Введение

Современные технологии стремительно развиваются, и с каждым годом мы наблюдаем новые достижения в области электроники, особенно в космических исследованиях. Исследования, проведенные группой ученых из Китая, показывают, что электроника на атомном уровне, сделанная из дисульфида молибдена, может не только выдерживать космическую радиацию, но и служить на орбите в течение столетий.

Космическая радиация и электроника

Находясь за пределами магнитного поля Земли, электронные компоненты космических аппаратов подвергаются постоянному воздействию космических лучей и тяжелых ионов. Хотя системы можно защитить с помощью радиационно-защитных материалов, это занимает драгоценное пространство и увеличивает массу аппарата, что, в свою очередь, приводит к росту затрат на запуск.

Инновационные материалы для электроники

Одним из наиболее перспективных решений являются ультратонкие материалы, такие как дисульфид молибдена (MoS₂). Этот материал, состоящий всего из одного атомного слоя толщиной около 0.7 нанометров, уже продемонстрировал свою устойчивость к радиационным повреждениям в предыдущих лабораторных исследованиях.

Строгие испытания на прочность

В последнем исследовании команда под руководством Пэна Чжоу из Университета Фудань подвергла этот материал самым жестким испытаниям. Они разработали радиочастотную коммуникационную систему на основе транзисторов из MoS₂, которая затем была подвергнута мощным импульсам гамма-излучения, имитирующим условия, с которыми сталкиваются электроника в космосе.

• Исследователи использовали передовые методы визуализации и спектроскопии для анализа состояния MoS₂ до и после облучения.
• Методы, такие как трансмиссионная электронная микроскопия, позволили получить высокоразрешающие изображения структуры материала.
• Спектроскопия Рамана была использована для проверки структурной целостности пленки после облучения.

Результаты анализа показали отсутствие явных признаков структурных или химических повреждений в пленке толщиной в один атом.

Электрические характеристики в условиях радиации

После облучения электроника показала практически неизменные электрические характеристики, с высокими коэффициентами включения-выключения и минимальными потерями тока при приложении напряжения. Устройства на основе MoS₂ также продемонстрировали низкое потребление энергии, что является важным преимуществом для космических аппаратов с ограниченными энергетическими ресурсами.

Тестирование в космосе

После успешных лабораторных испытаний исследователи решили протестировать систему в условиях низкой околоземной орбиты. На высоте около 500 километров, аналогичной высоте многих коммуникационных спутников, устройство продолжало надежно функционировать в течение 9 месяцев, демонстрируя крайне низкий уровень ошибок в передаче данных. К концу эксперимента система смогла безупречно передать полную версию гимна Университета Фудань.

Долговечность в космосе

Исходя из полученных результатов, команда оценивает, что электроника из атомарно тонкого MoS₂ может прослужить около 271 года на геосинхронной орбите, что значительно превышает срок службы традиционных кремниевых технологий. Если эти данные будут подтверждены в будущих миссиях, такая радиационная устойчивость может стать основой для создания более легкой и долговечной электроники для глубококосмических исследований и высокоорбитальных коммуникаций.

Заключение

Достижения в области атомно-тонкой электроники открывают новые горизонты для космических технологий. Устойчивость материалов к космической радиации может не только снизить затраты на запуск, но и продлить срок службы космических аппаратов, что является важным шагом в развитии исследования космоса.