Flexible ionic-gel synapse devices and their applications in neuromorphic system

Abstract

Biological neural systems, composed of neurons and synaptic networks, exhibit exceptional capabilities in signal transmission, processing, and integration. Inspired by the mechanisms of these systems, researchers have been dedicated to developing artificial neural systems based on flexible synaptic devices that effectively mimic the functions of biological synapses, providing hardware support for the advancement of artificial intelligence. In recent years, ionic gels, known for their high ionic conductivity and intuitive synaptic mimicry, have been utilized in the development of ionic-gel synapses (IGSs). They are considered ideal materials for the next wearable generation of neuromorphic systems. This review introduces IGS devices and summarizes the recent progress in flexible IGS-based neuromorphic systems. Additionally, key challenges and future development prospects related to flexible IGSs are outlined, and potential suggestions are provided.

Keywords

bionic sensing / flexible electronics / ionic-gel synapses / neuromorphic systems / synaptic plasticity

References

[1] J. Yang, R. Wang, Y. Ren, J. Mao, Z. Wang, Y. Zhou, S. Han, Adv. Mater. 2020, 32, 2003610.

[2] C. Teufel, P. Fletcher, Nat. Rev. Neurosci. 2020, 21, 231.

[3] J. Sun, Y. Fu, Q. Wan, J. Phys. D. Appl. Phys. 2018, 51, 314004.

[4] R. A. Martins, E. Carlos, J. Deuermeier, M. E. Pereira, R. Martins, E. Fortunato, A. Kiazadeh, J. Mater. Chem. C 2022, 10, 1991.

[5] Y. H. Jung, B. Park, J. U. Kim, T. Kim, Adv. Mater. 2018, 31, 1803637.

[6] X. Yang, J. Yu, J. Zhao, Y. Chen, G. Gao, Y. Wang, Q. Sun, Z. L. Wang, Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2002506.

[7] N. Raeis-Hosseini, Y. Park, J. S. Lee, Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1800553.

[8] B. Sun, T. Guo, G. Zhou, S. Ranjan, Y. Jiao, L. Wei, Y. N. Zhou, Y. A. Wu, Mater. Today Phys. 2021, 18, 100393.

[9] H. Wang, M. Yang, Q. Tang, X. Zhao, Y. Tong, Y. Liu, Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1901107.

[10] D. V. Christensen, R. Dittmann, B. Linares-Barranco, A. Sebastian, M. Le Gallo, A. Redaelli, S. Slesazeck, T. Mikolajick, S. Spiga, S. Menzel, I. Valov, G. Milano, C. Ricciardi, S.-J. Liang, F. Miao, M. Lanza, T. J. Quill, S. T. Keene, A. Salleo, J. Grollier, D. Marković, A. Mizrahi, P. Yao, J. J. Yang, G. Indiveri, J. P. Strachan, S. Datta, E. Vianello, A. Valentian, J. Feldmann, X. Li, W. H. P. Pernice, H. Bhaskaran, S. Furber, E. Neftci, F. Scherr, W. Maass, S. Ramaswamy, J. Tapson, P. Panda, Y. Kim, G. Tanaka, S. Thorpe, C. Bartolozzi, T. A. Cleland, C. Posch, S. Liu, G. Panuccio, M. Mahmud, A. N. Mazumder, M. Hosseini, T. Mohsenin, E. Donati, S. Tolu, R. Galeazzi, M. E. Christensen, S. Holm, D. Ielmini, N. Pryds, Neuromorph. Comput. Eng. 2022, 2, 022501.

[11] S. Dai, Y. Zhao, Y. Wang, J. Zhang, L. Fang, S. Jin, Y. Shao, J. Huang, Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1903700.

[12] C. Yan, W. Li, Z. Liu, S. Zheng, Y. Hu, Y. Zhou, J. Guo, X. Ou, Q. Li, J. Yu, L. Li, M. Yang, Q. Liu, F. Yan, Adv. Funct. Mater. 2023, 34, 2314408.

[13] N. Kim, G. T. Go, H. L. Park, Y. Ahn, J. Kim, Y. Lee, D. G. Seo, W. Lee, Y.-H. Kim, H. Yang, T. W. Lee, Adv. Intell. Syst. 2023, 5, 2300016.

