基于冯·诺伊曼架构的现代数字计算机系统在处理复杂结构数学问题方面已发展了近半个世纪，取得了丰硕成果[[1], [2], [3], [4]]。然而，随着人工智能技术的快速发展以及现代社会信息化程度的不断提高，传统的冯·诺伊曼计算系统由于内存模块与处理器物理上相互分离，逐渐出现诸多问题，难以满足高效高速信息处理的需求[[5], [6], [7], [8], [9]]。作为自然界中最强大的信息处理器官，大脑高度并行、高效、容错且可重构的神经网络系统使得超低功耗的高效信息处理成为可能[10,11]。因此，模仿人类大脑计算行为的脑启发式计算逐渐成为新的研究热点[[12], [13], [14], [15], [16]]。
目前，类脑器件领域已经取得了显著的研究进展，各种人工突触器件也被不断开发出来[[17], [18], [19], [20]]，包括双端忆阻器和三端晶体管[[21], [22], [23], [24], [25]]。其中，三端晶体管因其独特的结构优势和运行机制而备受关注[[26], [27], [28], [29]]。三端晶体管的栅极电压能够有效调节通道电流，从而实现多种生物突触学习规则[[30], [31], [32]]。此外，它们与CMOS工艺的优异兼容性也为构建大规模、高效的内存计算系统提供了基础。这些优势使得三端晶体管成为实现高性能、低功耗类脑计算的最有潜力的硬件核心之一[[33], [34], [35]]。不过需要指出的是，目前关于人工突触的大多数研究仍集中在一般突触可塑性的模拟上，而针对疼痛感受器的生物学合理性及其区域差异的仿生研究尚未得到全面探索。在人体中，不同部位的疼痛感受器在对外界刺激的敏感度和反应阈值方面存在显著差异。这种疼痛感知的区域差异正是实现精准仿生感知和智能决策的核心要素。然而，现有的器件难以模拟这一精细功能，这也成为了制约柔性电子皮肤和类脑计算发展的关键难题。
8-羟基喹啉是一种具有出色化学稳定性、成膜能力及光电特性的有机半导体材料，已被广泛用于有机发光二极管和光电探测器等光电器件中[36,37]，恰好为解决上述问题提供了理想方案。事实上，这种材料具有共轭π电子体系，不仅可以通过缺陷工程灵活调整能级结构和载流子迁移率，还能高效吸收特定波段的光子，产生并传输光生载流子，从而形成光响应与电调制的协同效应。这一独特特性使其能够利用光学和电学双重信号精确控制突触权重，为模拟疼痛感受器的区域差异性反应提供了核心调控手段[[38], [39], [40], [41]]。现有的氧化物突触晶体管依赖氧空位来实现电控，其高温加工工艺限制了其与有机介质的兼容性，而且常见的有机突触器件缺乏内在的紫外线敏感性，难以实现光电协同学习。在本研究中，以8-羟基喹啉作为活性层，利用分子内的可逆质子转移以及π共轭传输机制，仅需一种材料即可实现双模式的光电突触调控，无需额外的复合功能层。此外，8-羟基喹啉薄膜晶体管与溶液法制造工艺高度兼容，有利于低成本、大面积的器件集成[42]。该器件的研制有望突破传统材料在仿生功能与工艺兼容性方面的双重瓶颈。同时，其分子级的电荷传输机制可使器件工作电压降至几伏特，大大降低能耗。
先前的研究表明，8-羟基喹啉材料在室温下具有稳定的载流子传输性能[43,44]，基于该材料的器件还具备良好的光学特性，如非零的光学带隙、简单且成本较低的制造工艺以及相对较高的耐损伤阈值[45]。同时，突触晶体管能够通过调节栅极电压动态调控突触权重，为类脑计算的硬件实现奠定了基础[46]。尽管已有研究描述了8-羟基喹啉材料在光电器件中的电荷传输性能[47,48]，以及基于单一电信号的突触晶体管可塑性模拟，但该材料的光电特性与突触功能之间的耦合机制尚未得到系统研究。此外，关于在光信号和电信号共同调控下优化突触性能以及长期稳定性等关键问题也缺乏深入探讨，这导致了其在仿生模拟区域特异性疼痛感受器方面的应用潜力未能得到充分发挥。
8-羟基喹啉突触晶体管是一项创新成果，它将先进材料与仿生器件相结合，融合了8-羟基喹啉的分子调控优势与突触晶体器的仿生功能，是用于柔性电子和低功耗类脑计算的优质器件。作为人类感觉系统的基本组成部分，疼痛感受器在仿生模拟研究中具有不可替代的意义。基于此，本研究重点研究了8-羟基喹啉突触晶体器的核心特性与性能优化，系统探讨了其分子结构调控、光电响应机制、器件制造工艺以及突触功能模拟规则。研究旨在通过光响应与电调制的协同作用，实现对区域差异性疼痛感知的精准仿生模拟，为开发低功耗、高兼容性的类脑器件提供新的思路与实验依据。
