近日，红外科学与技术全国重点实验室在微型计算光谱与动态光谱感知方向取得重要进展，提出一种铁电可重构同质结微型计算光谱平台，为小型化、低功耗、实时光谱监测提供了新的器件方案。研究成果以“Ferroelectric Reconfigurable Homojunction Miniaturized Computational Spectrometers for Dynamic Spectral Sensing”为题，发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。
光谱监测的小型化与智能化挑战
光谱监测在化学现场分析、环境监测等领域具有不可替代的作用。然而，传统高精度光谱仪普遍存在体积大、功耗高、数据处理延迟等问题，难以满足可穿戴设备、生物传感、无人机巡检及产线在线质检等移动场景对实时、动态光谱跟踪的迫切需求。计算重构型微型光谱仪通过探测器端编码与算法端重构，减少了对复杂光学元件的依赖，是实现光谱系统小型化与低功耗的重要方向。其核心在于构建丰富且可调的光谱响应函数库。目前主流方案主要包括空间复用的固定响应阵列，以及电控动态可调探测器两类，其中范德华器件因其强可调性与超紧凑尺寸而备受关注。
铁电调控实现可重构同质结光谱感知
针对上述技术瓶颈，研究团队在WSe₂同质结构中引入精确铁电调控，构建出一种紧凑、可重构、低功耗的光谱感知平台。通过对铁电裂栅施加互补电压，可在同一二维通道内实现空间可重构的PN/NP同质结。铁电极化提供了非易失的静电调控能力，使得结区剖面与器件光谱响应形态可被重复写入与擦除，从而形成可重复调用的编码响应函数库。
研究进一步设计了快响应与慢响应分支协同的结构，使平台具备两种工作模式：一是非易失、近零功耗的待机监测模式；二是面向动态光谱重构的主动工作模式。
事件驱动机制实现动态实时感知
在动态光谱感知方面，团队提出了事件驱动的实时检测策略。在待机模式下，器件保持预极化的双结结构，以近零功耗通过电流失衡被动监测瞬态光谱变化；一旦检测到变化，系统立即切换至主动测量模式，扫描栅压并基于编码响应矩阵完成光谱重构。该架构将铁电的非易失可重构性与事件驱动的自适应感知机制相结合，为构建紧凑、智能、低功耗、可实时跟踪的计算重构型微型光谱系统提供了新路径。
该研究由红外科学与技术全国重点实验室王旭东青年研究员、沈宏研究员和伍帅琴副研究员共同指导完成，在读博士生赵倩茹为论文第一作者。研究工作获得了中国科学院B类先导专项、国家自然科学基金、上海市科委、中国博士后科学基金等项目支持。
紧凑、可重构且低功耗的光谱感知平台
论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202515132
供稿：赵倩茹
编辑：虞慧娴
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