復旦大學集成電路與微納電子創新學院副教授馬順利、教授周鵬團隊研制的“青鳥”原子層半導體抗輻射射頻通信系統，依托“復旦一號（瀾湄未來星）”衛星平臺，在國際上首次實現基于二維電子器件與系統的在軌驗證，奠定了二維電子系統在前沿空間任務中的獨特競爭力，并開辟了“原子層半導體太空電子學”的創新領域。1月29日，相關研究成果發表于《自然》。
高性能通信系統是太空任務的“關鍵紐帶”。然而在太空中，高能粒子、宇宙射線等空間輻射無處不在，極易引發電子器件性能退化甚至災難性故障，嚴重威脅航天器在軌壽命。一旦電子系統在太空中失效，幾乎無法維修，高昂的替換成本往往令任務難以為繼。當前主流的抗輻射方案雖能提升可靠性，卻也帶來了體積增大、重量上升、功耗攀升等代價。在此背景下，發展兼具小尺寸、超低功耗與本征抗輻射能力的新一代半導體器件與系統，已成為突破空間電子技術瓶頸的關鍵突破口。
研究團隊基于對粒子輻射效應的理論推導，發現原子層級薄的材料在理論上會積累最小的輻射誘導損傷，進而達成空間輻射免疫，表明原子層級二維材料具備天然的抗輻射優勢，有望成為構建下一代空間電子系統的理想候選。
研究團隊基于成熟的晶圓級二維工藝，設計并制備了4英寸基于單層二硫化鉬（MoS2）的抗輻射集成射頻發射機-接收機系統，能夠應用于星載通信。在軌實驗中，該“青鳥”二維射頻通信系統搭載“復旦一號（瀾湄未來星）”衛星成功發射到距地球約517公里的低地球軌道（LEO）。
“青鳥”系統在軌運行9個月后，傳輸數據的誤碼率仍低于10-8，展現了其優異的抗輻射性和長期穩定性。此外，即使在輻射環境更為惡劣的地球同步軌道（GEO）上，該二維星載通信系統的理論在軌壽命預計可達271年，較傳統硅基系統提升兩個數量級。同時，該系統發射機-接收機鏈路的功耗不足傳統硅基射頻系統的五分之一，顯著降低了對星上能源的需求，確保在嚴苛功率預算下仍能維持高性能通信。整體而言，“超長壽命”與“超低功耗”兩大核心優勢，共同奠定了二維電子系統在深空探測、高軌衛星、星際通信等前沿空間任務中的獨特競爭力。
值得注意的是，研究團隊將“復旦大學校歌”的原始手稿照片存入“青鳥”系統的存儲器中，并完成了以“復旦大學校歌”為信號的太空星內通信傳輸，最后經衛星天線發射并返回地面站解碼后，“復旦大學校歌”信號復原準確無誤。
研究團隊表示，這一突破不僅標志著人類向構建高可靠、輕量化太空電子系統邁出關鍵一步，更有望成為二維材料從實驗室走向航天高價值應用的“催化劑”。展望未來，基于原子層半導體的抗輻射電子技術或將引領二維電子學實現產業化躍遷，在支撐下一代衛星互聯網、深空探測乃至地外基地建設的同時，持續吸引全球學術界與產業界的深度布局，加速二維材料走向“工程現實”。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-10027-9