以冯诺依曼架构为基础的计算方式因为其处理器和存储器相分离的特点，越来越无法满足现代海量的计算需求。而类脑计算具有大规模并行计算、低功耗、能处理非结构问题等优点，有望解决冯诺依曼瓶颈，成为现代计算体系的中流砥柱。场效应晶体管的栅电压可以被视为突触前信号，而受栅电压调控的沟道电流可以被视为突触后信号，因此越来越多的场效应晶体管被用于模拟生物突触的功能。其中，有机材料来源广泛、可溶液加工、具有本征柔性等特点，因此基于有机场效应晶体管的三端突触晶体管受到了广泛的关注。然而，低性能和高功耗是限制其实际应用的两个主要问题。
最近，天津大学胡文平/耿德超团队、福州大学陈惠鹏团队和新加坡国立大学陈伟团队联合在Advanced Materials期刊发表了一篇题为“Ultralow-power Vertical Transistors for Multilevel Decoding Modes”的研究成果。他们提出了一种具有超低运行功耗的基于过渡金属碳化物（MXene）和有机单晶的垂直晶体管，在-1 mV的超低运行电压下，表现出16.6 mA/cm2的高开态电流和9.12 × 105的高开关比。在电调制模式下，该器件表现出典型的突触功能，包括可重构短期塑性(STP)、脉冲幅度依赖可塑性(SADP)和双脉冲抑制(PPD)等，并且每脉冲仅消耗8.7 aJ的能量。这项工作促进了垂直晶体管和有机单晶在模拟生物突触领域的应用，也促进了低功耗类脑计算体系的进步。论文通讯作者是天津大学耿德超教授和福州大学陈惠鹏教授；第一作者是新加坡国立大学博士研究生张晴和福州大学博士研究生李恩龙。
为了避免源电极和漏电极的意外接触，作者采用了一种面外微距升华（Out-of-plane microspacing in-air sublimation）的方法制备了百微米级别大小的DPA有机单晶，并且利用偏光显微镜、选区电子衍射、X射线衍射等表征手段证明了其单晶属性。
他们进一步采用横向自组装（Lateral self-assembly）方法制备了大面积相互交叠的MXene片层作为源电极。并且借助热释放胶带将DPA单晶转移到MXene电极的表面，进一步构筑垂直晶体管。经测试，该器件可以在极低的操作电压-1 mV下稳定工作，并且表现出典型的P型转移特性。当
V
GS小于0时，半导体的能带向上弯曲，空穴可以从MXene源电极转移到DPA的HOMO能级，并且流向金做的漏电极，造成了空穴的流通，器件成开态，当
V
GS大于0时，半导体的能带向下弯曲，空穴不能从MXene电极流向半导体层，因此器件成关态。对30个不同批次器件的开态电流和开关比进行统计，他们得出结论，器件在
V
DS = -1 mV的情况下，最高开态电流可以达到16.6 mA/cm
2,最高开关比高达9.12 × 10
5。
图2 基于MXene和DPA有机单晶的垂直晶体管的构筑和基本性能表征
进一步地，他们测试了该器件分别在暗态条件下和光照条件下的电突触响应，以405nm光源为例，他们分别测试了栅脉冲为-10 V，-20 V，-30 V和-60 V时的器件表现，他们发现在暗态下，突触后电流随着脉冲数量的增加而减少，这种衰减是非常快的。然而在加光的条件下，器件表现出更高的初始电流，并且衰减速度明显减慢。他们继续对突触后电流的尖峰进行统计，并进行模拟，得到光照前后的两个幂指数，观察发现光照后的系数变大，指数的绝对值变小，证明了光照确实使得初始电流变大，并且衰减变慢。当栅电压脉冲为正时，情况又发生了变化，在暗态下，正的栅脉冲不会引起突触后电流的变化，但是在光照条件下施加电脉冲，可以获取峰值呈逐渐增大的趋势的突触后电流。为了评估该器件的实际应用性，他们测试了在单个脉冲下，该器件的最低功耗值，发现最低在
V
DS为-10 uV时仍然有突触响应，脉冲的宽度为0.1 ms，突触后电流为8.7 nA，计算得到在单个脉冲的情况下，最少消耗8.7 aJ的能量，远远低于生物突触的单脉冲耗能（1-10 fJ）。
最后，结合光照改变突触后电流的初始值和衰减速度的现象，他们提出了多级解码模式的实际应用场景：普通操作人员的解码规则是施加连续的电脉冲，但是这里存在一条隐秘规则，就是专业人员可以配合持续的光照，获取更为可靠的信号。基于这条规则，文中给出了三个范例：1. 首先是利用-10 V的栅压脉冲，将有效电流值设定为0.02 mA/cm
2，普通操作人员可以获取到微弱的T信号，但是这种信号是转瞬即逝的，在0.64s的短暂时间内就降到了有效电流值以下；然而对于专业人员来说，一开始获取的信号就要强烈得多，并且这种信号不易消失，在1800s后仍然可以看到T信号，有利于专业人员对信号的记忆和进一步传递；2. 将有效电流值提高，这样普通人员无法获取信号，而专业人员可以接收到90s内逐渐减弱的信号；3. 基于栅脉冲是正的情况，有效电流值设定的非常低，但是因为正脉冲无法引起突触后电流，所以普通人员无论如何都无法获取T信号，然而专业人员借助光照，不仅可以获取信号，这种信号还是不断变强的，并不会随着时间的流逝而消失。本文中仅展示了三种典型的解码模式，但是只要配合不同的光照波长、强度、有效电流设定值、栅脉冲，就可以实现多种多样的解码模式，适应不同的需求。他们将专业人员可以看到信号的有效时间视为主要信号，而普通人员能看到信号的有效时间视为噪声，统计了一下在不同的栅压脉冲和不同有效电流值下的信噪比，最终得出最高信噪比可达114.15分贝。
总之，该研究报道了一种基于DPA单晶和MXene的高性能超低功耗有机垂直晶体管。采用简单的面外微间距升华策略制备了大面积DPA单晶，在热释放胶带的辅助下可有效、紧密地转移到横向自组装的MXene薄片表面。由此制备的有机垂直晶体管具有高达16.6 mA/cm
2的电流密度和高达9.12 × 10
5的开关比。此外，该晶体管对光照尤其是405 nm波长的光照反应敏感，并能执行典型的电突触功能，每脉冲仅消耗8.7 aJ的超低功耗，他们的工作为制备高性能低功耗的有机垂直晶体管提供了一种可行的方法，为有机垂直晶体管的神经形态计算应用奠定了基础。
