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。该工作基于空位诱导氧化单层MXene构建了一种人工视觉-呼吸突触，表现出协同的光和空气可塑性，可用于构建类似人类的多感官系统。视觉（光子）信号和呼吸（羟基）信号之间的相互作用可调节突触行为，如突触后光电流、持续光电导和光敏性。通过同时接收视觉和呼吸信号，可对突触特性（包括时间可塑性和经验学习）进行设备级研究。多种模式的协同整合赋予了 VRSOM 与人类类似的多感官感知性能，从而实现了基于硬件的复杂跨模式神经感知。相关工作以“Bioinspired Artificial Visual-Respiratory Synapse as Multimodal Scene Recognition System with Oxidized-Vacancies MXene”发表在《Advanced Materials》。
生物神经形态多感官交互设备从视觉刺激和人类呼吸行为对神经兴奋性的调节中汲取灵感。对人类行为的观察表明，视觉刺激信号作用于眼睛，会导致神经兴奋，表现为特征性兴奋，包括记忆能力、学习能力和情绪变化；而各种呼吸行为，如浅呼吸和深呼吸，会唤起神经兴奋性的不同调节，导致长时间唤醒或快速恢复。视觉和呼吸信号会转变为不同的脉冲序列，从而构成神经元和突触网络内兴奋处理的关键参数。来自这两种感觉模式的综合信息可精确、快速地调节神经和行为兴奋。在设计的 VRSOM 系统中，光信号和气流通过单层空位诱导氧化MXene 纳米片感应，其中光电流通过 TiO2 晶体产生，模拟视觉信号，而气流信号提供羟基与氧化空位相互作用，模拟呼吸唤醒的松弛行为，类似于眼鼻系统。
作为突触装置的核心组件，空位诱导氧化MXene(VO-MXene)具有响应光和羟基信号的独特能力，以支持突触性能。从材料的角度来看，MXene氧化性能的有效利用拓宽了其应用范围。同时，从维度的角度来看，单原子层内的跨模态功能集成使器件尺寸最小化，并为突触器件的片上集成提供了基础。原始MXene (P-MXene)纳米片含有不可避免的原始空位缺陷，这些空位缺陷作为氧化位点，可以在可控的氧化过程中加强与氧的结合，导致氧化成具有平面内TiO2晶体的TiO2/MXene结构。VO-MXene中持续PSC是由氧化空位的捕获和光载流子逃逸通道所决定的协同效应的结果。利用密度泛函理论分析表明V-MXene在缺陷处表现出更明显的电子浓度，表明在这些位置具有很强的吸附特性，导致通过电荷转移形成潜在陷阱，消除周围的近自由电子态。氧和羟基在MXene表面的吸附能阐明了空位氧化过程和羟基通道的选择性，为空位氧化方案提供了支持，并有助于理解光载流子耗散通道。
