從原子“出發”制造萬物還有多遠？
——國內外學者暢議原子級制造未來

　　也許有一天，人類可以精確地操控原子，讓物質和材料合成擺脫對體系和配方的依賴，從而按照需求自由定制。這項聽上去有些科幻的技術，正一步步向現實邁進。

　　“原子級制造不僅是材料科學與制造工程的交匯點，更是人類認識和重構物質的全新方式?！?1月11日至14日，南京大學與施普林格·自然出版集團聯合主辦的“原子級制造：前沿與應用”國際會議在南京大學舉行。會議發起人之一、南京大學原子制造研究院院長宋鳳麒教授介紹，如何將原子壘砌成“人工分子”，繼而制造出新材料、新結構、新產品，正在成為全球科學家改造物質世界的熱門探索。

　　此次會議吸引了來自全球的500余位學者、專家及產業代表參加。多位與會學者表示，原子級制造作為面向未來的重要戰略技術，正在重塑材料科學、器件物理與制造工程的基礎范式，有望引領新一輪產業革命。

　　將重塑材料、器件與信息體系的根基

　　原子級制造，就是以原子為原料，制造所需的材料和器件產品?！霸蛹壷圃焓峭ㄟ^對原子的規?；珳什倏?，實現原子尺度結構或原子精度加工。它的獨特價值在于，‘原子’成為可編程的制造單元?！睍h召集人之一、華南師范大學教授趙紀軍表示，原子級制造是先進制造技術向極微觀深入發展的必然趨勢，也是我國構筑未來產業競爭優勢的重要戰略選擇。

　　“原子級制造所追求的，不僅是原子尺度的制造，而且是以原子為基本單元進行創造?！彼硒P麒舉例稱，“不同的原子在科學儀器中‘相撞’，有可能‘撞擊’出大量的原子組合，從而形成各種分子?？茖W家可以在此基礎上研制新材料、新結構，繼而生產新型催化劑、篩選候選藥物。而通過對原子排列的精準調控、超精密拋光，還可以為光學鏡片加工提供新思路?！?/p>

　　原子級制造的潛力并非停留于天馬行空的科學猜想。深圳國際量子研究院研究員賀煜，此前已經用高精度微納加工方式，將兩個磷原子構成的量子點分別放置在相距13納米的位置上，實現了第一個硅基量子計算的高速兩比特門。

　　“最近，我們用基于原子級制造技術研制硅基量子計算芯片，在此基礎上，用邏輯量子計算機求解出水分子的基態能量?！辟R煜告訴科技日報記者。

　　而在更廣闊的物質世界，原子級制造也為科研人員帶來意外驚喜。南京原子制造研究所副所長張春峰介紹：“我們用原子級制造技術研發出的鎢銅合金試制品，可以形成鎢銅分子有序排布的晶格，鎢銅合金強度比傳統技術路徑提高3倍?！?/p>

　　在會議召集人之一、東南大學副校長孫立濤看來，“原子級制造是一場由基礎科學驅動的制造革命，它將重塑材料、器件與信息體系的根基”。

　　操控技術、科學原理、生產裝備尚面臨諸多挑戰

　　作為一項未來技術，原子級制造或將創造一個頗具顛覆性的制造業。但多位科學家坦言，原子級制造在操控技術和科學原理等方面仍面臨重大挑戰。

　　芬蘭阿爾托大學應用物理系教授亞當·S·福斯特接受記者采訪時表示：“每次我們用原子級制造技術處理金屬表面時，結果都不一樣，試驗的可重復性差，主要原因在于我們無法精確控制原子的運動軌跡或相關參數?！?/p>

　　“現在面臨的挑戰是，如何找到方法使它們具有特定的材料特性?！北壤麜r魯汶大學副校長彼得·列文斯正在研究通過改變原子團簇的尺寸或成分，進而設計和創造材料的功能與性質。

　　工欲善其事，必先利其器。江蘇蚩煜科技有限公司總經理邵瑋介紹：“目前產業界還需要提高原子級制造設備的離子束操控技術，寬波段激光場、微波場構建及精確控制等技術，以提高對原子的控制精度、方法、效率，從而獲得更多理想的分子?！?/p>

　　面對諸多科技前沿問題，2023年，南京大學與南京市共建原子極限微制造實驗設施。

　　“基于團簇束流路線，目前我們已經基本實現了原子規?；倏刂圃烊斯し肿拥睦碚擈炞C?！彼硒P麒介紹，經過不斷調試，該設施現在每秒最多可以產生100億個原子，可以在10個原子構成的團簇中，控制組成原子的同位素，這提高了原子形成特定分子的成功率。

　　不過，他并不諱言，要提升制造效率，還需不斷摸索制造過程中的微波、激光強度，以及溫度、氣壓等參數，原子操控的數目、效率需要再突破2—3個量級，而且要兼顧產量與成本的平衡。

　　“從原子層面實現自由定制的未來非常美妙，這不僅是一項技術革命，也將吸引我們探索如何‘從原子出發制造萬物’?！彼硒P麒說。（記者 金鳳）