[14] D. Marković, A. Mizrahi, D. Querlioz, J. Grollier, Nat. Rev. Phys. 2020, 2, 499.

[15] G.-T. Go, Y. Lee, D.-G. Seo, M. Pei, W. Lee, H. Yang, T.-W. Lee, Adv. Intell. Syst. 2020, 2, 2000012.

[16] Y. Sun, J. Li, S. Li, Y. Jiang, E. Wan, J. Zhang, Y. Shi, L. Pan, Chip 2023, 2, 100031.

[17] J. T. Yang, C. Ge, J. Y. Du, H. Y. Huang, M. He, C. Wang, H. B. Lu, G. Z. Yang, K. J. Jin, Adv. Mater. 2018, 30, 1801548.

[18] Y. Lee, H. L. Park, Y. Kim, T. W. Lee, Joule 2021, 5, 794.

[19] S. Wang, D. W. Zhang, P. Zhou, Sci. Bull. 2019, 64, 1056.

[20] P. Yao, H. Wu, B. Gao, S. B. Eryilmaz, X. Huang, W. Zhang, Q. Zhang, N. Deng, L. Shi, H. S. P. Wong, H. Qian, Nat. Commun. 2017, 8, 15199.

[21] H. Abbas, Y. Abbas, G. Hassan, A. S. Sokolov, Y.-R. Jeon, B. Ku, C. J. Kang, C. Choi, Nanoscale 2020, 12, 14120.

[22] S. Mitra, S. Mahapatra, npj 2D Mater. Appl. 2024, 8, 26.

[23] C. Tsioustas, P. Bousoulas, G. Kleitsiotis, S. D. Mantas, D. Tsoukalas, Appl. Phys. Lett. 2024, 125, 023508.

[24] S. Boyn, J. Grollier, G. Lecerf, B. Xu, N. Locatelli, S. Fusil, S. Girod, C. Carrétéro, K. Garcia, S. Xavier, J. Tomas, L. Bellaiche, M. Bibes, A. Barthélémy, S. Saïghi, V. Garcia, Nat. Commun. 2017, 8, 14736.

[25] L. Yang, M. Singh, S. W. Shen, K. Y. Chih, S. W. Liu, C. I. Wu, C. W. Chu, H. W. Lin, Adv. Funct. Mater. 2020, 31, 2008259.

[26] L. Hu, J. Yang, J. Wang, P. Cheng, L. O. Chua, F. Zhuge, Adv. Funct. Mater. 2020, 31, 2005582.

[27] L. Hu, J. Shao, J. Wang, P. Cheng, L. Zhang, Y. Chai, Z. Ye, F. Zhuge, Appl. Phys. Rev. 2024, 11, 011411.

[28] S. J. Kim, J. S. Jeong, H. W. Jang, H. Yi, H. Yang, H. Ju, J. A. Lim, Adv. Mater. 2021, 33, 2100475.

[29] S. Oh, J. H. Lee, S. Seo, H. Choo, D. Lee, J. I. Cho, J. H. Park, Adv. Sci. 2021, 9, 2103808.

[30] F. Torricelli, D. Z. Adrahtas, Z. Bao, M. Berggren, F. Biscarini, A. Bonfiglio, C. A. Bortolotti, C. D. Frisbie, E. Macchia, G. G. Malliaras, I. McCulloch, M. Moser, T.-Q. Nguyen, R. M. Owens, A. Salleo, A. Spanu, L. Torsi, Nat. Rev. Methods Primers 2021, 1, 66.

[31] E. Li, X. Wu, Q. Chen, S. Wu, L. He, R. Yu, Y. Hu, H. Chen, T. Guo, Nano Energy 2021, 85, 106010.

[32] S. Ham, M. Kang, S. Jang, J. Jang, S. Choi, T.-W. Kim, G. Wang, Sci. Adv. 2020, 6, eaba1178.

[33] M. Yan, Q. Zhu, S. Wang, Y. Ren, G. Feng, L. Liu, H. Peng, Y. He, J. Wang, P. Zhou, X. Meng, X. Tang, J. Chu, B. Dkhil, B. Tian, C. Duan, Adv. Electron. Mater. 2021, 7, 2001276.

[34] H. Cho, D. Lee, K. Ko, D. Y. Lin, H. Lee, S. Park, B. Park, B. C. Jang, D.-H. Lim, J. Suh, ACS Nano 2023, 17, 7384.

