在原子上“刺繡”！江蘇邁向下一代制造革命
| 2025-11-14來源：揚(yáng)子晚報(bào) |
在《三體》中，科學(xué)家汪淼研制的“飛刃”納米絲，能于無形中將巨輪切割為碎片?！帮w刃”強(qiáng)度逆天、鋒利無比，因?yàn)槠浼{米級(jí)的結(jié)構(gòu)被精確排列，展現(xiàn)了微觀制造所能帶來的宏觀奇跡。曾經(jīng)，這只是科幻作家狂野的想象。但在11月的南京，一場(chǎng)名為“原子級(jí)制造：前沿與應(yīng)用”的國(guó)際會(huì)議正在告訴大家：人類，已經(jīng)開始學(xué)習(xí)如何像擺弄積木一樣，為一個(gè)一個(gè)原子“排兵布陣”，試圖將這種“神跡”帶入現(xiàn)實(shí)，定義下一代“制造革命”。 讓原子從“可觀測(cè)”，發(fā)展到“可操控” 隨著“看到三維原子”的定性技術(shù)發(fā)展成為“確定原子坐標(biāo)”的定量技術(shù)，“原子級(jí)制造”正在成為熱詞。目前工業(yè)和信息化部已將其列為破解集成電路瓶頸的“根技術(shù)”，2025年國(guó)家自然科學(xué)基金啟動(dòng)專項(xiàng)攻關(guān)。會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)，記者采訪了多位來自全球的科學(xué)家。 慕尼黑大學(xué)蒂姆·利德爾教授展示了其突破性研究：將DNA作為一種編程語言，來驅(qū)動(dòng)原子級(jí)結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)構(gòu)建?！拔覀儗?shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)原子的基礎(chǔ)控制，而DNA鏈則作為指令集，引導(dǎo)它們自組裝成我們?cè)O(shè)計(jì)的任何形態(tài)。”利德爾強(qiáng)調(diào)，這完全跳出了DNA的生物學(xué)范疇，將其革新為一種在納米尺度上通用的“構(gòu)建材料”。 北京大學(xué)研究員周繼寒告訴記者，他和團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了原子級(jí)別催化劑活性變化的全生命周期跟蹤，可為能源產(chǎn)業(yè)升級(jí)中的催化劑設(shè)計(jì)提供核心支撐。也就是說，構(gòu)成我們?nèi)梭w的原子由于消耗太大而讓人感到不適的時(shí)候，可以有一種方法，讓原子減少消耗，從而讓我們的身體更舒服，生活質(zhì)量變得更高。 南京原子制造研究所也已初步建成30米長(zhǎng)的原子極限微制造實(shí)驗(yàn)設(shè)施。“單個(gè)原子直徑只有0.1~0.5納米，在宏觀工件上定位原子相當(dāng)于在4萬公里地球赤道上找一塊1厘米的糖?！蹦暇┰又圃煅芯克L(zhǎng)宋鳳麒比喻說，壘砌100個(gè)原子時(shí)，可能出現(xiàn)數(shù)百萬種相同能量?jī)?yōu)先級(jí)的排列方式，獲得目標(biāo)結(jié)構(gòu)的概率逼近零。 南京大學(xué)原子制造研究院的“原子極限微制造實(shí)驗(yàn)設(shè)施”采用團(tuán)簇束流技術(shù)，直接控制原子團(tuán)簇而非單個(gè)原子，每秒操控次數(shù)突破萬億次，形成真正的原子級(jí)制造能力。這套系統(tǒng)由高強(qiáng)度團(tuán)簇束流源、磁電雙聚焦質(zhì)量選擇譜儀和Stark型結(jié)構(gòu)分離譜儀組成，全是自主研發(fā)。