Polarization-sensitive photodetection in a broad spectrum range is highly desired due to the great significance in military and civilian applications. Palladium diselenide (PdSe2), a newly explored air-stable, group 10 two-dimensional (2D) noble metal dichalcogenide with a puckered pentagonal structure, holds promise for polarization-sensitive photodetection. Herein, we report a highly polarization-sensitive, broadband, self-powered photodetector based on graphene/PdSe2/germanium heterojunction. Owing to the enhanced light absorption of the mixed-dimensional van der Waals heterojunction and the effective carrier collection with graphene transparent electrode, the photodetector exhibits superior device performance in terms of a large photoresponsivity, a high specific detectivity, a fast response speed to follow nanosecond pulsed light signal, and a broadband photosensitivity ranging from deep ultraviolet (DUV) to mid-infrared (MIR). Significantly, highly polarization-sensitive broadband photodetection with an ultrahigh polarization sensitivity of 112.2 is achieved, which represents the best result for 2D layered material-based photodetectors. Further, we demonstrated the high-resolution polarization imaging based on the heterojunction device. This work reveals the great potential of 2D PdSe2 for high-performance, air-stable, and polarization-sensitive broadband photodetectors.

Recently, a pressing requirement of solid-state lighting sources with high performance and low cost has motivated increasing research in metal halide perovskites. However, the relatively low emission efficiency and poor operation stability of perovskite light-emitting diodes (LEDs) are still critical drawbacks. In this study, a strategy of solution-processed all-inorganic heterostructure was proposed to overcome the emission efficiency and operation stability issues facing the challenges of perovskite LEDs. Solution-processed n-ZnO nanoparticles and p-NiO are used as the carrier injectors to fabricate all-inorganic heterostructured CsPbBr3 quantum dot LEDs, and a high-efficiency green emission is achieved with maximum luminance of 6093.2 cd/m2, external quantum efficiency of 3.79%, and current efficiency of 7.96 cd/A. More importantly, the studied perovskite LEDs possess a good operation stability after a long test time in air ambient. Typically, the devices can endure a high humidity (75%, 12 h) and a high working temperature (393 K, three heating/cooling cycles) even without encapsulation, and the operation stability is better than any previous reports. It is anticipated that this work will provide an effective strategy for the fabrication of high-performance perovskite LEDs with good stability under ambient and harsh conditions, making practical applications of such LEDs a real possibility.

Broadband photodetectors are of great importance for numerous optoelectronic applications. Two-dimensional (2D) tungsten disulfide (WS2), an important family member of transition-metal dichalcogenides (TMDs), has shown great potential for high-sensitivity photodetection due to its extraordinary properties. However, the inherent large bandgap of WS2 and the strong interface recombination impede the actualization of high-sensitivity broadband photodetectors. Here, we demonstrate the fabrication of an ultrabroadband WS2/Ge heterojunction photodetector through defect engineering and interface passivation. Thanks to the narrowed bandgap of WS2 induced by the vacancy defects, the effective surface modification with an ultrathin AlOx layer, and the well-designed vertical n–n heterojunction structure, the WS2/AlOx/Ge photodetector exhibits an excellent device performance in terms of a high responsivity of 634.5 mA/W, a large specific detectivity up to 4.3 × 1011 Jones, and an ultrafast response speed. Significantly, the device possesses an ultrawide spectral response spanning from deep ultraviolet (200 nm) to mid-wave infrared (MWIR) of 4.6 μm, along with a superior MWIR imaging capability at room temperature. The detection range has surpassed the WS2-based photodetectors in previous reports and is among the broadest for TMD-based photodetectors. Our work provides a strategy for the fabrication of high-performance ultrabroadband photodetectors based on 2D TMD materials.

Chalcogenide perovskites are a family of compounds related to perovskite structures or compositions, which have witnessed rapid advances in recent years. They possess favorable properties such as high stability, low toxicity, direct band gaps, good carrier transport abilities, strong light absorption, and potential luminescent properties, making them stand out in emerging applications, such as photovoltaics, photodetectors, light-emitting devices, and photocatalysts, among others. In this review, we aim to provide a comprehensive overview of the properties, synthesis, and applications of chalcogenide perovskites. First, we first survey the reported material structures/compositions and current understanding of their structural/optical/electrical properties, mechanics, magnetics, and stabilities. Furthermore, we discuss the synthesis strategies of these materials covering various material types such as powders, pellets, thin films, nanocrystals, and single crystals, with a focus on their potential applications, including photovoltaics, photodetectors, and other devices. Finally, we outline a brief conclusion and some prospects for the further research of chalcogenide perovskites, thus promoting more studies and developments in this field. This review can provide new insights into the fundamental properties and potential applications of chalcogenide perovskites, and thereby facilitating their further studies and developments.

