我校2项科研成果于1月29日凌晨同时发表于《自然》（Nature）。
集成芯片与系统全国重点实验室集成电路与微纳电子创新学院周鹏、马顺利团队研制“青鸟”原子层半导体抗辐射射频通信系统依托“复旦一号”（澜湄未来星）卫星平台，在国际上首次实现基于二维电子器件与系统的在轨验证，开辟了原子层半导体太空电子学领域，标志着人类向构建高可靠、轻量化太空电子系统迈出关键一步。
应用表面物理全国重点实验室吴施伟、袁喆团队发现了一类特殊的低维反铁磁性体系，首次观测到其在外磁场下展现出确定性的双稳态整体切换，并完善了经典理论框架用以描述其背后的物理机制该成果，揭示了低维层状反铁磁体磁化翻转的关键因素与独特效应，推动反铁磁材料研究迈出从“有趣而无用”到“可读可写”的关键一步，为开发新一代低功耗、高速运算芯片提供了新路径。
全球首次实现二维电子器件的太空在轨验证
高性能通信系统始终是太空任务的“关键纽带”。然而，在太空中，高能粒子等空间辐射无处不在，严重威胁着航天器的在轨寿命。
如何才能增强电子器件的抗辐射能力，让通信系统寿命更长？当前主流的抗辐射方案与未来航天系统“轻量化、智能化、低成本”的发展目标背道而驰。
面对这一挑战，周鹏-马顺利团队创新电子通信系统，提出全新的技术路径。“加强化学键强度、增加冗余等传统抗辐射方案，都是在进行硬性对抗。而我们秉持‘它强由它强，明月照大江’的理念，让辐射粒子‘穿堂而过’、不做停留，好比现实世界里的玻璃对于可见光，二者和谐共处，不带来伤害。”周鹏解释。
历经五年多探索，团队在材料、器件、搭载卫星等多点协同攻关，制备了4英寸基于单层二硫化钼（MoS2）的抗辐射集成射频（12~18 GHz）通信系统，该系统被命名为“青鸟”，能够应用于星载通信。
研制“青鸟”（QingNiao）原子层半导体抗辐射射频通信系统，搭载卫星成功发射。随着“青鸟”系统将《复旦大学校歌》成功传回地面，开辟了“原子层半导体太空电子学”的创新领域，“超长寿命”与“超低功耗”的双重优势，为二维电子系统在深空探测、高轨卫星等空间任务中带来了独特竞争力。
“在航天领域，可靠性和功耗往往比极致的小型化更重要。”周鹏指出，该系统在长寿命与低功耗方面的天然优势，使其在规模化应用后，全生命周期成本将显著低于传统抗辐射方案，“是一个价值可达数十亿甚至百亿美元级别的潜在市场”。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-10027-9
反铁磁的“集体舞蹈” 从“有趣无用”到“可读可写”
在磁学领域中，物理学家们对一种叫“反铁磁”的材料又爱又愁。它比人们手机、电脑里使用的铁磁更稳定、更抗干扰，而且理论上运算速度能快上千倍，是制造高速率、低功耗器件的理想材料。
然而，反铁磁像一对紧紧抱在一起、方向完全相反的磁铁，整体看起来没有磁性，也对外磁场不敏感。因此，常规手段难以探测到它，且很难去操控和改变它的状态。正因如此，因反铁磁理论工作获诺贝尔奖的物理学家Louis Néel认为，反铁磁材料是“有趣而无用的”（interesting but useless）。
近几年，二维层状反铁磁材料因其独特的层状磁结构和多样的调控手段而备受关注，但这种材料薄到仅有几个原子层，横向尺寸也只有微米大小，国际上长期缺乏有效的实验平台用以研究。
对此，吴施伟团队成功研制了具有自主知识产权的无液氦非线性磁光显微系统，为低维反铁磁性的实验研究建立了新型范式。
一般而言，当一束红光照射在材料表面，反射出来的光通常也是红色。但若材料的某种“对称性（中心反演对称性）”被打破，就会发出不同颜色的倍频光。这种信号，被称为“二次谐波”。
“层间反铁磁结构可以打破这种‘对称性’，加之非线性光学二次谐波具有原子层灵敏度，因此特别适合于研究常规实验手段无法探测的低维层间反铁磁性。这跟杨振宁、李政道先生强调的‘对称性是物理学根源之一’的理念是相通的。”吴施伟解释，“尽管如此，强磁场下的非线性光学研究极易受测量系统中非材料本征的法拉第效应的影响，不过我们也具备相应解决方案以有效剔除实验假象。”
当有了二次谐波这盏低维反铁磁性的“探照灯”后，团队便能目睹各种层状反铁磁体在磁场下的真实行为。最理想的状态，是所有磁性层同时发生“整体翻转”，即舞者的步调完全一致，同一时间内上下层全体同步“转身”，在保持反铁磁态的基础上实现方向的切换，即“层间锁定型”。寻找满足这一要求的反铁磁材料，对于构建基于反铁磁的新型存储器件至关重要。
当团队发现，偶数层CrPS4的信号强度在磁场下竟表现为单一的磁滞回线时兴奋不已——这意味着反铁磁体可以被磁场整体切换，并且能够用非线性光学手段灵敏地捕捉到这一行为，令反铁磁材料研究实现了从“有趣而无用”到“可读可写”的关键跨越。
物理研究不仅在于发现现象，更在于理解其本质。袁喆领衔的理论物理团队，为实验发现建立起了一套坚实而优美的理论框架。受经典铁磁“Stoner-Wohlfarth模型”启发，团队将其推广至反铁磁体系，创新性地提出了“Stoner-Wohlfarth反铁磁模型”，用于定量判断任意二维层状反铁磁体的磁切换行为。
该模型不仅完美解释了为何CrPS4等材料（类似的还有MnBi2Te4）是理想的反铁磁材料，更为未来定向设计高性能反铁磁材料提供了关键理论指引。日后，Stoner-Wohlfarth反铁磁模型有望写入教科书，成为反铁磁领域的标准模型之一。它的提出与完善，生动诠释了理论物理和实验物理的紧密协作。
“我们想从理论上再往前走得更远一些，做更多的探索。”团队期待，该成果能为反铁磁动力学基础研究以及技术应用带来变革性突破，加速低维磁性研究，为未来低维磁性材料集成到自旋电子学等领域开辟新的路径。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-10019-9
本报记者 邓 晗 殷梦昊
