《Journal of Materials Science & Technology》：Around-the-clock intelligent sensing transportation systems based on vdWs n-p-n heterostructure memristive arrays
编辑推荐：
•一种范德华n-p-n Bi2Te3/SnSe/Nb:SrTiO3异质忆阻器，集成了二维（2D）拓扑绝缘体和二维铁电材料。•原子尺度表征和DFT计算证实了双界面调控可实现高效载流子注入/俘获和可调势垒，从而增强量子隧穿效应。•该器件实现了75%的良率，光学开关比约为104，耐
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一种范德华n-p-n Bi2Te3/SnSe/Nb:SrTiO3异质忆阻器，集成了二维（2D）拓扑绝缘体和二维铁电材料。
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原子尺度表征和DFT计算证实了双界面调控可实现高效载流子注入/俘获和可调势垒，从而增强量子隧穿效应。
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该器件实现了75%的良率，光学开关比约为104，耐久性超过108次循环，响应时间为77 ns，具有32个保持时间超过104秒的电阻状态，以及在808 nm波长下可实现31,000次光学切换循环。
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30×30异质忆阻器阵列结合YOLOv11实现了83%的行人识别率、93%的车辆识别率和实时车速检测，适用于全天候神经形态感知。
引言
车辆的精确可靠检测是现代智能交通系统的核心要素之一，在交通流量监控、执法取证、事故预防以及自动驾驶环境感知方面发挥着至关重要的作用[1,2]。目前，主流的车辆检测技术主要包括雷达测距、激光测距和基于视频图像的光学测速。然而，这些技术的实际部署受到多种因素的限制。例如，雷达易受电磁干扰，且在多目标场景下精度下降；激光虽然精度较高，但在雨、雪、雾等恶劣天气条件下表现不佳，且成本高昂。此外，基于可见光的视频测速高度依赖环境光照条件，在夜间或逆光场景下可靠性不足[[3], [4], [5]]。
为应对这些挑战，智能交通应用迫切需要具有更强环境适应性和抗干扰能力的传感技术。近红外（NIR）技术是一项极具前景的解决方案。近红外光处于人眼不可见的光谱范围，可有效避免对驾驶员造成眩光干扰。更为重要的是，与可见光相比，特定波长的近红外光具有更优异的穿透恶劣天气条件（如雨、雪、雾）的能力，为复杂环境下的可靠监控提供了物理基础。此外，近红外传感系统能够有效抑制环境背景光的干扰，从而实现目标物体的高信噪比检测[[6], [7], [8]]。
近年来，近红外光源（如发光二极管和激光二极管）以及传感器（如有源互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器和电荷耦合器件（CCD）传感器）在性能和成本方面均取得了显著优化，使得近红外成像和光传感技术在提取动态目标参数方面成为新的研究方向[[9], [10], [11]]。值得注意的是，新兴的传感忆阻器相比传统CMOS或CCD传感器具有明显优势：其纳米级器件架构有利于高密度集成，为高空间分辨率成像奠定了基础[[12], [13], [14]]；此外，忆阻器的存储特性和非线性响应使其能够在传感端实现初步信号预处理（如脉冲编码）。这为开发集成感知、存储和计算能力的下一代智能光传感系统提供了可能性[15,16]。其基本原理在于分析车辆表面在近红外光照射下反射回波的光学特性。该技术将光学测量的高精度与红外光谱的环境鲁棒性相结合，有望弥补现有测量技术的性能差距。
在本研究中，我们设计并制备了一种范德华n-p-n Bi2Te3/SnSe/Nb:SrTiO3（NSTO）异质忆阻器。该器件利用二维（2D）材料的原子层厚度实现高密度集成，展现出优异的开关耐久性（高达108次循环）和32个稳定电阻状态，适用于多比特存储和处理。我们进一步开发了基于该器件的近红外传感系统。通过将忆阻器传感特性与基于YOLOv11的识别框架相结合，实现了智能目标感知，行人识别准确率达83%，车辆识别准确率达93%，同时实现车速检测。所提出的架构为高度集成的智能传感系统提供了一条潜在路径，克服了传统感知-计算分离架构的局限性。此外，该研究为下一代高性能、低干扰智能交通传感节点提供了重要的技术参考和理论基础。
章节摘要
异质忆阻器的表征及SnSe薄膜的铁电特性
近红外传感系统的实现依赖于其核心硬件，而其多功能特性由其基本单元——单个异质忆阻器的独特结构所决定。图1(a)展示了多功能异质忆阻器的三维结构示意图。所研究的器件采用垂直堆叠异质结构，由钯顶电极、Bi2Te3光电活性层、二维铁电功能层组成
结论
总之，我们报道了一种基于范德华n-p-n Bi2Te3/SnSe/NSTO异质忆阻器的近红外传感系统。结合密度泛函理论计算，我们通过铁电极化调控的载流子注入和界面隧穿效应实现了器件低阻态与高阻态之间的切换。该器件的良率为75%，光学开关比为104，脉冲循环寿命超过108次。器件可维持32个不同电阻
异质忆阻器的制备
本实验采用脉冲激光沉积进行薄膜制备，磁控溅射进行顶电极制备。厚度约为2.18 nm的Bi2Te2.7Se0.3层（由于为轻硒掺杂组成，本手稿中简化表示为Bi2Te3）沉积在SnSe（8.95 nm）上，沉积参数分别为5 Hz、1.2 J/cm2、40 Pa（Ar，25 cm3/min）和300°C。SnSe和钯顶电极的具体制备方法为
数据可用性声明
支持本研究结果的数据可向通讯作者合理索取。
CRediT作者贡献声明
Wendi Xu：撰写——初稿。Haoning Liu：方法论。Hong Wang：撰写——审稿与编辑。Yuli Xue：方法论。Jialiang Yang：方法论。Yuejiao Zhang：撰写——审稿与编辑。Shufang Wang：撰写——审稿与编辑。Xiaobing Yan：撰写——审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究工作的已知经济利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到国家自然科学基金（编号：62304064）、国家重点研发计划培育项目（编号：92164109）、区域创新发展联合基金重点项目（编号：U23A20365）、国家级高层次人才特殊支持计划（编号：041500120001）、国家重点研发计划"纳米前沿"重点专项（编号：2024YFA1208400和2024YFF1504300）以及河北省教育厅科学研究项目
Wendi Xu|Haoning Liu|Hong Wang|Yuli Xue|Jialiang Yang|Yuejiao Zhang|Shufang Wang|Xiaobing Yan
