Designed to outperform conventional computers when performing machine-learning tasks, neuromorphic computation is the principle whereby certain aspects of the human brain are replicated in hardware. While great progress has been made in this field in recent years, almost all input signals provided to neuromorphic processors are still designed for traditional (von Neumann) computer architectures. Here, we show that a simple photosensitive capacitor will inherently reproduce certain aspects of biological retinas. We found that capacitors based on metal halide perovskites will output a brief voltage spike in response to changes in incident light intensity, but output zero voltage under constant illumination. Such a sensor is not only optimized for use with spiking neuromorphic processors but also anticipated to have broad appeal from fields such as light detection and ranging, autonomous vehicles, facile recognition, navigation, and robotics.

1.
J.
von Neumann
,
IEEE Ann. Hist. Comput.
15
,
27
(
1993
).
2.
C.
Mead
,
Proc. IEEE
78
,
1629
(
1990
).
3.
D. O.
Hebb
,
The Organization of Behavior: A Neuropsychological Theory
(
Psychology Press
,
1949
).
4.
D.
Ielmini
and
H.-S. P.
Wong
,
Nat. Electron.
1
,
333
(
2018
).
5.
F.
Cai
,
J. M.
Correll
,
S. H.
Lee
,
Y.
Lim
,
V.
Bothra
,
Z.
Zhang
,
M. P.
Flynn
, and
W. D.
Lu
,
Nat. Electron.
2
,
290
(
2019
).
6.
W.-H.
Chen
,
C.
Dou
,
K.-X.
Li
,
W.-Y.
Lin
,
P.-Y.
Li
,
J.-H.
Huang
,
J.-H.
Wang
,
W.-C.
Wei
,
C.-X.
Xue
,
Y.-C.
Chiu
,
Y.-C.
King
,
C.-J.
Lin
,
R.-S.
Liu
,
C.-C.
Hsieh
,
K.-T.
Tang
,
J. J.
Yang
,
M.-S.
Ho
, and
M.-F.
Chang
,
Nat. Electron.
2
,
420
(
2019
).
7.
T.
Tuma
,
A.
Pantazi
,
M. L.
Gallo
,
A.
Sebastian
, and
E.
Eleftheriou
,
Nat. Nanotechnol.
11
,
693
(
2016
).
8.
P. A.
Merolla
,
J. V.
Arthur
,
R.
Alvarez-Icaza
,
A. S.
Cassidy
,
J.
Sawada
,
F.
Akopyan
,
B. L.
Jackson
,
N.
Imam
,
C.
Guo
,
Y.
Nakamura
,
B.
Brezzo
,
I.
Vo
,
S. K.
Esser
,
R.
Appuswamy
,
B.
Taba
,
A.
Amir
,
M. D.
Flickner
,
W. P.
Risk
,
R.
Manohar
, and
D. S.
Modha
,
Science
345
,
668
(
2014
).
9.
A. J.
Arnold
,
A.
Razavieh
,
J. R.
Nasr
,
D. S.
Schulman
,
C. M.
Eichfeld
, and
S.
Das
,
ACS Nano
11
,
3110
(
2017
).
10.
L. A.
Camuñas-Mesa
,
B.
Linares-Barranco
, and
T.
Serrano-Gotarredona
,
Materials
12
,
2745
(
2019
).
11.
K.
Roy
,
A.
Jaiswal
, and
P.
Panda
,
Nature
575
,
607
(
2019
).
12.
F.
Zuo
,
P.
Panda
,
M.
Kotiuga
,
J.
Li
,
M.
Kang
,
C.
Mazzoli
,
H.
Zhou
,
A.
Barbour
,
S.
Wilkins
,
B.
Narayanan
,
M.
Cherukara
,
Z.
Zhang
,
S. K. R. S.
Sankaranarayanan
,
R.
Comin
,
K. M.
Rabe
,
K.
Roy
, and
S.
Ramanathan
,
Nat. Commun.
8
,
240
(
2017
).
13.
G. W.
Burr
,
R. M.
Shelby
,
A.
Sebastian
,
S.
Kim
,
S.
Kim
,
S.
Sidler
,
K.
Virwani
,
M.
Ishii
,
P.
Narayanan
,
A.
Fumarola
,
L. L.
Sanches
,
I.
Boybat
,
M. L.
Gallo
,
K.
Moon
,
J.
Woo
,
H.
Hwang
, and
Y.
Leblebici
,
Adv. Phys. X
2
,
89
(
2017
).
14.
Y.
van de Burgt
,
A.
Melianas
,
S. T.
Keene
,
G.
Malliaras
, and
A.
Salleo
,
Nat. Electron.
