靈感源自金庸小說(shuō)，復(fù)旦國(guó)際首次實(shí)現(xiàn)原子層半導(dǎo)體在軌驗(yàn)證

“復(fù)旦復(fù)旦旦復(fù)旦，巍巍學(xué)府文章煥……”穿越517公里地球軌道，復(fù)旦大學(xué)校歌近日從“復(fù)旦一號(hào)（瀾湄未來(lái)星）”衛(wèi)星平臺(tái)傳回地面，經(jīng)解碼信號(hào)復(fù)原準(zhǔn)確無(wú)誤。

這不是一次普通的太空通信傳輸，而是國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)原子層電子器件與系統(tǒng)的在軌驗(yàn)證。

復(fù)旦大學(xué)集成電路與微納電子創(chuàng)新學(xué)院周鵬-馬順利團(tuán)隊(duì)，自主研制的“青鳥(niǎo)”原子層半導(dǎo)體抗輻射通信系統(tǒng)，以“超長(zhǎng)壽命”與“超低功耗”兩大核心優(yōu)勢(shì)，展現(xiàn)出其在星際通信、深空探測(cè)和太空算力等前沿任務(wù)中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

北京時(shí)間2026年1月29日零點(diǎn)，相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》。

【太空輻射無(wú)處不在】

浩瀚宇宙中，高能粒子、伽馬射線等輻射無(wú)處不在，如同“無(wú)形劍氣”攻擊航天器的電子“經(jīng)脈”。傳統(tǒng)硅基電子器件如同身著厚重鎧甲的武者，即便層層防護(hù)，也難敵日積月累的“內(nèi)力侵蝕”——太空輻射極易引發(fā)電子器件性能退化甚至災(zāi)難性故障。更棘手的是，一旦電子系統(tǒng)在太空中失效，幾乎無(wú)法維修，而更換成本極高。

長(zhǎng)期以來(lái)，主要依賴(lài)兩種“御敵之術(shù)”：一是“重甲護(hù)身”，給器件裹上厚重金屬屏蔽層；二是“分身術(shù)”，一個(gè)功能器件有多個(gè)備份。但這使得器件重量激增，國(guó)內(nèi)火箭發(fā)射一千克載荷成本高達(dá)數(shù)千萬(wàn)元；與此同時(shí)功耗也大大飆升，這與未來(lái)航天系統(tǒng)“輕量化、智能化、低成本”趨勢(shì)相悖。

隨著AI時(shí)代算力需求的爆發(fā)式增長(zhǎng)，太空算力有望成為解決全球算力供給難題的終極方案。高性能通信系統(tǒng)作為太空任務(wù)的“關(guān)鍵紐帶”，同樣將為太空算力提供數(shù)據(jù)傳輸載體。因此，構(gòu)建高性能、高可靠的星載存算和通信系統(tǒng)將成為新一輪科技革命的重點(diǎn)方向之一。

【靈感源自《倚天屠龍記》】

“他強(qiáng)任他強(qiáng)，清風(fēng)拂山崗；他橫任他橫，明月照大江。”金庸小說(shuō)《倚天屠龍記》中《九陽(yáng)真經(jīng)》的武學(xué)心法，成為研究團(tuán)隊(duì)破解難題的靈感源泉。“我們不與輻射硬扛，而是讓其穿體而過(guò)。”周鵬說(shuō)。

這一靈感的落地，便是“青鳥(niǎo)”原子層半導(dǎo)體抗輻射通信系統(tǒng)。原子層半導(dǎo)體是周鵬團(tuán)隊(duì)提出的新概念，其核心功能層僅為單原子或少數(shù)原子厚度，既保留半導(dǎo)體“能開(kāi)關(guān)、可控制”的核心功能，又具備超薄的物理特性。“青鳥(niǎo)”的核心材料是單層二硫化鉬，厚度僅0.7納米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲直徑的十萬(wàn)分之一。

打個(gè)比方，傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體就像一塊厚實(shí)的木板，輻射粒子撞上去會(huì)留下密密麻麻的“傷痕”；而原子層半導(dǎo)體就像一張超薄的蟬翼，輻射粒子能直接穿體而過(guò)，不容易形成損傷積累。這種天然抗輻射特性，讓它無(wú)需“重甲”加持，能在太空輻射的“險(xiǎn)惡環(huán)境”中長(zhǎng)久存續(xù)。

【理論壽命是硅基系統(tǒng)100倍】

“青鳥(niǎo)”在軌運(yùn)行一年多來(lái)，展現(xiàn)出三大顛覆性?xún)?yōu)勢(shì)——

在輻射更為惡劣的地球同步軌道，理論在軌壽命預(yù)計(jì)可達(dá)271年，是傳統(tǒng)硅基系統(tǒng)的100倍；

無(wú)需屏蔽層和備份設(shè)計(jì)，發(fā)射機(jī)-接收機(jī)鏈路的功耗不足傳統(tǒng)硅基系統(tǒng)的五分之一；

在軌運(yùn)行9個(gè)月后，傳輸數(shù)據(jù)的誤碼率仍低于10??，展現(xiàn)了其優(yōu)異的抗輻射性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

這一突破的背后，是團(tuán)隊(duì)四五年的潛心攻關(guān)。從材料生長(zhǎng)到晶體管制備，從芯片設(shè)計(jì)到載荷集成，他們實(shí)現(xiàn)了全鏈條自主研發(fā)。

值得一提的是，該技術(shù)可與現(xiàn)有硅基半導(dǎo)體生產(chǎn)線無(wú)縫對(duì)接，且成本更低。在地面應(yīng)用中，該技術(shù)同樣潛力巨大，有望用于核聚變、救災(zāi)機(jī)器人等強(qiáng)輻射場(chǎng)景。

《自然》編輯部收到投稿僅兩三天就安排了送審，審稿人評(píng)價(jià)該成果“開(kāi)辟了一個(gè)新方向”。

原標(biāo)題：《靈感源自金庸小說(shuō)，復(fù)旦國(guó)際首次實(shí)現(xiàn)原子層半導(dǎo)體在軌驗(yàn)證》

題圖來(lái)源：4英寸原子層半導(dǎo)體抗輻射射頻通信芯片。復(fù)旦大學(xué)

來(lái)源：作者：解放日?qǐng)?bào) 黃海華