Lead-halide perovskite nanocrystals (NCs) are promising for fabricating deep-blue (<460 nm) light-emitting diodes (LEDs), but their development is plagued by low electroluminescent performance and lead toxicity. Herein, the synthesis of 12 kinds of highly luminescent and eco-friendly deep-blue europium (Eu2+)-doped alkali-metal halides (AX:Eu2+; A = Na+, K+, Rb+, Cs+; X = Cl–, Br–, I–) NCs is reported. Through adjustment of the coordination environment, efficient deep-blue emission from Eu-5d → Eu-4f transitions is realized. The representative CsBr:Eu2+ NCs exhibit a high photoluminescence quantum yield of 91.1% at 441 nm with a color coordinate at (0.158, 0.023) matching with the Rec. 2020 blue specification. Electrically driven deep-blue LEDs from CsBr:Eu2+ NCs are demonstrated, achieving a record external quantum efficiency of 3.15% and half-lifetime of ∼1 h, surpassing the reported metal-halide deep-blue NCs-based LEDs. Importantly, large-area LEDs with an emitting area of 12.25 cm2 are realized with uniform emission, representing a milestone toward commercial display applications.

Hydrogels are well-suited for biomedical applications due to their numerous advantages, such as excellent bioactivity, versatile physical and chemical properties, and effective drug delivery capabilities. Recently, hydrogel coatings have developed to functionalize bone implants which are biologically inert and cannot withstand the complex bone tissue repair microenvironment. These coatings have shown promise in addressing unique and pressing medical needs. This review begins with the major functionalized performance and interfacial bonding strategy of hydrogel coatings, with a focus on the novel external field response properties of the hydrogel. Recent advances in the fabrication strategies of hydrogel coatings and their use in the treatment of pathologic bone regeneration are highlighted. Finally, challenges and emerging trends in the evolution and application of physiological environment-responsive and external electric field-responsive hydrogel coatings for bone implants are discussed.

The brain generates cognition and behavior through firing changes of its neurons, yet, with enormous firing variability, the organizing principle underlying real-time neural code remains unclear. Here, we test the Neural Self-Information Theory that neural code is constructed via the self-information principle under which each inter-spike-interval (ISI) is inherently self-tagged with discrete information based on its relation to ISI variability-probability distribution - higher-probability ISIs, which reflect the balanced excitation-inhibition ground state, convey minimal information, whereas lower-probability ISIs, which signify statistical surprisals, carry more information. Moreover, temporally coordinated ISI surprisals across neural cliques intrinsically give rise to real-time cell-assembly neural code. As a result, this self-information-based neural coding is uniquely intrinsic to the neurons themselves, with no need for outside observers to set any reference point to manually mark external or internal inputs. Applying this neural self-information concept, we devised an unbiased general decoding strategy and successfully uncovered 15 distinct cell-assembly patterns from multiple cortical and hippocampal circuits associated with different sleep cycles, earthquake, elevator-drop, foot-shock experiences, navigation or various actions in five-choice visual-discrimination operant-conditioning tasks. Detailed analyses of all 15 cell assemblies revealed that ~20% of the skewed ISI distribution tails were responsible for the emergence of robust cell-assembly codes, conforming to the Pareto Principle. These findings support the notion that neural coding is organized via the self-information principle to generate real-time information across brain regions, cognitive modalities, and behaviors.

Spike-timing patterns - crucial for synaptic plasticity and neural computation - are often modeled as Poisson-like random processes, log-normal distribution or gamma-distribution patterns, each with different underlying assumptions that may or may not be biologically true. However, it is not entirely clear whether (and how well) these different models would or would not capture spike-timing statistical patterns across different neurons, regions, animal species and cognitive states. Here, we examine statistical patterns of spike-timing irregularity in 13 different cortical and subcortical regions from mouse, hamster, cat and monkey brains. In contrast to the widely-assumed Poisson or log-normal distribution patterns, we show that spike-timing patterns of various projection neurons - including cortical excitatory principal cells, hippocampal pyramidal cells, inhibitory striatal medium spiny neurons and dopaminergic neurons, as well as fast-spiking interneurons - all invariantly conform to the gamma-distribution model. While higher regularity in spike-timing patterns are observed in a few cases, such as mouse DA neurons and monkey motor cortical neurons, there is no clear tendency in increased firing regularity from the sensory and subcortical neurons to prefrontal or motor cortices, as previously entertained. Moreover, gamma shapes of spike-timing patterns remain robust over various natural cognitive states, such as sleep, awake periods, or during fearful episodic experiences. Interestingly, ketamine-induced general anesthesia or unconsciousness is associated with the breakdown of forebrain spike patterns from a singular gamma distribution into two distinct subtypes of gamma distributions, suggesting the importance of this spike-timing pattern in supporting natural cognitive states. These results suggest that gamma-distribution patterns of spike timing reflect not only a fundamental property conserved across different neurons, regions and animal species, but also an operation crucial for supporting natural cognitive states. Such gamma-distribution-based spike-timing patterns can also have important implications for real-time neural coding and realistic neuromorphic computing.