多功能一体化的光电逻辑门（OLEGs）可以快速实现信息处理和传输，在通讯技术、人工智能和计算系统等领域具有显著的潜力。具有差异性光电响应的光电探测器是OLEGs中的重要组成部分。传统的半导体光电探测器通常需要构建异质结构或结合多种光-电输入形式才能实现差异化光电响应，增加了器件设计的复杂性。铁电材料是一种具有自发极化并且自发极化可随外电场重新取向的功能材料，光场作用下具有反常光伏效应和光致热释电效应，且其大小和方向严重依赖铁电极化，这为通过铁电极化设计实现OLEGs提供了可能。
近日，中国科学院上海硅酸盐研究所易志国研究员团队在多功能一体化铁电光电逻辑器件研究中取得新进展。该团队采用将金属Ti粉与0.5Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3 (BZT-BCT)陶瓷粉末混合共烧技术制备了Ti3+自掺杂的BZT-BCT陶瓷晶片，该陶瓷晶片同时具有明显的光伏响应和光致热释电响应，Ti粉含量为3%的样品BZT-BCT-3T比纯BZT-BCT陶瓷光电性能提升2.5倍左右。随后，团队在BZT-BCT-3T陶瓷表面创新性地设计了一种平面三电极结构，并对三个电极的间隙区域进行差异性极化。在可控激光照射下，输出电路中实现了区域依赖的光电流响应；在LED全区域照射下，输出电路中产生稳定的光伏电流。以此为基础，最终在单一陶瓷晶片表面实现了五种全光控的光电逻辑门，包括“AND”、“OR”、“NOT”、“NAND”和“NOR”。
该工作具有器件结构简单、通过极化控制实现差异性光电流的方案具有普适性等优点，可以拓展至其他铁电材料体系。相关研究结果以“All light controlled five state logic gates on a ferroelectric ceramic chip”为题发表在Advanced Materials (2025, 37(9), 2418023)。论文第一作者为上海硅酸盐所博士研究生王路。该工作获国家自然科学基金、中国科学院青年创新团队、上海市自然科学基金等项目资助。
相关链接：https://doi.org/10.1002/adma.202418023
平面三电极结构光电性能表征
基于平面三电极结构的全光控五态逻辑门功能验证
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