低维半导体材料与器件及其在类脑人工智能领域的应用。涉及多学科交叉，包括物理、材料、化学、神经科学、微电子、光电子、计算机、自动化、集成电路、机器学习、人工智能等。材料体系包括氧化物、硫化物、非晶碳、石墨烯等。器件类型包括忆阻器、晶体管等。
1）半导体材料与类脑器件
2008年以来，团队在调控半导体薄膜物化性能、研发新原理半导体器件、提升器件稳定性、降低功耗、阐释器件机理等方面做出系列创新工作。
（1）全光控忆阻器：与忆阻器之父、美国加州大学Leon Chua教授合作，基于氧化物半导体（InGaZnO和ZnO），研发出国际上首个全光控忆阻器。器件所需光功率密度仅在µW/cm2量级，工作不涉及微结构变化和焦耳热，从而为解决忆阻器稳定难题提供了新方案。全光控忆阻器有望用于构建新型感存算一体视觉传感器，可实时处理视觉信息，从而满足自动驾驶、物联网、人形机器人等新兴产业需求。相关成果发表在Advanced Functional Materials（2021年，封面论文）、Fundamental Research（2022年）等期刊。
（2）超低电压/功耗忆阻器：基于轻微氧化的ZnS忆阻器，成功把电阻变化控制在3 nm厚度区域，从而降低器件操作电压超过2个数量级，降低功耗3个数量级以上。相关成果发表在Advanced Materials（2017年）。
（3）忆阻器机理阐释：揭示忆阻器中金属导电丝生长方向为阳极至阴极，在阴极界面通断，推翻了之前国际公认的机理模型，并被国内外多个研究组验证，目前已成为主流模型。相关成果发表在Applied Physics Letters（2012年，亮点论文，年度论文）。
全光控忆阻器
2）类脑芯片及智能系统
（1）感存算一体类脑视觉芯片：在充分探究全光控忆阻器工作机制的基础上，通过优化器件结构，结合退火等后处理，大幅提升了器件良率。基于高良率全光控忆阻器，成功构建了类脑神经形态视觉传感芯片，可对感知的视觉信息预处理，提取特征，并实现目标识别等高级功能。感存算一体化可大幅提高速度，降低能耗。相关产品获“第48届日内瓦国际发明展”银奖（2023年）。
（2）可原位加密的类脑视觉传感器：随着物联网和自动驾驶等智能系统的快速发展，视觉传感器的应用越来越广泛。视觉传感器收集了大量敏感信息，极易受到非法访问和滥用，存在严峻的安全风险。基于复杂算法的传统加密系统虽可以提供强大的安全保障，但需要大量计算硬件作为支撑，难以在传感端直接使用。我们基于前期研发的InGaZnO全光控忆阻器，构建了具有原位信息加密能力的神经形态视觉传感器，实现了视觉信息的探测、存储、加密、解密、识别及销毁一体化。我们开发的原位加密技术有助于占领视觉传感领域技术制高点，提升我国在该行业的市场竞争力。相关成果发表在Applied Physics Reviews（2024年，亮点论文）。
基于全光控忆阻器（AOC memristor）可原位加密信息的类脑视觉传感器