“青鳥”系統(tǒng)漫游蒼穹、低維反鐵磁“集體舞蹈”，北京時間2026年1月29日凌晨0點，復(fù)旦大學(xué)兩支科研團隊的成果在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》上線。

宇宙級的“浪漫”

復(fù)旦大學(xué)在原子層半導(dǎo)體太空電子學(xué)領(lǐng)域獲里程碑式突破：壽命更長、功耗更低的抗輻射射頻通信系統(tǒng)“青鳥”將《復(fù)旦大學(xué)校歌》送入太空。

復(fù)旦青鳥系統(tǒng)4英寸原子層半導(dǎo)體抗輻射射頻通信芯片  本文圖片均為復(fù)旦大學(xué)供圖

北京時間2026年1月29日凌晨0時，國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》正式上線復(fù)旦大學(xué)科研團隊的最新研究成果：集成芯片與系統(tǒng)全國重點實驗室、集成電路與微納電子創(chuàng)新學(xué)院周鵬教授、馬順利副教授團隊，成功研制“青鳥”原子層半導(dǎo)體抗輻射射頻通信系統(tǒng)，并依托2024年9月發(fā)射的“復(fù)旦一號（瀾湄未來星）”衛(wèi)星平臺，在國際上首次實現(xiàn)基于二維電子器件與系統(tǒng)的在軌驗證。

太空輻射環(huán)境是電子系統(tǒng)長期可靠工作的主要威脅。高能粒子、宇宙射線等易導(dǎo)致器件性能退化甚至失效，而太空中的設(shè)備幾乎無法維修。當(dāng)前主流抗輻射技術(shù)主要依靠增加屏蔽層或采用冗余加固電路，但這會顯著增加系統(tǒng)重量、體積和功耗。比如，傳統(tǒng)硅基電子系統(tǒng)在無特殊防護的情況下，平均在軌壽命僅約三年。

復(fù)旦大學(xué)團隊從物理機制層面重新思考這一問題，首次將理論推導(dǎo)、地面實驗與太空實證完整串聯(lián)，完成了從物理機制認(rèn)識到工程實踐驗證的全過程。

“青鳥”隨“復(fù)旦一號”翱翔太空

據(jù)理論測算，即便在輻射強度更高的地球同步軌道，“青鳥”的預(yù)期壽命仍可達271年，是傳統(tǒng)硅基系統(tǒng)的百倍。在功耗方面，其射頻鏈路功耗僅為傳統(tǒng)硅基系統(tǒng)的五分之一以下，顯著降低了對星載能源的需求。馬順利表示，超長壽命與超低功耗，這兩項核心優(yōu)勢使該系統(tǒng)在深空探測、高軌衛(wèi)星等長周期、能源受限任務(wù)中具有獨特競爭力。

周鵬強調(diào)，這項工作的價值在于“開辟了一個新領(lǐng)域”——原子層半導(dǎo)體太空電子學(xué)。它首次證實了此類器件與系統(tǒng)在太空環(huán)境中可靠工作的可能性，填補了該領(lǐng)域在軌實證數(shù)據(jù)的空白。

研究團隊介紹，下一步有望發(fā)展基于該技術(shù)的星載算力平臺，實現(xiàn)太空中的實時信息處理，該技術(shù)的抗輻射特性也適用于地面極端環(huán)境，如核電站監(jiān)測、核聚變裝置內(nèi)部探測、危險環(huán)境救援機器人等領(lǐng)域，在腦機接口、柔性電子等前沿方向同樣備受關(guān)注。

該項研究由復(fù)旦大學(xué)集成芯片與系統(tǒng)全國重點實驗室、集成電路與微納電子創(chuàng)新學(xué)院主導(dǎo)，現(xiàn)代物理研究所提供了重要的載荷設(shè)計支持。研究工作獲得了科技部、國家自然科學(xué)基金委、上海市科委等多個項目的資助。

低維反鐵磁的“集體舞蹈”

同日，《自然》在線發(fā)表了復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)研究團隊題為《斯通納-沃爾法思反鐵磁體的鐵磁型雙穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)》（“Ferromagnet-like binary switching of a Stoner–Wohlfarth antiferromagnet”）的研究成果。

此項研究報道了一類特殊的低維反鐵磁體系能夠在外磁場下像鐵磁體一樣展現(xiàn)出確定性的雙穩(wěn)態(tài)整體切換。團隊成員利用自主開發(fā)的多模態(tài)磁光顯微技術(shù)成功捕捉到這一現(xiàn)象，并完善經(jīng)典的磁學(xué)理論框架用以描述其背后的物理機制。該工作揭示了低維層間反鐵磁體磁化翻轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素與獨特效應(yīng)，推動反鐵磁材料研究邁出從“有趣而無用”到“可讀可寫”的關(guān)鍵一步，為開發(fā)新一代低功耗、高速運算芯片提供了新路徑。

如何探測二維層間反鐵磁性，也面臨諸多技術(shù)瓶頸與實驗挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)實驗方法難以適用于表征僅原子級厚度、微米級橫向尺寸的層狀反鐵磁材料，國際上也長期缺乏有效的實驗研究平臺。對此，復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教授吳施偉領(lǐng)銜的實驗團隊基于多年的技術(shù)積淀，設(shè)計并成功研制了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的無液氦多模態(tài)磁光顯微系統(tǒng)。

同為層間反鐵磁體，為何存在兩種截然不同的磁翻轉(zhuǎn)行為？這個問題的答案，需要深入到磁性的微觀相互作用中去尋找。由復(fù)旦大學(xué)理論物理與信息科學(xué)交叉中心教授袁喆領(lǐng)銜的理論團隊，為該工作的實驗現(xiàn)象提供了堅實而優(yōu)美的理論框架。

團隊提出了“層共享效應(yīng)”，博士生王占山解釋，其如同“多米諾骨牌”現(xiàn)象，隨后材料中極強的層內(nèi)交換作用驅(qū)動著后續(xù)的橫向疇壁傳播，最終觸發(fā)偶數(shù)層區(qū)域的集體翻轉(zhuǎn)。

低維反鐵磁的“集體舞蹈”：二維層間反鐵磁體的“層共享效應(yīng)”

該工作中基于光學(xué)二次諧波的非線性磁光顯微表征技術(shù)，在深入探索低維磁性的奇異物性與新穎現(xiàn)象上表現(xiàn)出巨大價值與潛力，為未來低維磁性材料集成到自旋電子學(xué)以及光電子領(lǐng)域中開辟了新的途徑。

吳施偉、袁喆為該工作的共同通訊作者。復(fù)旦大學(xué)博士生王占山、相怡寧為該工作的共同第一作者。復(fù)旦大學(xué)劉韡韜教授、孫澤元助理教授等共同參與研究討論，余偉超青年研究員共同參與理論計算。上海科技大學(xué)米啟兮教授和柳仲楷教授課題組為該工作提供了高質(zhì)量CrSBr晶體。中國人民大學(xué)雷和暢教授課題組為該工作提供了高質(zhì)量CrI3晶體。復(fù)旦大學(xué)張遠(yuǎn)波教授和阮威青年研究員課題組為該工作提供了高質(zhì)量MnBi2Te4樣品。該研究得到了國家重點研發(fā)項目、國家自然科學(xué)基金、上海市科委和上海市教委等的支持。