1
,
386
(
2018
).
15.
M.
Davies
,
N.
Srinivasa
,
T.-H.
Lin
,
G.
Chinya
,
Y.
Cao
,
S. H.
Choday
,
G.
Dimou
,
P.
Joshi
,
N.
Imam
,
S.
Jain
,
Y.
Liao
,
C.-K.
Lin
,
A.
Lines
,
R.
Liu
,
D.
Mathaikutty
,
S.
McCoy
,
A.
Paul
,
J.
Tse
,
G.
Venkataramanan
,
Y.-H.
Weng
,
A.
Wild
,
Y.
Yang
, and
H.
Wang
,
IEEE Micro
38
,
82
(
2018
).
16.
R. H.
Masland
,
Nat. Neurosci.
4
,
877
(
2001
).
17.
J. R.
Sanes
and
R. H.
Masland
,
Annu. Rev. Neurosci.
38
,
221
(
2015
).
18.
E. D.
Adrian
and
R.
Matthews
,
J. Physiol.
63
,
378
(
1927
).
19.
E. D.
Adrian
and
R.
Matthews
,
J. Physiol.
64
,
279
(
1927
).
20.
E. D.
Adrian
and
R.
Matthews
,
J. Physiol.
65
,
273
(
1928
).
21.
H. K.
Hartline
and
C. H.
Graham
,
J. Cell. Comp. Physiol.
1
,
277
(
1932
).
22.
C.
Posch
,
T.
Serrano-Gotarredona
,
B.
Linares-Barranco
, and
T.
Delbruck
,
Proc. IEEE
102
,
1470
(
2014
).
23.
M. A.
Mahowald
and
C.
Mead
,
Sci. Am.
264
,
76
(
1991
).
24.
K. A.
Zaghloul
and
K.
Boahen
,
J. Neural Eng.
3
,
257
(
2006
).
25.
S.-C.
Liu
and
T.
Delbruck
,
Curr. Opin. Neurobiol.
20
,
288
(
2010
).
26.
G. E.
Eperon
,
S. D.
Stranks
,
C.
Menelaou
,
M. B.
Johnston
,
L. M.
Herz
, and
H. J.
Snaith
,
Energy Environ. Sci.
7
,
982
(
2014
).
27.
C. B.
Nielsen
,
S.
Holliday
,
H.-Y.
Chen
,
S. J.
Cryer
, and
I.
McCulloch
,
Acc. Chem. Res.
48
,
2803
(
2015
).
28.
K.
Hwang
,
Y.-S.
Jung
,
Y.-J.
Heo
,
F. H.
Scholes
,
S. E.
Watkins
,
J.
Subbiah
,
D. J.
Jones
,
D.-Y.
Kim
, and
D.
Vak
,
Adv. Mater.
27
,
1241
(
2015
).
29.
G.
Gelinck
,
P.
Heremans
,
K.
Nomoto
, and
T. D.
Anthopoulos
,
Adv. Mater.
22
,
3778
(
2010
).
30.
L.
Gu
,
S.
Poddar
,
Y.
Lin
,
Z.
Long
,
D.
Zhang
,
Q.
Zhang
,
L.
Shu
,
X.
Qiu
,
M.
Kam
,
A.
Javey
, and
Z.
Fan
,
Nature
581
,
278
(
2020
).
31.
J.
Tang
,
N.
Qin
,
Y.
Chong
,
Y.
Diao
,
Yiliguma
,
Z.
Wang
,
T.
Xue
,
M.
Jiang
,
J.
Zhang
, and
G.
Zheng
,
Nat. Commun.
9
,
786
(
2018
).
32.
Z.
Cheng
,
C.
Ríos
,
W. H. P.
Pernice
,
C. D.
Wright
, and
H.
Bhaskaran
,
Sci. Adv.
3
,
e1700160
(
2017
).
33.
W.
Xue
,
W.
Ci
,
X.-H.
Xu
, and
G.
Liu
,
Chin. Phys. B
29
,
048401
(
2020
).
34.
L.
Yin
,
X.
Pi
, and
D.
Yang
,
Chin. Phys. B
29
,
070703
(
2020
).
35.
L.
Zhao
,
Z.
Fan
,
S.
Cheng
,
L.
Hong
,
Y.
Li
,
G.
Tian
,
D.
Chen
,
Z.
Hou
,
M.
Qin
,
M.
Zeng
,
X.
Lu
,
G.
Zhou
,
X.
Gao
, and
J.-M.
Liu
,
Adv. Electron. Mater.
6
,
1900858
(
2020
).
36.
S.
Chen
and
J.
Huang
,
ACS Appl. Electron. Mater.
