太空環(huán)境對電子設(shè)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(shù)據(jù)、縮短航天器壽命。為了解決這一挑戰(zhàn)，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(fù)旦大學(xué)的研究人員發(fā)表在《自然》雜志的創(chuàng)新實驗結(jié)果，讓科學(xué)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(jīng)沒有什么材料結(jié)構(gòu)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(zhì)層，不會產(chǎn)生傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)，然后將這些晶體管連接成一個完整的包含發(fā)射器和接收器的無線（RF）通信系統(tǒng)，工作頻率在12到18吉赫之間，可以在衛(wèi)星上發(fā)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(jīng)歷的環(huán)境。然后使用電子顯微鏡觀察電路 結(jié)構(gòu)，能量色散X射線光譜儀檢測化學(xué)成分，拉曼光譜對薄膜進行掃描探傷，結(jié)果是沒有明顯的結(jié)構(gòu)或化學(xué)降解跡象。并且在電性能方面，表現(xiàn)幾乎與高輻射前完全相同，保持了超高的開關(guān)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(tǒng)發(fā)射約517公里的低地球軌道，運行了九個月。發(fā)現(xiàn)其9個月后，傳輸數(shù)據(jù)的比特錯誤率（BER）始終低于10的負(fù)8次方以下，這表明其具有顯著的抗輻射能力和長期穩(wěn)定性。（參考誤碼率，地面千兆網(wǎng)限制為10?1?，我國光纜通信系統(tǒng)的誤碼率要求優(yōu)于10??，量子保密通信合法用戶的BER需低于10??）

經(jīng)過實際運行，基于軌道上收集的輻射數(shù)據(jù)和太空環(huán)境模型，研究人員估計這種電路在地球同步軌道的太空環(huán)境中能夠生存長達271年。盡管當(dāng)前系統(tǒng)展示的僅是無線通信電路，完整的航天器電子系統(tǒng)涉及處理器、存儲系統(tǒng)和電源管理單元等，但這種原子級電路設(shè)計有可能改變航天器設(shè)計。衛(wèi)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(fā)射重量，騰出空間安放更多的科學(xué)儀器載荷，并且極大延長衛(wèi)星、深空探測器和遠(yuǎn)地軌道通信平臺的使用壽命。