[35] T. Y. Wang, J. L. Meng, Z. Y. He, L. Chen, H. Zhu, Q. Q. Sun, S. J. Ding, Z. Peng, D. W. Zhang, Adv. Sci. 2020, 7, 2070041.

[36] J. Zhu, Z. Wang, D. Liu, Q. Liu, W. Wang, X. Wang, M. Zhang, Adv. Funct. Mater. 2024, 2403842.

[37] S. W. Cho, S. M. Kwon, Y.-H. Kim, S. K. Park, Adv. Intell. Syst. 2021, 3, 2000162.

[38] M. M. Islam, D. Dev, A. Krishnaprasad, L. Tetard, T. Roy, Sci. Rep. 2020, 10, 21870.

[39] Y. Sun, Y. Ding, D. Xie, J. Xu, M. Sun, P. Yang, Y. Zhang, Adv. Optical Mater. 2021, 9, 2002232.

[40] M. T. Sharbati, Y. Du, J. Torres, N. D. Ardolino, M. Yun, F. Xiong, Adv. Mater. 2018, 30, 1802353.

[41] Y. Wang, Y. Zhu, Y. Li, Y. Zhang, D. Yang, X. Pi, Adv. Funct. Mater. 2021, 32, 2107973.

[42] H. H. Chouhdry, D. H. Lee, A. Bag, N.-E. Lee, Nat. Commun. 2023, 14, 821.

[43] D. Feng, Z. Niu, J. Yang, W. Xu, S. Liu, X. Mao, X. Li, Nano Energy 2021, 90, 106526.

[44] F. Zhang, C. Li, Z. Li, L. Dong, J. Zhao, Microsyst. Nanoeng 2023, 9, 16.

[45] S. Jiang, S. Nie, Y. He, R. Liu, C. Chen, Q. Wan, Mater. Today Nano 2019, 8, 100059.

[46] Y. B. Leng, Y. Q. Zhang, Z. Lv, J. Wang, T. Xie, S. Zhu, J. Qin, R. Xu, Y. Zhou, S. T. Han, Adv. Electron. Mater. 2023, 9, 2300108.

[47] X. Li, B. Yu, B. Wang, L. Bao, B. Zhang, H. Li, Z. Yu, T. Zhang, Y. Yang, R. Huang, Y. Wu, M. Li, Nanoscale 2020, 12, 16348.

[48] L. Kong, J. Sun, C. Qian, C. Wang, J. Yang, Y. Gao, Org. Electron. 2017, 44, 25.

[49] L. Xiang, L. Liu, F. Zhang, C. a. Di, D. Zhu, Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2102149.

[50] L. Chen, C. Gong, G. Zhang, C. Han, X. Li, W. Liu, In EDSSC, Graphene Synaptic Transistor Based on Ion-Gel Dielectric, 2019.

[51] S. Li, H. Lyu, Y. Zhou, H. Wang, J. Wu, X. Gao, J. Li, Q. Wan, D. Kong, Y. Shi, L. Pan, IEEE Electr. Device L. 2021, 42, 1224.

[52] H. Ling, D. A. Koutsouras, S. Kazemzadeh, Y. van de Burgt, F. Yan, P. Gkoupidenis, Appl. Phys. Rev. 2020, 7, 011307.

[53] H. Tian, C. Wang, Y. Chen, L. Zheng, H. Jing, L. Xu, X. Wang, Y. Liu, J. Hao, Sci. Adv. 2023, 9, eadd6950.

[54] D. Lee, S.-J. Lee, J. H. Kim, G. Kim, W.-G. Jung, J. Park, Y.-C. Kang, Y.-H. Kim, M. Song, H. S. Kim, J. W. Choi, Nano Today 2024, 55, 102184.

[55] X. Fan, S. Liu, Z. Jia, J. J. Koh, J. C. C. Yeo, C.-G. Wang, N. E. Surat'man, X. J. Loh, J. Le Bideau, C. He, Z. Li, T.-P. Loh, Chem. Soc. Rev. 2023, 52, 2497.

[56] Z. Luo, W. Li, J. Yan, J. Sun, Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2203988.