2
,
1815
(
2020
).
37.
J. G.
Labram
,
E. E.
Perry
,
N. R.
Venkatesan
, and
M. L.
Chabinyc
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
153902
(
2018
).
38.
E. J.
Juarez-Perez
,
R. S.
Sanchez
,
L.
Badia
,
G.
Garcia-Belmonte
,
Y. S.
Kang
,
I.
Mora-Sero
, and
J.
Bisquert
,
J. Phys. Chem. Lett.
5
,
2390
(
2014
).
39.
H.
Oga
,
A.
Saeki
,
Y.
Ogomi
,
S.
Hayase
, and
S.
Seki
,
J. Am. Chem. Soc.
136
,
13818
(
2014
).
40.
A.
Miyata
,
A.
Mitioglu
,
P.
Plochocka
,
O.
Portugall
,
J. T.-W.
Wang
,
S. D.
Stranks
,
H. J.
Snaith
, and
R. J.
Nicholas
,
Nat. Phys.
11
,
582
(
2015
).
41.
I.
Levine
,
S.
Gupta
,
T. M.
Brenner
,
D.
Azulay
,
O.
Millo
,
G.
Hodes
,
D.
Cahen
, and
I.
Balberg
,
J. Phys. Chem. Lett.
7
,
5219
(
2016
).
43.
E. M.
Hutter
,
G. E.
Eperon
,
S. D.
Stranks
, and
T. J.
Savenije
,
J. Phys. Chem. Lett.
6
,
3082
(
2015
).
44.
L.-L.
Chua
,
J.
Zaumseil
,
J.-F.
Chang
,
E. C.-W.
Ou
,
P. K.-H.
Ho
,
H.
Sirringhaus
, and
R. H.
Friend
,
Nature
434
,
194
(
2005
).
45.
A.
Facchetti
,
M.-H.
Yoon
, and
T. J.
Marks
,
Adv. Mater.
17
,
1705
(
2005
).
46.
R.
Hamilton
,
J.
Smith
,
S.
Ogier
,
M.
Heeney
,
J. E.
Anthony
,
I.
McCulloch
,
J.
Veres
,
D. D. C.
Bradley
, and
T. D.
Anthopoulos
,
Adv. Mater.
21
,
1166
(
2009
).
47.
B.
Wang
,
W.
Huang
,
L.
Chi
,
M.
Al-Hashimi
,
T. J.
Marks
, and
A.
Facchetti
,
Chem. Rev.
118
,
5690
(
2018
).
48.
T.
Miyasaka
and
T. N.
Murakami
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
3932
(
2004
).
49.
K.
Gao
,
D.
Ti
, and
Z.
Zhang
,
Sustainable Energy Fuels
3
,
1937
(
2019
).
50.
P.
Schulz
,
D.
Cahen
, and
A.
Kahn
,
Chem. Rev.
119
,
3349
(
2019
).
51.
J. N.
Wilson
,
J. M.
Frost
,
S. K.
Wallace
, and
A.
Walsh
,
APL Mater.
7
,
010901
(
2019
).
52.
J. M.
Frost
and
A.
Walsh
,
Acc. Chem. Res.
49
,
528
(
2016
).
53.
X. Y.
Chin
,
D.
Cortecchia
,
J.
Yin
,
A.
Bruno
, and
C.
Soci
,
Nat. Commun.
6
,
7383
(
2015
).
54.
J. G.
Labram
,
D. H.
Fabini
,
E. E.
Perry
,
A. J.
Lehner
,
H.
Wang
,
A. M.
Glaudell
,
G.
Wu
,
H.
Evans
,
D.
Buck
,
R.
Cotta
,
L.
Echegoyen
,
F.
Wudl
,
R.
Seshadri
, and
M. L.
Chabinyc
,
J. Phys. Chem. Lett.
6
,
3565
(
2015
).
55.
S. D.
Wolf
,
J.
Holovsky
,
S.-J.
Moon
,
P.
Löper
,
B.
Niesen
,
M.
Ledinsky
,
F.-J.
Haug
,
J.-H.
Yum
, and
C.
Ballif
,
J. Phys. Chem. Lett.
5
,
1035
(
2014
).
56.
D. H.
Hubel
and
T. N.
Wiesel
,
J. Physiol.
148
,
574
(
1959
).
57.
D. H.
Hubel
and
T. N.
Wiesel
,
J. Physiol.
160
,
106
(
1962
).
58.
D. H.
Hubel
and
T. N.
Wiesel
,
J. Physiol.
195
,
215
(
1968
).
59.
D. J.
Felleman
and
D. C. V.
Essen
,
Cereb. Cortex
1
,
1
(
1991
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.