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Un team di ricercatori dell'Università di Fudan, in Cina, ha compiuto un passo avanti significativo nel campo dell'elettronica spaziale, sviluppando una tecnologia rivoluzionaria per creare componenti resistenti alle radiazioni. La loro innovazione si concentra sulla realizzazione di transistor con uno strato attivo sottilissimo, a livello atomico, rendendoli virtualmente immuni ai danni causati dalle particelle cosmiche.
I chip tradizionali, infatti, sono vulnerabili alle radiazioni presenti nello spazio, che possono comprometterne il funzionamento e ridurne la durata. L'approccio innovativo dei ricercatori consiste nel creare transistor così sottili che le particelle cariche li attraversino senza interagire significativamente con il materiale, minimizzando i danni. Per dimostrare la validità del concetto, il team ha realizzato un sistema di comunicazione basato su un monostrato bidimensionale di disolfuro di molibdeno (2D MoS₂). Su una piastra di 10 centimetri di questo materiale, hanno fabbricato trasmettitori e ricevitori radio completamente funzionanti.
Il sistema, operante nella gamma di frequenza 12-18 GHz, si è dimostrato efficace come mezzo di comunicazione spaziale. Il processo di creazione del dispositivo ha comportato la gestione di tutte le fasi di produzione, dalla crescita del materiale e dalla deposizione di strati metallici alla formazione dei canali dei transistor e al loro isolamento. I test di laboratorio, che hanno simulato l'esposizione a raggi gamma fino a dosi di 10 Mrad (Si), hanno evidenziato una notevole resistenza dei transistor, con una minima degradazione delle prestazioni. In particolare, il rapporto tra le correnti di accensione e spegnimento è rimasto elevato, mentre le perdite sono state ridotte al minimo.
La prova più convincente è stata rappresentata dai test orbitali reali. Il dispositivo è stato lanciato su un satellite in orbita terrestre bassa (circa 517 km), dove ha operato per nove mesi senza mostrare segni significativi di deterioramento. Durante questo periodo, il tasso di errore di bit (BER) nella trasmissione dei dati è rimasto costantemente inferiore a 10⁻⁸, un valore nettamente superiore agli standard richiesti per le comunicazioni spaziali. Il sistema ha trasmesso con successo dati, incluso l'inno dell'Università di Fudan, confermando la straordinaria resistenza alle radiazioni della tecnologia in condizioni reali di spazio. Questi risultati superano le performance di soluzioni consolidate come quelle proposte da aziende leader del settore, tra cui BAE Systems e Lockheed Martin, che utilizzano tecniche di schermatura e materiali specifici per proteggere i componenti elettronici dalle radiazioni.
Gli autori dello studio prevedono che questi semiconduttori 2D potrebbero operare per circa 270 anni anche in condizioni più estreme, come quelle dell'orbita geostazionaria, dove il livello di radiazioni è significativamente più elevato. Questa scoperta apre la strada alla creazione di elettronica ultraleggera, compatta e duratura, in grado di resistere alle rigide condizioni dello spazio profondo, delle orbite elevate e delle missioni interplanetarie di lunga durata, dove le tradizionali soluzioni in silicio sono rapidamente danneggiate e richiedono una protezione pesante e ingombrante. Un singolo componente spaziale danneggiato può compromettere il funzionamento di un satellite, con conseguenze economiche e strategiche significative. La nuova tecnologia potrebbe rivoluzionare il settore aerospaziale, rendendo le missioni spaziali più efficienti, affidabili e sostenibili.
Le implicazioni di questa ricerca sono enormi. La possibilità di creare elettronica resistente alle radiazioni apre nuove prospettive per l'esplorazione spaziale a lungo termine, consentendo la realizzazione di satelliti e sonde più affidabili e duraturi. Inoltre, la tecnologia potrebbe essere utilizzata per sviluppare dispositivi elettronici resistenti alle radiazioni anche in ambienti terrestri ostili, come le centrali nucleari o gli impianti di ricerca scientifica. La miniaturizzazione e la leggerezza dei componenti basati su MoS₂ rappresentano un ulteriore vantaggio, consentendo la progettazione di sistemi spaziali più compatti ed efficienti, riducendo i costi di lancio e aumentando la capacità di carico utile. La ricerca dell'Università di Fudan segna un punto di svolta nel campo dell'elettronica spaziale, aprendo la strada a una nuova era di esplorazione e scoperta.
