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多功能一體化的光電邏輯門（OLEGs）可以快速實現信息處理和傳輸，在通訊技術、人工智能和計算系統等領域具有顯著的潛力。具有差異性光電響應的光電探測器是OLEGs中的重要組成部分。傳統的半導體光電探測器通常需要構建異質結構或結合多種光-電輸入形式才能實現差異化光電響應，增加了器件設計的復雜性。鐵電材料是一種具有自發極化并且自發極化可隨外電場重新取向的功能材料，光場作用下具有反常光伏效應和光致熱釋電效應，且其大小和方向嚴重依賴鐵電極化，這為通過鐵電極化設計實現OLEGs提供了可能。

近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所易志國研究員團隊在多功能一體化鐵電光電邏輯器件研究中取得新進展。該團隊采用將金屬Ti粉與0.5Ba(Zr_0.2Ti_0.8)O₃-0.5(Ba_0.7Ca_0.3)TiO₃ (BZT-BCT)陶瓷粉末混合共燒技術制備了Ti³⁺自摻雜的BZT-BCT陶瓷晶片，該陶瓷晶片同時具有明顯的光伏響應和光致熱釋電響應，Ti粉含量為3%的樣品BZT-BCT-3T比純BZT-BCT陶瓷光電性能提升2.5倍左右。隨后，團隊在BZT-BCT-3T陶瓷表面創新性地設計了一種平面三電極結構，并對三個電極的間隙區域進行差異性極化。在可控激光照射下，輸出電路中實現了區域依賴的光電流響應；在LED全區域照射下，輸出電路中產生穩定的光伏電流。以此為基礎，最終在單一陶瓷晶片表面實現了五種全光控的光電邏輯門，包括“AND”、“OR”、“NOT”、“NAND”和“NOR”。

這一成果具有器件結構簡單等優點以及通過極化控制實現差異性光電流方案而具有普適性，有望拓展至其他鐵電材料體系。相關研究結果以“All light controlled five state logic gates on a ferroelectric ceramic chip”為題發表在Advanced Materials (2025,37(9),2418023)。論文第一作者為上海硅酸鹽所博士研究生王路。該工作獲國家自然科學基金、中國科學院青年創新團隊、上海市自然科學基金等項目資助。

相關鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202418023

平面三電極結構光電性能表征

基于平面三電極結構的全光控五態邏輯門功能驗證