在人類探索宇宙的征程中，太空輻射始終是電子設備面臨的最大挑戰(zhàn)之一。高能粒子和宇宙射線無處不在，它們會逐漸侵蝕航天器上的電子元件，導致性能退化甚至完全失效。由于太空環(huán)境特殊，失效的設備幾乎無法維修，這給深空探測和衛(wèi)星通信帶來了巨大阻礙。傳統(tǒng)抗輻射方案主要依賴增加屏蔽層或采用冗余電路設計，但這些方法會顯著增加設備體積、重量和功耗，在航天領域，每增加一公斤載荷都意味著發(fā)射成本的大幅上升。

復旦大學周鵬、馬順利團隊另辟蹊徑，提出了一種全新的抗輻射思路：利用材料本身的特性來抵御輻射損傷。經過理論推導和實驗驗證，團隊發(fā)現當半導體材料厚度降至單原子層級時，高能粒子會像穿過透明玻璃一樣直接穿透，幾乎不會在材料內部積累損傷。這一發(fā)現顛覆了傳統(tǒng)抗輻射設計理念，為開發(fā)新型太空電子設備開辟了新路徑。團隊負責人周鵬教授形象地比喻道："這就好比'他強由他強，清風拂山崗'，輻射粒子再強大，也奈何不了如此薄的材料。"

基于這一原理，研究團隊選用二硫化鉬這種二維材料，設計并制造出了原子層厚度的抗輻射射頻通信系統(tǒng)，命名為"青鳥"。該系統(tǒng)實現了4英寸晶圓級流片生產，具備完整的星載通信功能。2024年9月24日，"青鳥"系統(tǒng)搭載"復旦一號"衛(wèi)星升空，在距地球約517公里的低地球軌道開始了在軌驗證。為測試系統(tǒng)性能，團隊將復旦大學校歌的原始手稿照片存入存儲器，通過衛(wèi)星完成了校歌信號的太空星內通信傳輸。地面站接收并解碼后，信號復原準確無誤，證明了系統(tǒng)在太空環(huán)境中的可靠性。

經過9個月的連續(xù)運行，"青鳥"系統(tǒng)展現出驚人的穩(wěn)定性，數據傳輸誤碼率始終低于10-8量級。更令人振奮的是，理論計算顯示，即使在輻射強度更高的地球同步軌道，該系統(tǒng)的預期壽命可達271年，是傳統(tǒng)硅基系統(tǒng)的100倍，而功耗卻降低至五分之一以下。這種超長壽命和超低功耗的特性，使其成為深空探測、高軌衛(wèi)星和星際通信等任務的理想選擇。傳統(tǒng)太空通信系統(tǒng)需要數公斤重的保護層，而"青鳥"系統(tǒng)僅需一枚"裸奔"的原子層芯片即可實現同等功能，大大減輕了航天器載荷負擔。

這項突破性成果的背后，是團隊長達四五年的持續(xù)攻關。作為新興領域，原子層半導體缺乏成熟的設計工具和制造工藝，研究團隊不得不從零開始，自主開發(fā)全套技術。從材料生長、晶體管制造到芯片設計、系統(tǒng)集成，再到最終的太空驗證，團隊完成了全鏈條技術突破，成為國內首個實現原子層半導體太空應用全棧自研的團隊。這項研究不僅填補了二維電子器件空間在軌驗證的空白，更為"原子層半導體太空電子學"這一新領域奠定了基礎。

二維材料因其獨特的物理特性，被視為下一代電子技術的關鍵方向，但如何將其從實驗室推向實際應用一直是難題。"青鳥"系統(tǒng)的成功，為二維材料在航天領域的高價值應用提供了重要示范。研究團隊正在探索將該技術擴展到核聚變探測等更廣泛的領域，原子層半導體的抗輻射特性使其有望成為監(jiān)測核反應堆核心區(qū)的理想"電子眼"。這項研究不僅推動了太空電子技術的發(fā)展，也為二維材料工程化應用開辟了新道路。