当我们仰望星空，想象着卫星在轨道上静谧飞行时，很少会意识到，这些太空设备正时刻承受着来自宇宙深处的高能粒子轰击。这些肉眼看不见的辐射，恰恰是人类太空探索中最隐蔽而致命的挑战之一。然而，现实往往比想象更为严峻：随着卫星功能的日益复杂，对电子系统的要求呈指数级增长，而传统硅基电子器件在太空辐射面前的脆弱性，已成为制约深空探测与空间技术发展的关键瓶颈。
在此背景下，空间电子系统的抗辐射能力显得尤为重要。无论是通信卫星、科学探测卫星，还是未来的深空载人任务，电子系统的可靠性直接决定了任务的成败。然而，传统解决方案往往面临两难困境：要么增加厚重的物理屏蔽层导致载荷重量剧增，要么采用特殊工艺制造抗辐射芯片，但成本高昂且性能提升有限。如何在极端太空环境中实现电子系统的高性能、高可靠与轻量化，成为全球航天科技界亟待攻克的难题。
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，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。
实验数据表明，“青鸟”系统在太空辐射环境下表现出了卓越的稳定性和可靠性，其核心器件在经历高能粒子轰击后，性能衰减幅度远低于传统硅基器件。传统三维半导体材料中，高能粒子撞击会产生贯穿多个原子层的损伤轨迹，就像子弹穿过砖墙留下一条破坏通道。而二维原子层材料的厚度仅相当于单层砖，粒子撞击只能产生局部、可控的微小缺陷，这些缺陷对器件整体性能的影响微乎其微。可以说，二维材料以其“薄到极致”的特性，将辐射损伤的“面攻击”转化为了可承受的“点攻击”。
这项成果的深远意义在于它同时解决了多个维度的问题。从技术层面看，它证明了一种全新抗辐射技术路径的可行性；从科学层面看，它奠定了二维电子系统在前沿空间任务中的独特竞争力；更令人振奋的是，它开创了一个全新的交叉学科领域——“原子层半导体太空电子学”。这一领域将二维材料科学、半导体物理学与空间环境工程紧密结合，为未来的太空科技发展提供了全新的理论基础和技术框架。
展望未来，这项突破性研究将可能引发连锁反应。轻量化、高性能的抗辐射电子系统将使更小、更智能的卫星成为可能，大幅降低太空任务的成本门槛。在深空探测领域，这类技术将为火星、木星乃至更遥远星球的探测任务提供关键技术支持。更重要的是，它打开了一扇通往“原子级精确”太空电子学的大门，未来科学家或许能够像搭积木一样，通过堆叠不同功能的原子层材料，定制出适应各种极端太空环境的专用电子系统。
相关研究成果Radiation-tolerant atomic-layer-scale RF system for spaceborne communication发表于国际期刊《自然》(nature)。
参考来源：中国科学报
