在浩瀚宇宙中，电子设备面临强辐射、极端温差等严苛考验，传统抗辐射方案依赖厚重屏蔽层或复杂电路加固，虽能提升可靠性，却导致设备体积庞大、能耗高昂，难以满足未来航天任务对轻量化和低功耗的迫切需求。这一矛盾促使科研人员探索全新路径——从材料本质入手，寻找天然抗辐射的解决方案。
集成芯片与系统全国重点实验室的周鹏-马顺利团队，将目光投向极薄的二维材料。通过重新推导辐射粒子在半导体中的作用机制，团队发现材料厚度与辐射损伤呈正相关：传统材料如厚木板，粒子撞击后易留下不可逆损伤；而原子层半导体薄如蝉翼，粒子可穿透而不造成破坏，形成独特的“空间辐射免疫”效应。这一发现为构建轻量化、低功耗的空间通信系统提供了理论支撑。
从实验室理论到工程应用，团队历经四年攻关。二维材料的设计与制造尚处早期阶段，缺乏成熟工具链和验证经验。团队需自主研发材料生长、晶体管制备、电路功能构建等全流程技术，甚至开发面向二维器件的专用设计工具。2024年9月24日，“复旦一号（澜湄未来星）”卫星发射升空，搭载的“青鸟”原子层半导体抗辐射射频通信系统完成首次在轨验证。这一系统以复旦大学校歌手稿照片为测试载体，成功实现星地通信链路建立与数据完整回传，标志着二维材料在航天工程中的关键突破。
在轨数据显示，“青鸟”系统运行稳定，数据传输误码率低于10⁻⁸，理论寿命超过271年（基于地球同步轨道年均辐射剂量推算），功耗仅为传统硅基系统的五分之一。团队负责人表示，这一成果不仅降低卫星能源消耗，更减少因设备失效需频繁补网发射的需求，为资源紧张的太空环境提供高效解决方案。例如，在地球同步轨道高辐射背景下，传统系统可能因辐射损伤快速失效，而“青鸟”系统凭借材料优势可长期稳定运行。
目前，团队已实现4英寸晶圆制备工艺与现有硅基半导体生产线的兼容投产，全链条技术具备产业化潜力。下一步计划将射频通信系统转化为产品，并向企业开放器件设计平台与材料制备工艺，推动技术落地应用。研究团队正探索将原子层半导体应用于太空计算系统，聚焦图像处理、数据压缩等低功耗边缘计算任务，为“算力上天”提供可能。
上海在二维电子系统领域具备独特优势：高校在材料、器件、集成系统研究方面基础雄厚，本地产业生态与卫星平台支撑能力成熟，形成从材料到系统的完整闭环。随着“青鸟”系统从实验室走向太空，二维材料的应用场景正从卫星通信向太空算力延伸，为深空探测、高轨卫星、星际通信等领域注入新动能。
相关研究成果发表于《自然》期刊，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-10027-9