[57] L. Zhang, D. Jiang, T. Dong, R. Das, D. Pan, C. Sun, Z. Wu, Q. Zhang, C. Liu, Z. Guo, Chem. Rec. 2020, 20, 948.

[58] L. Wang, Z. Yi, Y. Zhao, Y. Liu, S. Wang, Chem. Soc. Rev. 2023, 52, 795.

[59] H. Xu, D. Shang, Q. Luo, J. An, Y. Li, S. Wu, Z. Yao, W. Zhang, X. Xu, C. Dou, H. Jiang, L. Pan, X. Zhang, M. Wang, Z. Wang, J. Tang, Q. Liu, M. Liu, Nat. Commun. 2023, 14, 6385.

[60] X. Luo, C. Chen, Z. He, M. Wang, K. Pan, X. Dong, Z. Li, B. Liu, Z. Zhang, Y. Wu, C. Ban, R. Chen, D. Zhang, K. Wang, Q. Wang, J. Li, G. Lu, J. Liu, Z. Liu, W. Huang, Nat. Commun. 2024, 15, 3086.

[61] S. Liu, X. He, J. Su, B. Cao, L. Rao, C. Li, X. Yang, X. Xin, Adv. Photonics Res. 2022, 3, 2200174.

[62] H. Shim, S. Jang, A. Thukral, S. Jeong, H. Jo, B. Kan, S. Patel, G. Wei, W. Lan, H.-J. Kim, C. Yu, PNAS 2022, 119, e2204852119.

[63] L. Liu, W. Xu, Y. Ni, Z. Xu, B. Cui, J. Liu, H. Wei, W. Xu, ACS Nano 2022, 16, 2282.

[64] Y. J. Park, Y. G. Ro, Y. E. Shin, C. Park, S. Na, Y. Chang, H. Ko, Adv. Sci. 2023, 10, 2304598.

[65] S. Qu, L. Sun, S. Zhang, J. Liu, Y. Li, J. Liu, W. Xu, Nat. Commun. 2023, 14, 7181.

[66] D. Wang, S. Zhao, R. Yin, L. Li, Z. Lou, G. Shen, npj Flex. Electron. 2021, 5, 13.

[67] X. Li, Y. Liu, J. Zhang, F. Wu, M. Hu, H. Yang, Adv. Intell. Syst. 2022, 4, 2200015.

[68] W. Zhan, H. Zhang, X. Lyu, Z.-Z. Luo, Y. Yu, Z. Zou, Sci. China Mater. 2023, 66, 1539.

[69] J. Zhu, X. Lu, W. Zhang, X. Liu, Macromol. Rapid Commun. 2020, 41, 2000098.

[70] C. Ma, J. Wei, Y. Zhang, X. Chen, C. Liu, S. Diao, Y. Gao, K. Matyjaszewski, H. Liu, Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2211771.

[71] Q. Xia, W. Li, X. Zou, S. Zheng, Z. Liu, L. Li, F. Yan, Mater. Horiz. 2022, 9, 2881.

[72] X. Jiang, X. Zhou, K. Ding, X. Li, B. Huang, W. Xu, Adv. Funct. Mater. 2024, 36, 2400936.

[73] M. Wang, J. Hu, M. D. Dickey, JACS Au 2022, 2, 2645.

[74] Y. Ren, J. Guo, Z. Liu, Z. Sun, Y. Wu, L. Liu, F. Yan, Sci. Adv. 2019, 5, eaax0648.

[75] Y. Ding, J. Zhang, L. Chang, X. Zhang, H. Liu, L. Jiang, Adv. Mater. 2017, 29, 1704253.

[76] J. Jeong, S. A. Singaraju, J. Aghassi-Hagmann, H. Hahn, B. Breitung, ChemElectroChem 2020, 7, 2735.

[77] Z. Cao, H. Liu, L. Jiang, Mater. Horiz 2020, 7, 912.

[78] W. Qian, J. Texter, F. Yan, Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 1124.

[79] R. Tamate, T. Ueki, A. M. Akimoto, R. Yoshida, T. Oyama, H. Kokubo, M. Watanabe, RSC Adv. 2018, 8, 3418.

[80] Y. Zhong, G. T. M. Nguyen, C. Plesse, F. Vidal, E. W. H. Jager, J. Mater. Chem. C 2019, 7, 256.

