青年报·青春上海记者 刘昕璐/文、视频

“复旦复旦旦复旦，巍巍学府文章焕……”复旦大学在原子层半导体太空电子学领域获里程碑式突破。北京时间2026年1月29日凌晨0点，相关成果以《面向星载通信的原子层级抗辐射射频系统》为题发表于《自然》（Nature）主刊。记者采访获悉，在从实验室走向航天应用可行性的在轨验证中，团队还将“复旦大学校歌”的原始手稿照片存入“青鸟”系统的存储器中，完成了以“复旦大学校歌”为信号的太空星内通信传输。

宇宙射线无处不在

寻找一种能天然免疫的材料

复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室、集成电路与微纳电子创新学院周鹏-马顺利团队研制的“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。

“超长寿命”与“超低功耗”作为系统两大核心优势，奠定二维电子系统在深空探测、高轨卫星、星际通信等前沿空间任务中的独特竞争力，这一突破填补了二维电子器件太空在轨验证的空白，也开辟了“原子层半导体太空电子学”的创新领域，将进一步助力我国空间电子器件跨越式发展，为人类探索浩瀚宇宙征途迈出重要一步。

高性能通信系统始终是太空任务的“关键纽带”。然而，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，严重威胁航天器在轨寿命。更为棘手的是，一旦电子系统在太空中失效，几乎无法维修，高昂的替换成本往往令任务难以为继。

当前主流的抗辐射方案是，增加屏蔽层或采用冗余加固电路。如此一来，虽能提升可靠性，却也带来了体积增大、重量上升、功耗攀升等代价，与未来航天系统“轻量化、智能化、低成本”的发展趋势背道而驰。因此，发展兼具小尺寸、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突破口。

就此，复旦大学周鹏-马顺利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，进而有望达成空间辐射免疫。“原子层级二维材料具备天然的抗辐射优势，使其有望成为构建下一代空间电子系统的理想候选。”周鹏教授还引用金庸武侠小说里“他强由他强，清风拂山冈”作比，强调达到空间辐射免疫这一重要优势。

4英寸原子层半导体抗辐射射频通信芯片

信号复原准确

复旦校歌去太空遨游了一圈

如何验证从实验室走向航天应用的可行性？团队半开玩笑地说，幸运地“蹭”到了一个千载难逢的机遇。

烈焰升腾、海洋震颤。2024年9月24日“复旦一号（澜湄未来星）”在山东海阳东方航天港发射。研究团队便依托这一卫星平台，在国际上首次实现基于原子层半导体的抗辐射射频通信系统（“青鸟”系统）的在轨验证，直接揭示该系统在真实宇宙辐射环境下的长期工作稳定性与可靠性。

周鹏介绍，研究团队基于成熟的晶圆级二维工艺，设计并制备了4英寸基于单层二硫化钼（MoS2）的抗辐射集成射频（12~18 GHz）发射机-接收机系统，能够应用于星载通信。与此同时，团队还将“复旦大学校歌”的原始手稿照片存入“青鸟”系统的存储器中，完成了以“复旦大学校歌”为信号的太空星内通信传输，经卫星天线发射并返回地面站解码后，“复旦大学校歌”信号复原准确无误。

这也意味着，研究团队从粒子辐射损伤的物理机制出发，揭示原子层级材料的辐射免疫机制，不仅填补二维电子器件空间在轨验证的空白，更开辟了“原子层半导体太空电子学”的创新领域。

“青鸟”系统在轨运行9个月后，传输数据的误码率仍低于10-8，展现其优异的抗辐射性和长期稳定性。而即使在辐射环境更为恶劣的地球同步轨道（GEO）上，该二维星载通信系统的理论在轨寿命预计可达271年，较传统硅基系统提升两个数量级。面对太空任务中能源极度受限的现实挑战，系统发射机-接收机链路的功耗不足传统硅基射频系统的五分之一，也可显著降低对星上能源的需求。

马顺利副教授进一步解释说，主要是因为当辐射粒子穿过原子层的时候，辐射粒子并不会停留在这层原子层，而是直接穿过原子层，它对原子层本身几乎没有伤害，这就让“超长寿命”成为可能。与此同时，原子层级别的芯片厚度，降低了传输损耗，从而整个功耗极大降低。正是“超长寿命”与“超低功耗”，共同奠定二维电子系统在前沿空间任务中的独特竞争力。马顺利乐观地预估，在未来的太空算力上，包括太空通信领域方面，它可以取代硅的某一部分功能，从而在星地通信、星际通讯上，都可以用原子层半导体来实现。

此次，复旦大学集成电路与微纳电子创新学院、集成芯片与系统全国重点实验室马顺利副教授和周鹏教授为论文通讯作者，博士后朱立远为论文第一作者。团队介绍，未来，基于原子层半导体的抗辐射电子技术或将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，持续吸引全球学术界与产业界的深度布局，加速二维材料走向“工程现实”，有望为我国空间电子器件带来跨越式发展。

青年报·青春上海记者 刘昕璐/文、视频

编辑：陆天逸

来源：青春上海News—24小时青年报