比利時(shí)魯汶大學(xué)副校長(zhǎng)彼得·利文斯贊賞道：“這套設(shè)施擁有將夢(mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的巨大潛力?！?/p> 成果落地！“江蘇制造”正在嶄露頭角 一批江蘇企業(yè)也在嘗試“破冰”。透射電鏡設(shè)備是原子級(jí)制造的重要觀察分析儀器之一。蘇州博眾儀器科技有限公司經(jīng)過5年研發(fā)，突破電子光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真、高壓超穩(wěn)定電源等一批核心技術(shù)，開發(fā)完成200kV透射電鏡。 華海清科的CMP（化學(xué)機(jī)械拋光）設(shè)備不僅精度達(dá)0.1納米，還拿下了國(guó)內(nèi)主流晶圓廠批量訂單。2024年華海清科營(yíng)收飆到34億元，凈利潤(rùn)超10億元，還在昆山投資5億元擴(kuò)產(chǎn)。 無錫微導(dǎo)納米公司2015年成立時(shí)就瞄準(zhǔn)原子層沉積（ALD）技術(shù)，他們的設(shè)備像給物體表面“原子級(jí)蓋樓”，一層層堆疊原子級(jí)薄膜。2018年推出的“夸父”系列讓太陽能電池效率反超國(guó)外設(shè)備，通威、隆基這些光伏巨頭都成了客戶。 名詞解釋 原子級(jí)制造：微觀世界的“極限樂高” 原子是構(gòu)成物質(zhì)世界的基本組成單元，直徑通常在埃米（納米的十分之一）量級(jí)，不到人類頭發(fā)絲的100萬分之一。所謂原子級(jí)制造，可以理解為物質(zhì)世界的“極限樂高”或“原子刺繡”。 現(xiàn)代納米技術(shù)，像是在用精良的刻刀雕刻，能創(chuàng)造出微小的芯片，但依然是在“批量處理”原子。而原子級(jí)制造，意味著我們手持一把“原子鑷子”和“原子畫筆”，能夠精準(zhǔn)地拾起、移動(dòng)、放置每一個(gè)特定的原子，從而優(yōu)化整個(gè)物體的性能，甚至從最基礎(chǔ)的層面構(gòu)建出自然界不存在的全新材料和器件。以集成電路行業(yè)為例，如果能實(shí)現(xiàn)單原子特征的芯片，其尺寸、功耗可降低至當(dāng)前的千分之一以下，計(jì)算能力則提升千倍以上。 未來展望 用“技術(shù)奇點(diǎn)”重塑世界，一切皆有可能 原子級(jí)制造，是我們這個(gè)時(shí)代面對(duì)的“技術(shù)奇點(diǎn)”?！蹲匀弧ねㄓ崱犯呒?jí)編輯克里斯蒂安·庫特納告訴記者，當(dāng)下探討原子制造議題“時(shí)機(jī)格外合適”。因?yàn)橐坏┛缭娇煽嘏c可重復(fù)的臨界點(diǎn)，相關(guān)技術(shù)將迅速規(guī)?；?，重塑一切。比如—— 能源革命：我們或許能造出模擬光合作用的“人工樹葉”，直接將陽光、水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為清潔能源與食物，從根本上解決能源和氣候危機(jī)。 計(jì)算飛躍：誕生于原子尺度的量子計(jì)算機(jī)，運(yùn)算能力將呈指數(shù)級(jí)提升，讓藥物研發(fā)、天氣預(yù)測(cè)變得輕而易舉。 醫(yī)療奇跡：可精準(zhǔn)識(shí)別并摧毀癌細(xì)胞的“納米機(jī)器人”，或能完美修復(fù)組織器官的生物支架，都將成為可能。 宋鳳麒建議，原子級(jí)制造涉及機(jī)械、材料、物理、化學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域，要提前布局，多方合作，強(qiáng)化原子級(jí)制造戰(zhàn)略力量建設(shè)，培養(yǎng)跨學(xué)科的交叉復(fù)合型人才和工程型人才，推進(jìn)校企融合發(fā)展。（徐媛園） 責(zé)任編輯：王潔 |