[81] H. Wang, Z. Wang, J. Yang, C. Xu, Q. Zhang, Z. Peng, Macromol. Rapid Commun. 2018, 39, 1800246.

[82] W. Qiu, G. Chen, H. Zhu, Q. Zhang, S. Zhu, Chem. Eng. J. 2022, 434, 134752.

[83] P. Shi, Y. Wang, W. W. Tjiu, C. Zhang, T. Liu, ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 49358.

[84] R. Tamate, K. Hashimoto, X. Li, M. Shibayama, M. Watanabe, Polymer 2019, 178, 121694.

[85] M. Wang, P. Zhang, M. Shamsi, J. L. Thelen, W. Qian, V. K. Truong, J. Ma, J. Hu, M. D. Dickey, Nat. Mater. 2022, 21, 359.

[86] Z. Yu, P. Wu, Adv. Funct. Mater. 2021, 31.

[87] K. Liu, J. Lv, G. Fan, B. Wang, Z. Mao, X. Sui, X. Feng, Adv. Funct. Mater. 2021, 32, 2107105.

[88] S. Y. Jeong, J. W. Moon, S. Lee, Z. Wu, S. H. Park, J. H. Cho, H. Y. Woo, Adv. Electron. Mater. 2023, 9, 2300053.

[89] K. H. Seol, S. J. Lee, K. G. Cho, K. Hong, K. H. Lee, J. Mater. Chem. C. 2018, 6, 10987.

[90] O. R. Luca, J. L. Gustafson, S. M. Maddox, A. Q. Fenwick, D. C. Smith, Org. Chem. Front. 2015, 2, 823.

[91] H. Shim, K. Sim, F. Ershad, P. Yang, A. Thukral, Z. Rao, H.-J. Kim, Y. Liu, X. Wang, G. Gu, L. Gao, X. Wang, Y. Chai, C. Yu, Sci. Adv. 2019, 5, eaax4961.

[92] X. Lin, Y. Li, Y. Lei, Q. Sun, Int. J. Smart Nano Mat. 2024, 15, 238.

[93] S. H. Kim, K. Hong, W. Xie, K. H. Lee, S. Zhang, T. P. Lodge, C. D. Frisbie, Adv Mater 2013, 25, 1822.

[94] J. Jiang, W. Hu, D. Xie, J. Yang, J. He, Y. Gao, Q. Wan, Nanoscale 2019, 11, 1360.

[95] Y. Chen, G. Gao, J. Zhao, H. Zhang, J. Yu, X. Yang, Q. Zhang, W. Zhang, S. Xu, J. Sun, Y. Meng, Q. Sun, Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1900959.

[96] J. Yu, G. Gao, J. Huang, X. Yang, J. Han, H. Zhang, Y. Chen, C. Zhao, Q. Sun, Z. L. Wang, Nat Commun 2021, 12, 1581.

[97] H. Dinh Xuan, B. Timothy, H. Y. Park, T. N. Lam, D. Kim, Y. Go, J. Kim, Y. Lee, S. I. Ahn, S. H. Jin, J. Yoon, Adv. Mater. 2021, 33, 2008849.

[98] M. Huang, M. Schwacke, M. Onen, J. del Alamo, J. Li, B. Yildiz, Adv. Mater. 2023, 35, 2205169.

[99] H. Q. Huynh, T. Q. Trung, A. Bag, T. D. Do, M. J. Sultan, M. Kim, N. E. Lee, Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2303535.

[100] J. Wu, Chem. Rev. 2022, 122, 10821.

[101] R. Bhunia, E. K. Boahen, D. J. Kim, H. Oh, Z. Kong, D. H. Kim, J. Mater. Chem. C 2023, 11, 7485.

[102] X. Wang, Y. Yan, E. Li, Y. Liu, D. Lai, Z. Lin, Y. Liu, H. Chen, T. Guo, Nano Energy 2020, 75, 104952.

[103] N. Liu, R. Chen, Q. Wan, Sensors 2019, 19, 3425.

[104] K. He, C. Wang, Y. He, J. Su, X. Chen, Chem. Rev. 2023, 123, 13796.

[105] D. A. Bernards, G. G. Malliaras, Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 3538.

