中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 任朝霞）復(fù)旦大學(xué)集成電路與微納電子創(chuàng)新學(xué)院、集成芯片與系統(tǒng)全國重點實驗室周鵬—馬順利團隊研制“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（瀾湄未來星）”衛(wèi)星平臺在國際上首次實現(xiàn)基于二維電子器件與系統(tǒng)的在軌驗證。

據(jù)悉，這一突破填補了二維電子器件太空在軌驗證的空白，開辟了“原子層半導(dǎo)體太空電子學(xué)”的創(chuàng)新領(lǐng)域，助力我國空間電子器件跨越式發(fā)展，為人類探索浩瀚宇宙征途邁出重要一步。北京時間2026年1月29日，相關(guān)成果以《面向星載通信的原子層級抗輻射射頻系統(tǒng)》為題發(fā)表于《自然》主刊。

浩瀚宇宙的探索中，高能粒子、宇宙射線等空間輻射無處不在，極易引發(fā)電子器件性能退化甚至災(zāi)難性故障，嚴重威脅航天器在軌壽命。更棘手的是，一旦電子系統(tǒng)在太空中失效，幾乎無法維修，高昂的替換成本往往令任務(wù)難以為繼。當(dāng)前主流的抗輻射方案——如增加屏蔽層或采用冗余加固電路，雖能提升可靠性，卻也帶來了體積增大、重量上升、功耗攀升等代價，與未來航天系統(tǒng)“輕量化、智能化、低成本”的發(fā)展趨勢背道而馳。為此，發(fā)展兼具小尺寸、超低功耗與本征抗輻射能力的新一代半導(dǎo)體器件與系統(tǒng)，已成為突破空間電子技術(shù)瓶頸的關(guān)鍵突破口。

周鵬—馬順利團隊基于對粒子輻射效應(yīng)的理論推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)原子層級薄的材料在理論上會積累最小的輻射誘導(dǎo)損傷，進而達成空間輻射免疫。由此，原子層級二維材料具備天然的抗輻射優(yōu)勢，使其有望成為構(gòu)建下一代空間電子系統(tǒng)的理想候選。然而，迄今為止，關(guān)于二維材料和器件的輻射效應(yīng)的研究主要局限于仿真計算和地面實驗，無法完全模擬真實太空中的復(fù)雜輻射場。尚無任何二維電子系統(tǒng)在軌運行的實證數(shù)據(jù)，這嚴重制約了其從實驗室走向航天應(yīng)用的進程。

團隊依托2024年9月24日發(fā)射的“復(fù)旦一號（瀾湄未來星）”衛(wèi)星平臺，在國際上首次實現(xiàn)基于原子層半導(dǎo)體的抗輻射射頻通信系統(tǒng)（“青鳥”系統(tǒng)）的在軌驗證，直接揭示了該系統(tǒng)在真實宇宙輻射環(huán)境下的長期工作穩(wěn)定性與可靠性。同時，“青鳥”系統(tǒng)向1970年4月24日發(fā)射的東方紅1號致敬，完成了以“復(fù)旦大學(xué)校歌”為信號的太空通信傳輸。同時，研究團隊從粒子輻射損傷的物理機制出發(fā)，揭示了原子層級材料的輻射免疫機制，不僅填補了二維電子器件空間在軌驗證的空白，更開辟了“原子層半導(dǎo)體太空電子學(xué)”的創(chuàng)新領(lǐng)域。

“超長壽命”與“超低功耗”兩大核心優(yōu)勢，奠定了二維電子系統(tǒng)在深空探測、高軌衛(wèi)星、星際通信等前沿空間任務(wù)中的獨特競爭力?；谠訉影雽?dǎo)體的衛(wèi)星通信系統(tǒng)成功完成在軌驗證，為原子層半導(dǎo)體太空電子學(xué)開辟了一個具有獨特應(yīng)用潛力的方向。這一突破不僅標(biāo)志著人類向構(gòu)建高可靠、輕量化太空電子系統(tǒng)邁出關(guān)鍵一步，更有望成為二維材料從實驗室走向航天高價值應(yīng)用的“催化劑”。

展望未來，基于原子層半導(dǎo)體的抗輻射電子技術(shù)或?qū)⒁I(lǐng)二維電子學(xué)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化躍遷，在支撐下一代衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、深空探測乃至地外基地建設(shè)的同時，持續(xù)吸引全球?qū)W術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的深度布局，加速二維材料走向“工程現(xiàn)實”，有望為我國空間電子器件帶來跨越式發(fā)展。