探测带宽。然而，系统复杂度和制造成本也随之增加。此外，人工抑制性突触行为主要依赖通过光门控实现的负光电导（NPC），该方法通过调控缺陷和界面处的捕获态来实现，这对材料的均匀性和器件性能的可调性提出了挑战[25,36]。因此，迫切需要探索简便且可调的宽带光电突触。
在本研究中，我们制备了一种全光调制的Ag2Se基热电突触器件。Ag2Se薄膜的宽带光吸收和光电热转换特性使其在405至1550 nm范围内具有宽带光响应[37]。器件在脉冲/连续光刺激下的突触效能和可塑性源于通过塞贝克效应产生的热致电势，该效应为自供电且不依赖于带结构。热积累和弛豫为器件响应引入了时间记忆，从而实现了对突触状态的调制，而空间图案化照明则持续改变突触行为，表现出短时增强（STP）或抑制性易化（即正或负光电热响应）。因此，通过捕获光电信号并进行适当的训练，可以实现类脑神经形态计算（图1(a, b)）。通过调节突触行为，可实现热电逻辑门控、多模态特征提取和神经形态计算（图1(c)）。我们进一步基于卷积神经网络（CNN）构建了器件参数化的多任务学习模型，以证明热电突触用于传感器内计算的可行性，该模型在微笑识别、性别识别和图像分类方面分别达到了92.2%、98.6%和94.3%的高识别准确率。本研究不仅拓展了热电器件的应用范围，还为未来能够直接处理热信息的低功耗神经形态计算开辟了新途径。
章节摘要
Ag2Se薄膜的微结构与热电性能
Ag2Se粉末通过一步溶剂热法合成[38]。随后，通过将Ag2Se墨水丝网印刷到聚酰亚胺（PI）带上，并经热压和氮气手套箱中退火，制备了Ag2Se薄膜，示意图见支持信息中的图S1。所合成的Ag2Se粉末具有高度结晶性，根据X射线
结论
本文提出了一种基于丝网印刷Ag2Se光电热器件的全光人工突触，实现了高度集成的感知、计算和存储功能。通过简单调节器件上的照明位置，即可在零偏压下产生正向和负向光电热响应（PPTR和NPTR），有效模拟了生物突触的兴奋性和抑制性行为。该器件还可实现基本的逻辑运算，包括与非门和异或门，同时保持宽带
材料制备
乙二醇（(CH2OH)2，99%，成都科龙）、硝酸银（AgNO3，99.9%，成都科龙）、硒粉（Se，99.99%，阿拉丁）、氢氧化钠（NaOH，99%，成都科龙）和羧甲基纤维素钠（CMC-Na，成都科龙）均购得且未经进一步纯化即直接使用。
Ag2Se粉末的合成方法已在我们之前的研究中报道[38]。首先将10 mg CMC-Na加入1 mL去离子水中，随后在333 K下搅拌10分钟。然后，
CRediT作者贡献声明
赵新皓：撰写-初稿、方法学、调查研究、数据整理、概念构思。林志成：可视化、验证、方法学、调查研究、形式分析。王源：可视化、形式分析、数据整理。张鸿瑞：可视化、验证、调查研究、形式分析。武海军：调查研究、形式分析、数据整理。孙强：监督指导、资源提供、调查研究、资金获取。徐圣度：验证、资源提供、方法学。
利益冲突声明
作者声明不存在已知可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究获得国家自然科学基金（52472105，52502149，32501206）和四川省科技计划（2026YFHZ0083）的资助。
赵新皓|林志成|王源|张鸿瑞|武海军|孙强|徐圣度|李梦莹|谭超|王泽高|杨磊