[106] M. J. Sung, D. G. Seo, J. Kim, H. E. Baek, G. T. Go, S. J. Woo, K. N. Kim, H. Yang, Y. H. Kim, T. W. Lee, Adv. Funct. Mater. 2023, 34, 2312546.

[107] R. S. Zucker, W. G. Regehr, Annu. Rev. Physiol. 2002, 64, 355.

[108] G. Lee, J. H. Baek, F. Ren, S. J. Pearton, G. H. Lee, J. Kim, Small 2021, 17, e2100640.

[109] L. F. Abbott, W. G. Regehr, Nature 2004, 431, 796.

[110] X. Ji, B. D. Paulsen, G. K. K. Chik, R. Wu, Y. Yin, P. K. L. Chan, J. Rivnay, Nat. Commun. 2021, 12, 2480.

[111] T. Ohno, T. Hasegawa, T. Tsuruoka, K. Terabe, J. K. Gimzewski, M. Aono, Nat. Mater. 2011, 10, 591.

[112] P. Chen, J. Liu, H. Zhang, B. Chu, in IEEE T. Dielect. El, Vol. 26 2019, pp. 1716–1719.

[113] W. Jeon, J. Mater. Res. 2019, 35, 775.

[114] L. Shao, X. Xu, Y. Liu, Y. Zhao, ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 35272.

[115] Y. Ni, L. Yang, J. Feng, J. Liu, L. Sun, W. Xu, SmartMat 2022, 4, e1154.

[116] Y. Peng, L. Gao, C. Liu, J. Deng, M. Xie, L. Bai, G. Wang, Y. Cheng, W. Huang, J. Yu, Nano Res. 2023, 16, 10206.

[117] R. Lamprecht, J. LeDoux, Nat. Rev. Neuroscl. 2004, 5, 45.

[118] F. Mariani, F. Decataldo, F. Bonafe, M. Tessarolo, T. Cramer, I. Gualandi, B. Fraboni, E. Scavetta, ACS Appl. Mat. Inter., https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/37966461 Accessed May, 2024.

[119] B. Jeong, P. Gkoupidenis, K. Asadi, Adv. Mater. 2021, 33, e2104034.

[120] S. Fusi, Neurocomputing 2001, 38, 1223.

[121] Y. Jeong, H. Y. Cho, M. Kim, J. P. Oh, M. S. Kang, M. Yoo, H. S. Lee, J. H. Han, Nat. Commun. 2021, 12, 3915.

[122] M. Galarreta, S. Hestrin, Nat. Neurosci. 1998, 1, 587.

[123] J. Gong, H. Yu, X. Zhou, H. Wei, M. Ma, H. Han, S. Zhang, Y. Ni, Y. Li, W. Xu, Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2005413.

[124] D. Kim, J. S. Lee, W. Choi, S. Yun, E. Lee, W. Yoon, Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2200497.

[125] Y. Ni, M. Ma, H. Wei, J. Gong, H. Han, L. Liu, Z. Xu, W. Xu, Nano Energy 2021, 86, 106038.

[126] J. Zeng, J. Zhao, T. Bu, G. Liu, Y. Qi, H. Zhou, S. Dong, C. Zhang, Nano-Micro Lett. 2022, 15, 18.

[127] Y. Andrade-Talavera, A. Fisahn, A. Rodríguez-Moreno, Mol. Psychiatr. 2023, 28, 2177.

[128] N. Caporale, Y. Dan, Annu. Rev. Neurosci. 2008, 31, 25.

[129] F. Alibart, S. Pleutin, O. Bichler, C. Gamrat, T. Serrano-Gotarredona, B. Linares-Barranco, D. Vuillaume, Adv. Funct. Mater. 2011, 22, 609.

[130] Y. Yang, J. Wen, L. Guo, X. Wan, P. Du, P. Feng, Y. Shi, Q. Wan, ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 30281.

[131] X. Liao, W. Song, X. Zhang, H. Jin, S. Liu, Y. Wang, A. V. Y. Thean, Y. Zheng, Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2101107.

[132] C. B. Zachary Ballard, Asad M. Madni, Aydogan Ozcan, Nat. Mach. Intell. 2021, 3, 556.

[133] X. Zhang, Y. Zhuo, Q. Luo, Z. Wu, R. Midya, Z. Wang, W. Song, R. Wang, N. K. Upadhyay, Y. Fang, F. Kiani, M. Rao, Y. Yang, Q. Xia, Q. Liu, M. Liu, J. J. Yang, Nat. Commun. 2020, 11, 51.

