祝贺梅婷婷、刘文超的文章被Acs Nano期刊收录！

近日，肖凯副教授课题组总结了综述文章“Ionic Transistors”，发表在ACS Nano上。科研助理梅婷婷和博士生刘文超为共同第一作者，通讯作者是肖凯副教授。

该综述从工作机制、器件结构发展、性能表征等方面，总结了离子场效应晶体管（Ionic FETs）和离子双极结晶体管(Ionic BJT)这两类离子晶体管的发展和主要特性。并讨论了离子晶体管在DNA检测、药物传递和离子电路中的应用。最后，对离子晶体管面临的挑战和未来的机遇进行了展望。

图1 离子晶体管的示意图

图2 离子晶体管的工作机理图

图3 离子晶体管的器件结构发展示意图

图4 离子基场效应晶体管的构筑和性能展示图

图5 离子双极结晶体管的构筑和性能展示图

综述中还总结了离子基晶体管在DNA捕获或探测、药物传输、离子电路等领域已有初步的应用研究，并且对其在神经拟态计算与脑机接口的应用进行了展望。

图6 应用与展望示意图

总的来说，受大自然的启发，离子基器件显示出非常广阔的应用前景。随着纳米科学技术的发展，纳米材料的出现促进了纳米流体器件的发展。虽然离子晶体管越来越受到人们的关注，但与电子晶体管相比，离子晶体管的概念和布局仍处于初级阶段。一方面，离子晶体管的表征尚无标准，研究人员根据其背景关注不同的性能。因此，很难比较已开发的离子晶体管的性能。另一方面，由于离子的传输速度比电子慢，离子晶体管的响应时间无疑要比电子晶体管长，这是离子器件的一个缺点。但由于自然选择选择了离子作为人类大脑的信息载体，正是在复杂的神经网络中，突触和神经细胞上各种离子通道的紧密协同，才形成了人类大脑计算快、能量消耗低的优势。因此，离子晶体管的发展不仅要向电子晶体管学习，而且要与生物晶体管看齐。材料的选择和设备的应用是该领域发展的两个主要挑战性先决条件。

尽管电子设备的快速发展及其令人印象深刻的计算能力，但它们在某些极端条件下仍然容易发生故障，例如暴露在超强磁场，电场和离子束辐射中。此外，电子设备可能无法在生物环境中发挥最佳功能。相反，离子器件在这些条件下表现出更大的相容性。这是由于离子的质量比具有相同电荷的电子的质量大1000倍以上。这使得离子能够有效地抵抗各种外部干扰，从而提高基于离子的传感、存储和计算设备的稳定性。此外，虽然电子和空穴可以重新组合和消失，但阴离子和阳离子可以组装成各种离子簇，为离子器件提供了更大程度的多样性。

我们期望开发各种功能离子晶体管的潜在应用，如海水中离子和分子的浓缩或分离、临床医学中的生理疾病检测、模拟大脑神经网络计算的纳米流体系统(例如，实现基于动作电位的各种脉冲信号、生物振荡、长期和短期记忆等)、可植入纳米流体器件和无障碍脑机接口等。简而言之，离子基晶体管表现出在多个领域的强大应用前景，在未来的发展中，我们期望开发出具有各种材料和功能的离子晶体管，并将其应用于神经形态计算、脑机接口、生物医学和能量转换等领域。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c06190