科学家首次实现基于二维电子器件与系统的在轨验证

本报讯（见习记者江庆龄）复旦大学集成电路与微纳电子创新学院副教授马顺利、教授周鹏团队研制的“青鸟”原子层半导体抗辐射射频通信系统（以下简称“青鸟”系统），依托“复旦一号（澜湄未来星）”卫星平台，在国际上首次实现基于二维电子器件与系统的在轨验证，奠定了二维电子系统在前沿空间任务中的独特竞争力，并开辟了“原子层半导体太空电子学”的创新领域。1月29日，相关研究成果发表于《自然》。

高性能通信系统是太空任务的“关键纽带”。然而在太空中，高能粒子、宇宙射线等空间辐射无处不在，极易引发电子器件性能退化甚至灾难性故障，严重影响航天器的在轨寿命。开发兼具小尺寸、超低功耗与本征抗辐射能力的新一代半导体器件与系统，已成为突破空间电子技术瓶颈的关键。

团队基于对粒子辐射效应的理论推导，发现原子层级薄的材料在理论上会积累最小的辐射诱导损伤，进而实现空间辐射免疫，表明原子层级二维材料具备天然的抗辐射优势，有望成为构建下一代空间电子系统的理想候选材料。

团队基于晶圆级二维工艺，设计并制备了4英寸基于单层二硫化钼的抗辐射集成射频发射机-接收机系统，可应用于星载通信。在轨实验中，“青鸟”系统搭载“复旦一号（澜湄未来星）”卫星成功发射至距地球约517公里的低地球轨道。系统在轨运行9个月后，传输数据的误码率仍低于10-8，展现了优异的抗辐射性和长期稳定性。

此外，即使在辐射环境更为恶劣的地球同步轨道上，“青鸟”系统的理论在轨寿命预计仍达271年，较传统硅基系统提升两个数量级。同时，该系统发射机-接收机链路的功耗不足传统硅基射频系统的1/5，显著降低了对星上能源的需求，确保在严苛功率预算下仍能维持高性能通信。

团队表示，未来基于原子层半导体的抗辐射电子技术有望引领二维电子学实现产业化跃迁，在支撑下一代卫星互联网、深空探测乃至地外基地建设的同时，加速二维材料走向“工程现实”。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-10027-9