[134] F. Molina-Lopez, T. Z. Gao, U. Kraft, C. Zhu, T. Öhlund, R. Pfattner, V. R. Feig, Y. Kim, S. Wang, Y. Yun, Z. Bao, Nat. Commun. 2019, 10, 2676.

[135] Y. Lee, J. Y. Oh, W. Xu, O. Kim, T. R. Kim, J. Kang, Y. Kim, D. Son, J. B.-H. Tok, M. J. Park, Z. Bao, T.-W. Lee, Sci. Adv. 2018, 4, eaat7387.

[136] Y. Xu, Y. Shi, C. Qian, P. Xie, C. Jin, X. Shi, G. Zhang, W. Liu, C. Wan, J. C. Ho, J. Sun, J. Yang, Nano Lett. 2023, 23, 5264.

[137] Y. Kim, A. Chortos, W. Xu, Y. Liu, J. Y. Oh, D. Son, J. Kang, A. M. Foudeh, C. Zhu, Y. Lee, S. Niu, J. Liu, R. Pfattner, Z. Bao, T.-W. Lee, Science 2018, 360, 998.

[138] S. Oh, J.-I. Cho, B. H. Lee, S. Seo, J.-H. Lee, H. Choo, K. Heo, S. Y. Lee, J.-H. Park, Sci. Adv. 2021, 7, eabg9450.

[139] J. Yoon, J. Kim, H. Jung, J.-I. Cho, J.-H. Park, M. Shin, I. S. Kim, J. Kang, D. Son, Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2024, 29, 101142.

[140] H. Shim, S. Jang, J. G. Jang, Z. Rao, J.-I. Hong, K. Sim, C. Yu, Nano Res. 2021, 15, 758.

[141] T. Xie, Q. Wang, M. Li, Y. Fang, G. Li, S. Shao, W. Yu, S. Wang, W. Gu, C. Zhao, M. Tang, J. Zhao, Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2303970.

[142] S. Wang, X. Chen, C. Zhao, Y. Kong, B. Lin, Y. Wu, Z. Bi, Z. Xuan, T. Li, Y. Li, W. Zhang, E. Ma, Z. Wang, W. Ma, Nat. Electron. 2023, 6, 281.

[143] Q. Li, T. Wang, Y. Fang, X. Hu, C. Tang, X. Wu, H. Zhu, L. Ji, Q. Q. Sun, D. W. Zhang, L. Chen, Nano Lett. 2022, 22, 6435.

[144] G. Liu, Q. Li, W. Shi, Y. Liu, K. Liu, X. Yang, M. Shao, A. Guo, X. Huang, F. Zhang, Z. Zhao, Y. Guo, Y. Liu, Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2200959.

[145] N. Gao, C. Pan, SmartMat 2023, 5, e1215.

[146] H. Guo, J. Guo, Y. Wang, H. Wang, S. Cheng, Z. Wang, Q. Miao, X. Xu, ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, 16, 20843.

[147] Q. Li, T. Wang, X. Hu, X. Wu, H. Zhu, L. Ji, Q. Sun, D. W. Zhang, L. Chen, IEEE Electr. Device L. 2022, 43, 1089.

[148] J. Kim, S. Song, J. M. Lee, S. Nam, J. Kim, D. K. Hwang, S. K. Park, Y. H. Kim, Small 2023, 19, 2301186.

[149] K. Liang, R. Wang, B. Huo, H. Ren, D. Li, Y. Wang, Y. Tang, Y. Chen, C. Song, F. Li, B. Ji, H. Wang, B. Zhu, ACS Nano 2022, 16, 8651.

[150] Z. Guo, J. Zhang, X. Liu, L. Wang, L. Xiong, J. Huang, L. Tian, G. Zu, Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2305508.

[151] Q. Liu, L. Yin, C. Zhao, J. Wang, Z. Wu, H. Lei, Y. Liu, B. Tian, Z. Zhang, Z. Zhao, R. Liu, C. Ding, Y. Han, C.-Q. Ma, P. Song, I. Z. Mitrovic, E. G. Lim, Z. Wen, Nano Energy 2022, 102, 107686.

