從原子“出發”製造萬物還有多遠？
——國內外學者暢議原子級製造未來

　　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。

　　“原子級製造不僅是材料科學與製造工程的交匯點，更是人類認識和重構物質的全新方式。”11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“原子級製造：前沿與應用”國際會議在南京大學舉行。會議發起人之一、南京大學原子製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”，繼而製造出新材料、新結構、新産品，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、專家及産業代表參加。多位與會學者&&，原子級製造作為面向未來的重要戰略技術，正在重塑材料科學、器件物理與製造工程的基礎範式，有望引領新一輪産業革命。

　　將重塑材料、器件與信息體系的根基

　　原子級製造，就是以原子為原料，製造所需的材料和器件産品。“原子級製造是通過對原子的規模化精準操控，實現原子尺度結構或原子精度加工。它的獨特價值在於，‘原子’成為可編程的製造單元。”會議召集人之一、華南師範大學教授趙紀軍&&，原子級製造是先進製造技術向極微觀深入發展的必然趨勢，也是我國構築未來産業競爭優勢的重要戰略選擇。

　　“原子級製造所追求的，不僅是原子尺度的製造，而且是以原子為基本單元進行創造。”宋鳳麒舉例稱，“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。科學家可以在此基礎上研製新材料、新結構，繼而生産新型催化劑、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。”

　　原子級製造的潛力並非停留於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，我們用基於原子級製造技術研製硅基量子計算芯片，在此基礎上，用邏輯量子計算機求解出水分子的基態能量。”賀煜告訴科技日報記者。

　　而在更廣闊的物質世界，原子級製造也為科研人員帶來意外驚喜。南京原子製造研究所副所長張春峰介紹：“我們用原子級製造技術研發出的鎢銅合金試製品，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。”

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

　　操控技術、科學原理、生産裝備尚面臨諸多挑戰

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

　　芬蘭阿爾託大學應用物理系教授亞當·S·福斯特接受記者採訪時&&：“每次我們用原子級製造技術處理金屬表面時，結果都不一樣，試驗的可重復性差，主要原因在於我們無法精確控制原子的運動軌跡或相關參數。”

　　“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。”比利時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：“目前産業界還需要提高原子級製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。”

　　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製造實驗設施。

　　“基於團簇束流路線，目前我們已經基本實現了原子規模化操控製造人工分子的理論驗證。”宋鳳麒介紹，經過不斷調試，該設施現在每秒最多可以産生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，他並不諱言，要提升製造效率，還需不斷摸索製造過程中的微波、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，而且要兼顧産量與成本的平衡。

　　“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‘從原子出發製造萬物’。”宋鳳麒説。（記者 金鳳）