具有寬頻頻譜區分的二維多比特光電存儲器

光電存儲器是在光照情況下，可以存儲光子產生的電荷載流子的裝置。稍後可以讀取存儲的電荷以進行信息檢索。這些設備可用於圖像捕獲和頻譜分析系統。

二維原子層狀材料是開發下一代光電存儲器的有希望的候選者，以滿足設備小型化和結構靈活性的新興要求。

然而據報道，使用二維材料製造的光電存儲器具有較差的數據存儲能力，其中報道的最高數據在大約八個不同的存儲狀態下。

來自新加坡國立大學（NUS）化學系和物理系的CHEN Wei教授領導的團隊開發了一種多比特非易失性光電存儲器，通過使用二硒化鎢/氮化硼（WSe2 / BN）異質結構，該器件能夠存儲多達130種不同的狀態（Nature Communications，「Two dimensional multibit optoelectronic memory with broadband spectrum distinction」）。

通過在20層BN上層疊加單層WSe2製造的光電存儲器件的示意圖。（圖片來源：新加坡國立大學）

由二維材料製成的異質結構由20層BN上疊加單層WSe2組成。通過調整施加在器件上的極性來控制編程（存儲數據）和清除（刪除數據）功能。在編程功能期間施加負極性，這樣使得來自BN材料的間隙供體狀態的光子產生的電子轉移到WSe2材料中。

這就留下了BN材料中局部（非移動）正電荷。對於清除功能，使用正極性。這使得來自BN材料中價帶的光子產生的電子與局部正電荷重新結合，使BN返回到中性狀態。

轉移到WSe2材料中的電子量取決於器件的曝光時間。較長的曝光時間意味著更多的電子被轉移。

研究人員發現，在達到飽和條件之前，可以檢測到WSe2材料中電子的連續累積，對應多達130個光脈衝。這些脈衝中的每一個都可以被視為不同的存儲狀態。

在性能測試期間，他們發現該器件的數據保持時間超過4.5×104秒，循環編程/清除持續時間超過200個周期。

Chen教授在解釋研究結果的重要性時說：「雖然與商用硅基存儲器相比仍存在性能差距，但這些器件在需要結構靈活性的電子應用中具有優勢。

使用這種WSe2 / BN 二維層狀異質結構提供了一種實現多比特存儲器件的方法，並可為下一代光電存儲器的發展鋪平道路。「

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