Gang Wu, Mohamed Abid, Mohamed Zerara, Jiung Cho, Miri Choi, Cormac Ó Coileáin, Kuan-Ming Hung, Ching-Ray Chang, Igor V. Shvets & Han-Chun Wu

Nature Communications 15,676 (2024)

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

近日臺灣大學教授張慶瑞與北京理工大學教授吳漢春的國際團隊合作，成功開發新型vdW異質結光譜儀。該新設備基於SnS2/ReSe2異質介面，同時具備光檢測、光譜重構、光譜成像和信號處理能力，尺寸僅19微米，光譜解析度達5奈米，響應範圍寬達400至800奈米，且能記憶容量超過104秒的影像。

傳統光譜儀因體積大、耗能高且信號處理速度慢而無法廣泛應用於現代邊緣AI運算應用中。這項空間掃描系統，使用寬帶光源投射紅、綠、藍及黃色圖像，測量光電流，生成高空間解析度的偽彩色圖像，展示多模態成像系統的應用潛力。光譜儀分析儀不但可長時間保存影像，同時通過雷射和柵極脈衝，結合AI演算法和壓縮感知技術，進行非馮諾伊曼(non-von-Neumann)架構下的信號處理，實現快速邊緣AI計算操作。小型SnS2/ReSe2 vdW異質結構的非馮諾伊曼光譜儀的邊緣AI運算在科學研究和工業應用中都有極大的應用前景，未來如能進一步結合現代晶片設計，可以成為AGI機器人的「智慧眼睛」。

非馮諾伊曼微型光譜儀也可模擬神經元和突觸的功能，進行人工神經網路計算，並初步取得接近90%的分類準確率，顯示在機器視覺和圖像處理方面的極大潛力。邊緣元件的快速感應、存儲和計算能力對未來通用人工智慧極為重要，應用範圍涵蓋人工突觸、神經網絡、機器視覺、圖像處理及光譜學。研究成果發表於Nature Communications，顯示vdW非馮諾伊曼微型光譜儀的創新設計及應用前景，及對光電子學領域的重大影響。

Keywords: 2-DIMENSIONAL MATERIALS; ON-CHIP; PLACEMENT