Чипы из дисульфида молибдена смогут работать на орбите веками
В исследовании, опубликованном в Nature, ученые из Фуданьского университета подвергли компоненты, состоящие из этого материала, серии строгих испытаний, и убедились, что в суровых условиях космического пространства их работа практически не страдает.
Электронные компоненты современных космических аппаратов, не защищенные магнитным полем Земли, чрезвычайно уязвимы для постоянного воздействия космических лучей и тяжелых ионов. Хотя бортовые системы можно экранировать с помощью радиационно-защитных материалов, такой подход требует дополнительного места и увеличивает вес космического аппарата. Эта дополнительная масса увеличивает стоимость запуска и может ограничить полезную нагрузку для научных приборов или средств связи. Гораздо лучшим решением было бы изготавливать электронику из материалов, которые по своей природе устойчивы к радиационному воздействию.
Один из наиболее перспективных путей развития связан с использованием высокопроводящих ультратонких материалов, таких как дисульфид молибдена (MoS₂). Этот материал толщиной всего в один атомный слой — около 0,7 нанометра — уже доказал свою устойчивость к радиационным дефектам в ходе предыдущих лабораторных исследований.
В своей последней работе исследователи подвергли материал самому тщательному испытанию. Сначала они вырастили монослой MoS₂ и использовали его для создания системы радиочастотной связи на основе транзисторов. Затем схемы подверглись воздействию мощных гамма-всплесков, получив дозу облучения, сравнимую с той, которой подвергаются электронные устройства, работающие в космосе.
Чтобы оценить последствия облучения, исследователи использовали ряд передовых методов визуализации и спектроскопии для сравнения состояния MoS₂ до и после облучения.
Просвечивающая электронная микроскопия позволила получить изображения поперечного сечения материала с высоким разрешением, а энергодисперсионная спектроскопия — изучить любые изменения в его химическом составе.
После облучения с помощью рамановской спектроскопии были проведены измерения в нескольких точках по всей площади пленки, чтобы детально изучить ее структурную целостность. В совокупности этот тщательный анализ не выявил явных признаков структурных или химических повреждений в атомарно тонкой пленке.
Затем команда приступила к изучению электрических характеристик схемы. К счастью, после облучения они практически не изменились: коэффициент включения-выключения был очень высоким, а утечка тока при подаче напряжения — минимальной. Устройства на основе MoS₂ также потребляли мало энергии, что является важным преимуществом для космических аппаратов с ограниченным энергопотреблением.
Продемонстрировав устойчивость системы в лабораторных условиях, исследователи пошли дальше: они вывели на низкую околоземную орбиту схему на основе MoS₂. Устройство, работающее на высоте около 500 километров, сравнимой с высотой многих спутников связи, продолжало стабильно функционировать в течение 9 месяцев, при этом частота ошибок при передаче данных была крайне низкой.
Основываясь на этих результатах, команда исследователей пришла к выводу, что электроника, изготовленная из атомарно тонкого молибдена, может прослужить около 271 года на геосинхронной орбите, что намного дольше, чем срок службы компонентов на основе кремния. Если в ходе будущих миссий подтвердится, что молибден обладает естественной радиационной стойкостью, это может открыть путь к созданию более легкой и долговечной электроники для космических аппаратов, предназначенных для исследования дальнего космоса и связи на высоких орбитах.
Сообщение Чипы из дисульфида молибдена смогут работать на орбите веками появились сначала на Время электроники.