在太空中存活270年的电路

太空环境对电子设备极其残酷，因为离开地球的保护性磁场后，在宇宙射线和高能粒子大量轰击下，精密电路会慢慢被侵蚀。这些看不见的冲击会损坏部件、破坏数据、缩短航天器寿命。为了解决这一挑战，目前大家都是在航天器重要敏感的电子部位增加厚重的防护层，但会增加额外的重量，限制载荷能力。

最近，复旦大学的研究人员发表在《自然》杂志的创新实验结果，让科学界看到了未来抗辐射电路的研究方向。

研究人员使用二硫化钼（MoS₂），制成仅一层原子厚的化合物——约0.7纳米。理论上，这么微小的维度，已经没有什么材料结构可被入侵的辐射粒子破坏。因此，太空中高能粒子穿过如此薄的物质层，不会产生传统硅芯片的缺陷。这层单层MoS₂薄膜生长在一块4英寸的晶圆上，采用HfO₂（二氧化铪）作为绝缘栅极，并且制作成晶体管结构，然后将这些晶体管连接成一个完整的包含发射器和接收器的无线（RF）通信系统，工作频率在12到18吉赫之间，可以在卫星上发送和接收信号。

在将实验电路送入太空之前，研究人员在地球上用强烈的伽马辐射对其进行了轰击，模拟其在太空地球轨道上经历的环境。然后使用电子显微镜观察电路 结构，能量色散X射线光谱仪检测化学成分，拉曼光谱对薄膜进行扫描探伤，结果是没有明显的结构或化学降解迹象。并且在电性能方面，表现几乎与高辐射前完全相同，保持了超高的开关比，泄漏电流小，低功耗，很符合航天器要求。

随后，团队将基于MoS₂的通信系统发射约517公里的低地球轨道，运行了九个月。发现其9个月后，传输数据的比特错误率（BER）始终低于10的负8次方以下，这表明其具有显著的抗辐射能力和长期稳定性。（参考误码率，地面千兆网限制为10⁻¹⁰，我国光缆通信系统的误码率要求优于10⁻⁹，量子保密通信合法用户的BER需低于10⁻⁶）

经过实际运行，基于轨道上收集的辐射数据和太空环境模型，研究人员估计这种电路在地球同步轨道的太空环境中能够生存长达271年。尽管当前系统展示的仅是无线通信电路，完整的航天器电子系统涉及处理器、存储系统和电源管理单元等，但这种原子级电路设计有可能改变航天器设计。卫星无需依赖臃肿的屏蔽装置，而可以使用本身具有抗辐射能力的电路。这将极大减轻航天器发射重量，腾出空间安放更多的科学仪器载荷，并且极大延长卫星、深空探测器和远地轨道通信平台的使用寿命。