在太空探索領(lǐng)域，電子器件的抗輻射能力始終是制約技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵難題。復(fù)旦大學(xué)周鵬、馬順利團(tuán)隊(duì)近日取得重大突破，其研發(fā)的“青鳥”原子層半導(dǎo)體抗輻射射頻通信系統(tǒng)，依托“復(fù)旦一號(hào)”衛(wèi)星完成國(guó)際首次在軌驗(yàn)證，為太空電子系統(tǒng)開(kāi)辟了全新路徑。

傳統(tǒng)抗輻射方案依賴增加屏蔽層或冗余電路設(shè)計(jì)，但這類方法導(dǎo)致航天器重量激增、功耗攀升。以衛(wèi)星通信系統(tǒng)為例，過(guò)去需數(shù)公斤保護(hù)層才能抵御宇宙輻射，而復(fù)旦團(tuán)隊(duì)通過(guò)逆向思維，將目光投向材料本身的特性。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)半導(dǎo)體材料厚度縮減至單原子層級(jí)時(shí)，高能粒子會(huì)如穿過(guò)透明介質(zhì)般直接穿透，幾乎不造成累積損傷。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)防護(hù)理念，為解決太空輻射難題提供了全新思路。

基于二硫化鉬單層原子結(jié)構(gòu)，團(tuán)隊(duì)研制出4英寸晶圓級(jí)抗輻射射頻芯片，并構(gòu)建完整的“青鳥”通信系統(tǒng)。2024年9月，該系統(tǒng)隨“復(fù)旦一號(hào)”衛(wèi)星升空，在距地球517公里的低軌道開(kāi)展長(zhǎng)期測(cè)試。實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)將復(fù)旦大學(xué)校歌原始手稿數(shù)據(jù)存入芯片存儲(chǔ)器，通過(guò)星內(nèi)通信傳輸后由地面站解碼，最終實(shí)現(xiàn)信號(hào)零誤差復(fù)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)9個(gè)月在軌運(yùn)行，系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸誤碼率低于十億分之一，在輻射強(qiáng)度更高的地球同步軌道理論壽命可達(dá)271年，較傳統(tǒng)硅基系統(tǒng)提升兩個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)功耗降至原有五分之一。

這項(xiàng)突破源于團(tuán)隊(duì)對(duì)全技術(shù)鏈條的掌控。面對(duì)原子層半導(dǎo)體領(lǐng)域設(shè)計(jì)工具缺失的現(xiàn)狀，研究人員自主開(kāi)發(fā)了從材料生長(zhǎng)、晶體管制造到系統(tǒng)集成的全套技術(shù)體系。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人指出，科研創(chuàng)新不應(yīng)局限于漸進(jìn)式改進(jìn)，而要開(kāi)辟具有全球影響力的新方向。通過(guò)解析粒子與原子層材料的相互作用機(jī)制，團(tuán)隊(duì)不僅填補(bǔ)了二維電子器件空間驗(yàn)證的空白，更可能催生“原子層半導(dǎo)體太空電子學(xué)”這一新興領(lǐng)域。

該技術(shù)的工程價(jià)值已引發(fā)多領(lǐng)域關(guān)注。在深空探測(cè)場(chǎng)景中，超長(zhǎng)壽命與低功耗特性可顯著降低任務(wù)成本；核聚變研究領(lǐng)域則看中其抗輻射能力，計(jì)劃將其作為探測(cè)反應(yīng)堆核心區(qū)的關(guān)鍵電子元件。隨著二維材料從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用，這場(chǎng)由單原子厚度引發(fā)的技術(shù)革命，正在重塑人類探索宇宙的技術(shù)邊界。