随着高效通信系统需求的不断增长，低功耗、低损耗的微波系统成为研究热点。然而，传统硅基微波电路因体结构的梯度掺杂浓度和大量界面陷阱限制，面临高损耗瓶颈。这不仅导致能耗高，还需要额外低效的高功率组件（如功率放大器和移相器）来弥补不足。二维半导体材料凭借其原子级厚度和天然钝化表面，有望突破硅基电路的物理极限。例如，基于二硫化钼（

　　）的射频开关展现了低插入损耗、高隔离度和零静态功耗等特性；但此前研究仍停留在器件或组件层面，难以实现系统级集成。另一方面，虽然已有石墨烯射频混频器的片上集成报道，但由于石墨烯无带隙

　　，其晶体管无法彻底关断，造成信号调制能力不足和能耗过高。因此，如何在片上实现低功耗、可集成的二维微波系统，成为亟待解决的挑战

　　。研究团队构建了一个4×4移相阵列，可同时支持通信与雷达功能。其关键指标表现优异：

　　Integrated two-dimensional microwave transmitters fabricated on the wafer scale

　　Maxwell方程组准确描述了电磁波在不同介质中的传输特性。当电磁波在微波频段传播时，介质的极化损耗与导电损耗不可忽视。对于硅基晶体管而言，由于掺杂和退火工艺的限制，通道与衬底介质之间的界面存在较高掺杂浓度和陷阱态，从而导致明显的欧姆损耗和极化延迟。这些问题会显著加剧高频下的传输损耗。相比之下，二维半导体材料具有天然平整的原子界面，可在范德瓦耳斯力作用下与高质量衬底（如蓝宝石）直接贴合，形成近乎理想的半导体—绝缘体界面。图1a展示了MoS

　　与高电阻率蓝宝石基底构建的界面结构，其损耗甚至突破了传统硅模型的介电极限。这一特性为实现超低功耗的微波系统奠定了物理基础。研究团队基于此提出了一种16通道二维相控阵发射机架构，通过时序开关控制实现波束定向，从而避免了传统系统对功耗极高的移相器和放大器的依赖（图1c）

　　的区域内（图2a）。输入微波信号经片上功分器和共面波导结构分配为16路，分别驱动各单元。每个单元包含MoS

　　晶体管开关、平衡-不平衡变换器（balun）和片上矩形天线e）。这一全片上设计实现了有源器件和无源器件的高度集成，厚度仅102

　　nm（图2c），为全球最薄的微波发射机。图2f显示了4×4天线阵列的辐射方向性模拟结果，验证了其优良的指向性。

　　dB（图2h），远低于传统工艺的开关器件（图2i）。这表明二维开关完全满足高性能阵列发射系统的需求

　　GHz的带宽（图3a），且输出功率与输入呈线b），未出现增益压缩现象。系统支持调幅（AM）与调频（FM）两种调制方式：图3c、3d展示了5

　　MHz正弦信号的AM过程，而图3e、3f则展示了外部方波信号驱动下的FM结果，频率可在14.903

　　W，比CMOS或GaAs发射机低104倍以上（图3g）。当传输速率设置为100

　　dBm（图3h），展现了长期稳定性。研究团队甚至利用该发射机成功传输了文本信息“Hello, world! This is a 2D transmitter

　　除通信外，该二维相控阵发射机还可用于雷达探测。研究人员通过现场可编程门阵列（

　　FPGA）控制发射机发出调频连续波（FMCW）信号（图4a）。实测结果表明，天线b）。利用傅里叶变换分析反射信号，可精确解析目标的距离和速度信息，空间分辨率达

　　4d），实现了“仿生通信”展示。通过编码图像像素为二进制序列，发射机成功传输了“SOS”信号（图4e）。在1000

　　，待机时长长达26天（图4f）。这些性能远超传统CMOS发射机（不足1天），显示出其在灾害救援等极端场景中的独特应用前景（图4g）

　　晶圆的二维微波发射机，其核心创新在于利用原子级界面大幅降低了电磁波传输损耗

　　，远低于传统硅基方案。研究表明，这类二维集成系统能够突破能耗瓶颈，并具备片上高度集成、小型化和多功能化的显著优势。未来，随着二维材料工艺的进一步成熟，该类超低功耗、双功能的相控阵系统有望在下一代通信、雷达探测、甚至可穿戴和仿生电子领域获得广泛应用，为信息技术的绿色化与智能化发展开辟新路径

　　声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！