Космический молибден может заменить кремний

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature, учёные Фуданьского университета провели серию испытаний, чтобы оценить устойчивость электронных компонентов, изготовленных из дисульфида молибдена (MoS₂), к условиям космического пространства. В ходе экспериментов они выяснили, что эти компоненты сохраняют свою работоспособность даже при экстремальном радиационном воздействии.

Современные космические аппараты оснащены электронными компонентами, которые без защиты магнитного поля Земли уязвимы для космических лучей и тяжёлых ионов. Традиционно для защиты бортовой аппаратуры используются радиационно-защитные материалы, но это увеличивает вес и стоимость запуска, а также ограничивает полезную нагрузку. Более перспективным решением является создание электроники из материалов, устойчивых к радиации.

Как сообщает портал «Время электроники», дисульфид молибдена, обладающий высокой проводимостью и толщиной всего в один атомный слой (около 0,7 нанометра), уже показал свою радиационную стойкость в лабораторных условиях. В новом исследовании ученые вырастили монослой MoS₂ и применили его для создания радиочастотной системы на основе транзисторов. Затем они подвергли эти схемы воздействию мощных гамма-всплесков, имитируя условия, с которыми сталкиваются космические аппараты.

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 плёнки, чтобы детально изучить её структурную целостность. В совокупности этот тщательный анализ не выявил явных признаков структурных или химических повреждений в атомарно тонкой плёнке.

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 лёгкой и долговечной электроники для космических аппаратов, предназначенных для исследования дальнего космоса и связи на высоких орбитах.