近日，北京理工大学物理学院吴汉春教授研究团队，与台湾大学/中原大学张庆瑞教授、高雄科技大学洪冠明教授、以及爱尔兰圣三一学院Igor V. Shvets教授合作，研制了一种新型范德华异质结光谱仪。该微型光谱仪不仅具有尺寸小 （19微米）、光谱分辨率高（5nm）、光谱响应范围宽（400nm-nm）、响应速度高的特点，还具有成像、存储和神经形态计算功能。相关成果以“Miniaturized spectrometer with intrinsic long-term image memory”为题，发表在国际顶级期刊《Nature Communications》上。

图1. 范德华光谱仪的设计原理及光谱重构功能展示

光谱仪在科学研究和工业应用中发挥着重要的作用。然而，传统的光谱仪由众多复杂光学器件构成，体积大。此外，传统微型光谱仪采用冯·诺依曼架构，其光谱传感、存储和处理模块在空间上分离，从而增加了光谱仪的能耗，降低了信号处理速度。基于此，我们跨国际与跨领域的合作团队提出了使用单个SnS₂/ReSe₂范德华异质结来构造微型光谱仪，通过界面局域态的光栅压效应和光电存储效应使该范德华异质结在可见光谱范围内具有光电探测、光谱重构和光谱成像的功能。更重要的是，通过交替施加激光脉冲和栅极脉冲，结合计算机算法和压缩感知技术使所构筑的微型光谱仪不仅可用作图像存储器，还具有信号处理能力，为设计超越冯·诺依曼架构的光谱仪迈出了重要一步。

图2. 范德华光谱仪成像功能展示

图3. 范德华光谱仪存储功能展示

图4. 范德华光谱仪神经形态计算功能展示

物理学院硕士研究生吴刚（现新加坡南洋理工博士研究生）为论文的第一作者，吴汉春教授为论文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和北京理工大学科技创新计划的支持。

文章信息（*为通讯作者）：Gang Wu, Mohamed Abid, Mohamed Zerara, Jiung Cho, Miri Choi, Cormac Ó Coileáin, Kuan-Ming Hung, Ching-Ray Chang, Igor V. Shvets and Han-Chun Wu*,“Miniaturized spectrometer with intrinsic long-term image memory”, Nature Communications 15, 676 (2024).

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-44884-1