1月28日，复旦大学在国际顶级科研期刊《Nature 》连续发表两项科研成果。
复旦周鹏教授团队实现二维电子器件与系统国际首次在轨验证
1月28日，复旦大学集成电路与微纳电子创新学院副院长周鹏教授、马顺利副教授为论文联合通讯作者在《自然》发表题为“Radiation-tolerant atomic-layer-scale RF system forspaceborne communication”的研究成果。复旦大学为论文的第一完成单位。论文第一作者是复旦大学博士后朱立远。
来自复旦大学的科研团队首次实现基于原子层半导体的射频通信系统在轨运行验证。他们研制的“青鸟”原子层半导体抗辐射射频通信系统，依托极薄的二维材料，展现出稳定运行与抗辐射性能，为构建更轻、更节能的空间通信系统提供了新的可能性。“超长寿命”与“超低功耗”两大核心优势，奠定二维电子系统在深空探测、高轨卫星、星际通信等前沿空间任务中的独特竞争力。
2024年9月24日，“复旦一号（澜湄未来星）”卫星成功发射。依托“复旦一号（澜湄未来星）”卫星平台，在国际上首次实现“青鸟”系统的在轨验证，直接揭示了该系统在真实宇宙辐射环境下的长期工作稳定性与可靠性。
与许多“高冷”的技术任务不同，“青鸟”携带了一段特殊的“行李”，复旦大学校歌的手稿照片。这份承载百廿校园记忆的文稿被存入系统存储器中，在完成星内通信传输后，由卫星天线发回地面，再由地面站完成接收与解码。
“青鸟”系统的在轨表现也经受住了时间考验。在轨9个月后，其数据传输误码率仍低于10⁻⁸，展现出优异的稳定性。研究团队还对该系统在地球同步轨道（GEO）环境下的理论寿命进行了推算，结果显示其可在高辐射背景下运行超过271年——这一数据基于GEO年均辐射剂量与地面加速实验相结合得出。
此外，系统整体功耗仅为传统硅基系统的五分之一。“这两点结合起来，一方面能降低卫星服役过程中的能源消耗，另一方面也大幅减少了因设备失效而频繁发射补网卫星的必要性。”团队指出。在资源紧张的太空环境中，每一克重量、每一瓦能量都事关成败，“青鸟”系统以几近极限的技术指标，为航天通信提供了一种新的可能。
复旦吴施伟与袁喆研究团队揭示低维层间反铁磁体系的磁翻转动力学现象与机制
1月28日，复旦大学物理学系吴施伟教授与理论物理与信息科学交叉中心袁喆教授为论文联合通讯作者在《自然》发表题为“Ferromagnet-like binary switching of a Stoner–Wohlfarth antiferromagnet”的研究成果。复旦大学为论文的第一完成单位。论文第一作者是复旦大学博士生王占山、相怡宁。
来自复旦大学的科研团队在低维层间反铁磁体系中发现了一类“Stoner–Wohlfarth反铁磁体”。这类材料在外磁场下能够像铁磁体一样展现出确定性的双稳态整体切换。团队利用自主开发的多模态磁光显微技术成功捕捉到这一现象，并完善经典的磁学理论框架用以描述其背后的物理机制。该工作揭示了低维层间反铁磁体磁化翻转的关键因素与独特效应，为开发新一代低功耗、高速运算芯片提供了全新路径。
磁性材料探索和磁性理论研究持续推动信息技术发展。常规磁性器件（如机械硬盘、磁随机存储器等）均以铁磁材料作为存储单元，其非零磁化可天然用于二进制数据的存储：磁化方向为“上”代表“0”，而“下”则为“1”。类似地，反铁磁材料的磁态（奈尔序）也可表示为二进制比特位。相比于铁磁体，其杂散场弱、动力学过程快等优势有助于开发更高密度、更快运行速度的磁性存储器。然而，反铁磁体没有宏观磁化，如何可靠地调控奈尔序的方向是其应用于磁存储的一个重要技术难题。
近年来，二维范德华反铁磁体系因其丰富的反铁磁基态和多样的物性调控手段而备受关注。其中，层间反铁磁体尤为特殊（图1左），其层内保持铁磁耦合，层间为反铁磁耦合，且后者的耦合强度较前者相差甚远，因而材料的奈尔序更易实现调控。在已报道的二维层间反铁磁体中，如CrI3与CrSBr，研究团队已对其磁场下的磁态演变特性有所研究，均表现为层间自由型——反铁磁态随磁场相继逐层翻转（图1中）。但这种方式下，调控奈尔序的同时会破坏原有反铁磁态。更理想的反铁磁调控是能够在保持反铁磁态的基础上实现奈尔序方向的切换，即层间锁定型——所有磁性层同时发生整体性的双态切换（图1右），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。
图1：二维层间反铁磁的两类磁化翻转行为
此外，如何探测二维层间反铁磁性也面临诸多技术瓶颈与实验挑战。传统实验方法难以适用于表征仅原子级厚度、微米级横向尺寸的层状反铁磁材料，国际上也长期缺乏有效的实验研究平台。对此，复旦大学物理学系吴施伟教授领衔的实验团队基于多年的技术积淀，设计并成功研制了具有自主知识产权的无液氦多模态磁光显微系统。结合非线性光学二次谐波技术，吴施伟教授团队曾在二维反铁磁材料CrI3中观测到源于层间反铁磁性的巨大非互易二次谐波响应[Nature 572(7770): 497-501 (2019)]。这项创新性研究揭示了非线性光学响应与磁对称性间的内在关联，为后续二维磁性体系中新奇磁学现象的探索建立了新型范式。
团队成员创新性地提出Stoner-Wohlfarth反铁磁模型，并推导出反铁磁的“特征交换尺寸”以充当两类行为的判据（图1）。“这一物理量非常直观，”博士生相怡宁比喻道，“它衡量的是反铁磁序的‘影响力’在垂直方向上能延伸多远。如果这个‘影响力’可以跨越层与层之间的间距，那么将导致层间锁定型切换；反之，层与层之间就相对独立，表现为层间自由型切换。这一判据告诉我们，除了CrPS4，MnBi2Te4也属于‘Stoner-Wohlfarth反铁磁体’。”这一简洁而深刻的判据，不仅完美解释了现有实验，更像一张导航图，为未来按需设计与搜寻具有理想翻转特性的反铁磁材料提供理论指引。
偶数层的层状反铁磁体本身净磁化为零，两个反铁磁态在能量上完全简并，理论上难以被磁场驱动，让其发生确定性整体切换的动力是什么？
对此，团队提出“层共享效应”（参见动画）。值得一提的是，这一效应最先由吴施伟教授团队在层间自由型CrSBr中指出[Nat. Mater. 24(2): 226-233 (2025)]。无独有偶，该工作在层间锁定型CrPS4中同样发现了该效应。“由于实际样品在横向上难以避免地奇偶层相连，具有非零磁化的奇数层区域率先在磁场下翻转并形成磁畴壁。”博士生王占山表示，“如同‘多米诺骨牌’现象，随后材料中极强的层内交换作用驱动着后续的横向畴壁传播，最终触发偶数层区域的集体翻转。”
gif动画：二维层间反铁磁体的“层共享效应”
尽管“层共享效应”均存在于两类层状反铁磁体，但层间耦合的弱或强将决定“磁多米诺骨牌”式行为能够在垂直维度上仅维持一层或传播到多层。如前所述，受限于“特征交换尺寸”的磁动力学特征，才是区分二者的关键判据。
编辑、审核：艾克旦
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