摘要：这突破开辟了“原子层半体太空电子学”的创新域，助力空间电子器件跨越式发展，为人类探索浩瀚宇宙征途迈出重要步。
复旦大学集成芯片与系统全国实验室集成电路与微纳电子创新学院周鹏-马顺利团队成功研制“青鸟”原子层半体抗辐射射频通信系统(简称：青鸟系统)，在上次实现在轨验证。
这突破开辟了“原子层半体太空电子学”的创新域，助力空间电子器件跨越式发展，为人类探索浩瀚宇宙征途迈出重要步。北京时间1月29日，相关成果以《面向星载通信的原子层抗辐射射频系统》为题发表于《自然》(Nature)主刊。
太空“抗辐射”难题亟需破解营口pvc管道胶水
近年来，人类太空探索不断刷新边界——从“天问号”探测器的火星探索，到新代全球通信网络卫星星座的编织，能通信系统始终是太空任务的“关键纽带”。然而，浩瀚宇宙的探索之路并非坦途，能粒子、宇宙射线等空间辐射处不在，易引发电子器件能退化甚至灾难故障，严重威胁器在轨寿命。棘手的是，旦电子系统在太空中失，几乎法维修，昂的替换成本往往令任务难以为继。当前主流的抗辐射案——如增加屏蔽层或采用冗余加固电路——虽能提升可靠，却也带来了体积增大、重量上升、功耗攀升等代价，与未来系统“轻量化、智能化、低成本”的发展趋势背道而驰。
在此背景下，发展兼具小尺寸、低功耗与本征抗辐射能力的新代半体器件与系统，已成为突破空间电子技术瓶颈的关键突破口。
复旦大学周鹏-马顺利团队基于对粒子辐射应的理论，发现原子层薄的材料在理论上会积累小的辐射诱损伤，进而达成空间辐射疫。由此，原子层二维材料具备的抗辐射优势，使其有望成为构建下代空间电子系统的理想候选。然而，迄今为止，关于二维材料和器件的辐射应的研究主要局限于仿真计和地面实验，PVC管道管件粘结胶法模拟真实太空中的复杂辐射场。尚任何二维电子系统在轨运行的实证数据，这严重制约了其从实验室走向应用的进程。
在上次实现基于二维电子器件与系统的在轨验证
团队依托2024年9月24日发射的“复旦号(澜湄未来星)”卫星平台，在上次实现基于原子层半体的抗辐射射频通信系统(“青鸟”系统)的在轨验证，直接揭示了该系统在真实宇宙辐射环境下的长期工作稳定与可靠。同时，“青鸟”系统向1970年4月24日发射的东红1号致敬，完成了以“复旦大学校歌”为信号的太空通信传输。同时，研究团队从粒子辐射损伤的物理机制出发，揭示了原子层材料的辐射疫机制，不仅填补了二维电子器件空间在轨验证的空白，开辟了“原子层半体太空电子学”的创新域。
据介绍，研究团队基于成熟的晶圆二维工艺，设计并制备了4英寸基于单层二硫化钼(MoS2)的抗辐射集成射频(12~18GHz)发射机-接收机系统，能够应用于星载通信。在轨实验中，该“青鸟”二维射频通信系统搭载“复旦号(澜湄未来星)”卫星成功发射到距地球约517公里的低地球轨道(LEO)。此外，“青鸟”系统在轨运行9个月后，传输数据的误码率仍低于10-8，展现了其优异的抗辐射和长期稳定。
周鹏教授表示，基于原子层半体的卫星通信系统成功完成在轨验证，为原子层半体太空电子学开辟了个具有特应用潜力的向。这突破不仅标志着人类向构建可靠、轻量化太空电子系统迈出关键步，有望成为二维材料从实验室走向价值应用的“催化剂”。展望未来，基于原子层半体的抗辐射电子技术或将引二维电子学实现产业化跃迁，在支撑下代卫星互联网、空探测乃至地外基地建设的同时，持续吸引全球学术界与产业界的度布局，加速二维材料走向“工程现实”，有望为我国空间电子器件带来跨越式发展。
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复旦大学集成电路与微纳电子创新学院、集成芯片与系统全国实验室马顺利教授和周鹏教授为论文通讯作者，博士后朱立远为论文作者。
头图为4英寸原子层半体抗辐射射频通信芯片营口pvc管道胶水。校供图
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