[152] Z. Ni, L. Liu, S. Zhao, Y. Xu, X. Pi, D. Yang, In IEDM, Hybrid Structure of Silicon Nanocrystals and 2D WSe₂ for Broadband Optoelectronic Synaptic Devices, 2018.

[153] X. Wang, X. Zhou, A. Cui, M. Deng, X. Xu, L. Xu, Y. Ye, K. Jiang, L. Shang, L. Zhu, J. Zhang, Y. Li, Z. Hu, J. Chu, Mater. Horiz. 2021, 8, 1985.

[154] R. Jana, S. Ghosh, R. Bhunia, A. Chowdhury, J. Mater. Chem. C 2024, 12, 5299.

[155] C. M. Yang, T. C. Chen, D. Verma, L. J. Li, B. Liu, W. H. Chang, C. S. Lai, Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2001598.

[156] Q. Zhang, T. Jin, X. Ye, D. Geng, W. Chen, W. Hu, Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2106151.

[157] S. Zhang, K. H. Lee, C. D. Frisbie, T. P. Lodge, Macromolecules 2011, 44, 940.

[158] H. Wei, Y. Ni, L. Sun, H. Yu, J. Gong, Y. Du, M. Ma, H. Han, W. Xu, Nano Energy 2021, 81, 105648.

[159] B. Nketia-Yawson, H. Ahn, J. W. Jo, Adv. Funct. Mater. 2021, 32, 2108215.

[160] T. Lan, Z. Gao, M. S. Barbosa, C. Santato, Journal of Electronic Materials 2020, 49, 5302.

[161] Y. Ren, M. Li, X. Li, Y. Geng, X. Wang, J. Zhao, Journal of Materials Chemistry C 2021, 9, 2133.

[162] V. Amoli, S. Y. Kim, J. S. Kim, H. Choi, J. Koo, D. H. Kim, J. Mater. Chem. C 2019, 7, 14816.

[163] D. Sengupta, M. Mastella, E. Chicca, A. G. P. Kottapalli, ACS Appl. Electron. Mater. 2022, 4, 308.

[164] C. Jiang, J. Liu, L. Yang, J. Gong, H. Wei, W. Xu, Adv. Sci. 2022, 9, 2106124.

[165] J. K. Han, I. W. Tcho, S. B. Jeon, J. M. Yu, W. G. Kim, Y. K. Choi, Adv. Sci. 2022, 9, 2105076.

[166] M. U. Khan, Y. Abbas, M. d. Rezeq, A. Alazzam, B. Mohammad, Adv. Funct. Mater. 2023, 34, 2305869.

[167] X. Lin, Z. Feng, Y. Xiong, W. Sun, W. Yao, Y. Wei, Z. L. Wang, Q. Sun, Int. J. Extrem. Manuf. 2024, 6, 032011.

[168] A. R. Moore, J. Gen. Physiol. 1923, 5, 327.

[169] C. Wan, P. Cai, X. Guo, M. Wang, N. Matsuhisa, L. Yang, Z. Lv, Y. Luo, X. J. Loh, X. Chen, Nat. Commun. 2020, 11, 4602.

[170] G. Chen, X. Yu, C. Gao, Y. Dai, Y. Hao, R. Yu, H. Chen, T. Guo, Nano Res. 2023, 16, 7661.

[171] B. Rostamian, M. Koolani, P. Abdollahzade, M. Lankarany, E. Falotico, M. Amiri, N. V. Thakor, Sci. Rep. 2022, 12, 21690.

[172] N. Duan, Y. Li, H.-C. Chiang, S.-P. Huang, K.-S. Yin, J. Chen, C.-I. Yang, T.-C. Chang, X.-S. Miao, ACS Appl. Electron. Mater. 2018, 1, 132.

[173] M. J. Han, V. V. Tsukruk, ACS Nano 2023, 17, 18883.

[174] S. Xiao, J. Nie, R. Tan, X. Duan, J. Ma, Q. Li, T. Wang, Mater. Chem. Front. 2019, 3, 484.

[175] Z. Liu, Y. Zhao, Z. Yin, The Innovation 2024, 5, 100616.

RIGHTS & PERMISSIONS

2024 The Author(s). FlexMat published by John Wiley & Sons Australia, Ltd on behalf of Nanjing University of Posts & Telecommunications.