在太空中存活270年的電路

太空環境對電子設備極其殘酷，因為離開地球的保護性磁場后，在宇宙射線和高能粒子大量轟擊下，精密電路會慢慢被侵蝕。這些看不見的沖擊會損壞部件、破壞數據、縮短航天器壽命。為了解決這一挑戰，目前大家都是在航天器重要敏感的電子部位增加厚重的防護層，但會增加額外的重量，限制載荷能力。

最近，復旦大學的研究人員發表在《自然》雜志的創新實驗結果，讓科學界看到了未來抗輻射電路的研究方向。

研究人員使用二硫化鉬（MoS?），制成僅一層原子厚的化合物——約0.7納米。理論上，這么微小的維度，已經沒有什么材料結構可被入侵的輻射粒子破壞。因此，太空中高能粒子穿過如此薄的物質層，不會產生傳統硅芯片的缺陷。這層單層MoS?薄膜生長在一塊4英寸的晶圓上，采用HfO?（二氧化鉿）作為絕緣柵極，并且制作成晶體管結構，然后將這些晶體管連接成一個完整的包含發射器和接收器的無線（RF）通信系統，工作頻率在12到18吉赫之間，可以在衛星上發送和接收信號。

在將實驗電路送入太空之前，研究人員在地球上用強烈的伽馬輻射對其進行了轟擊，模擬其在太空地球軌道上經歷的環境。然后使用電子顯微鏡觀察電路 結構，能量色散X射線光譜儀檢測化學成分，拉曼光譜對薄膜進行掃描探傷，結果是沒有明顯的結構或化學降解跡象。并且在電性能方面，表現幾乎與高輻射前完全相同，保持了超高的開關比，泄漏電流小，低功耗，很符合航天器要求。

隨后，團隊將基于MoS?的通信系統發射約517公里的低地球軌道，運行了九個月。發現其9個月后，傳輸數據的比特錯誤率（BER）始終低于10的負8次方以下，這表明其具有顯著的抗輻射能力和長期穩定性。（參考誤碼率，地面千兆網限制為10?1?，我國光纜通信系統的誤碼率要求優于10??，量子保密通信合法用戶的BER需低于10??）

經過實際運行，基于軌道上收集的輻射數據和太空環境模型，研究人員估計這種電路在地球同步軌道的太空環境中能夠生存長達271年。盡管當前系統展示的僅是無線通信電路，完整的航天器電子系統涉及處理器、存儲系統和電源管理單元等，但這種原子級電路設計有可能改變航天器設計。衛星無需依賴臃腫的屏蔽裝置，而可以使用本身具有抗輻射能力的電路。這將極大減輕航天器發射重量，騰出空間安放更多的科學儀器載荷，并且極大延長衛星、深空探測器和遠地軌道通信平臺的使用壽命。