复旦同日两篇《自然》亮相:原子层抗辐射射频系统完成在轨验证,低维反铁磁实现可控双稳态翻转

太空环境对电子系统构成严峻挑战。

高能粒子和宇宙射线的轰击会导致器件性能衰退甚至完全失效,而太空中的设备维修几乎不可能。

传统硅基电子系统在无防护状态下,平均在轨寿命仅约三年。

为应对这一难题,业界长期采用增加屏蔽层或冗余加固电路的方法,但这些方案会显著增加系统的重量、体积和功耗,对航天任务造成沉重负担。

复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室的周鹏教授、马顺利副教授团队另辟蹊径,从物理机制层面重新审视这一问题。

他们成功研制了"青鸟"原子层半导体抗辐射射频通信系统,并依托2024年9月发射的"复旦一号"卫星平台,在国际上首次实现了基于二维电子器件与系统的在轨验证。

这一突破标志着原子层半导体太空电子学领域的里程碑式进展。

"青鸟"系统的性能指标令人瞩目。

根据理论测算,即便在辐射强度更高的地球同步轨道,该系统的预期寿命仍可达271年,是传统硅基系统的百倍以上。

在功耗方面,其射频链路功耗仅为传统硅基系统的五分之一以下,大幅降低了对星载能源的需求。

这两项核心优势使该系统在深空探测、高轨卫星等长周期、能源受限的任务中具有独特竞争力。

周鹏教授指出,这项工作的深层价值在于"开辟了一个新领域"。

它首次证实了原子层半导体器件与系统在太空环境中可靠工作的可能性,填补了该领域在轨实证数据的空白。

研究团队完整串联了理论推导、地面实验与太空实证,完成了从物理机制认识到工程实践验证的全过程。

该技术的应用前景广阔。

研究团队计划下一步发展基于该技术的星载算力平台,实现太空中的实时信息处理。

同时,其抗辐射特性也适用于地面极端环境,包括核电站监测、核聚变装置内部探测、危险环境救援机器人等领域,在脑机接口、柔性电子等前沿方向同样备受关注。

与此同时,复旦大学物理学研究团队在反铁磁材料领域也取得重要进展。

他们报道了一类特殊的低维反铁磁体系能够在外磁场下像铁磁体一样展现出确定性的双稳态整体切换现象。

这一发现推动了反铁磁材料研究从"有趣而无用"向"可读可写"的关键转变。

长期以来,如何有效探测二维层间反铁磁性面临诸多技术瓶颈。

传统实验方法难以适用于表征仅原子级厚度、微米级横向尺寸的层状反铁磁材料。

复旦大学物理学系教授吴施伟领衔的实验团队基于多年技术积淀,设计并成功研制了具有自主知识产权的无液氦多模态磁光显微系统,成功捕捉到了低维反铁磁体的双稳态翻转现象。

这项研究完善了经典磁学理论框架,揭示了低维层间反铁磁体磁化翻转的关键因素与独特效应。

反铁磁材料因其零磁矩特性,在信息存储和处理中具有天然优势,有望为开发新一代低功耗、高速运算芯片提供新的技术路径。

两项研究均获得了科技部、国家自然科学基金委、上海市科委等多个项目的资助,体现了国家对基础研究和前沿科技的持续支持。

从浩瀚太空到微观世界,复旦大学的两项突破性研究生动诠释了基础研究与应用技术的深度融合。

在科技自立自强的国家战略指引下,这些成果不仅填补了国际学术空白,更展现出中国科研团队解决“卡脖子”难题的创新智慧。

随着太空探索与信息技术的快速发展,此类原创性研究将持续为人类拓展认知边界、突破技术极限提供关键支撑。