南京原子制造研究所工作人员正在校对原子极限微制造实验设施的原子团簇质谱。 原子极限微制造实验设施。
原子级制造是具有战略性、引领性的未来产业之一。当前，南京正在推进原子级制造基础设施建设，众多江苏企业也在尝试技术“破冰”
在《三体》中，科学家汪淼研制的“飞刃”纳米丝，能于无形中将巨轮切割为碎片。“飞刃”强度逆天、锋利无比，因为其纳米级的结构被精确排列，展现了微观制造所能带来的奇迹。曾经，这只是科幻作家的想象。但在11月的南京，一场名为“原子级制造：前沿与应用”的国际会议正在告诉大家：人类，已经开始学习如何像摆弄积木一样，为一个个原子“排兵布阵”，试图将这种技术变为现实。
会议由南京大学与施普林格·自然集团联合主办、固体微结构物理国家重点实验室与南京原子制造研究所承办，东南大学、苏州大学等多家省内科研机构共同组织，吸引了来自全球多个国家和地区的500多位学者、专家及产业代表参加。
什么是原子级制造
什么是原子级制造
所谓原子级制造，可以理解为物质世界的“极限乐高”或“原子刺绣”。
原子是构成物质世界的基本组成单元，直径通常在埃米（纳米的十分之一）量级，不到人类头发丝的100万分之一。
传统制造，像是在用斧头劈砍木料，成就宏大，但细节粗糙。现代纳米技术，像是在用精良的刻刀雕刻，能创造出微小的芯片，但依然是在“批量处理”原子。而原子级制造，则意味着我们手持一把“原子镊子”和“原子画笔”，能够精准地拾起、移动、放置每一个特定的原子，从而优化整个物体的性能，甚至从最基础的层面构建出自然界不存在的全新材料和器件。
以集成电路行业为例，如果能实现单原子特征的芯片，其尺寸、功耗可降低至当前的千分之一以下，计算能力则提升千倍以上。
原子级制造概念早在20世纪中期就已提出，近年来随着纳米科技兴起，成为世界主要国家竞相布局的战略高地。1984年，南京大学王广厚院士率先开展原子团簇物理技术研究，是国内该领域的先驱科学家。所谓原子团簇，指的是由几个至几百个原子通过化学键或弱相互作用结合形成的、尺寸介于单个原子与宏观固体之间的微观集合体。
南京设施或成关键支撑
南京设施或成关键支撑
随着“看到三维原子”的定性技术发展成为“确定原子坐标”的定量技术，“原子级制造”正在成为热词。
比利时鲁汶大学副校长彼得·利文斯长期研究原子团簇特性，以期实现设计并赋予材料特定的功能与特性，“比如，一个由20个到30个原子构成的团簇，只要替换一个原子就会呈现完全不同的特性，而实现这种精准操控到工业规模应用，正是全球科学家的共同梦想。”
南京正在推进的原子级制造基础设施，让这一梦想有了落地可能。作为国内最早开展原子级制造研究的机构，南京原子制造研究所已初步建成30米长的原子极限微制造实验设施。该设施通过让大量的原子凝聚碰撞，设定微环境控制凝聚尺寸，结合磁电双聚焦质量选择，最终使原子数目、种类和结构得以精准操控。这一方法下，每秒操控原子可以突破万亿次，形成真正的原子级制造能力。
“这套设施拥有将梦想变为现实的巨大潜力。”彼得·利文斯对此大加赞赏，他认为该设施将在工业应用领域带来深远影响，为原子级制造的规模化提供关键支撑。
去年11月，南京市与南京大学签署共建原子极限微制造实验设施合作协议。目前原子极限微制造实验设施已正式列入江苏省重大科技基础设施首批重点支持项目。
江苏企业尝试“破冰”
江苏企业尝试“破冰”
近日，在深圳，一台被称为“现实模拟器”的机器正在改变科研的范式。由研究员贺煜领衔打造的全球首台半导体逻辑量子计算机，凭借其原子级精准的控制，已能精确求解水分子的基态能量，为解锁生命奥秘和创造全新材料提供了可能。“但目前我们精雕细琢，一周才能完成一枚芯片，”贺煜坦言。要将这实验室的奇迹变为推动产业革命的引擎，他们正将目光投向能实现量子芯片高效、批量化生产的原子级制造。
与此同时，一批江苏企业也在尝试“破冰”。透射电镜设备是原子级制造的重要观察分析仪器之一。苏州博众仪器科技有限公司经过5年研发，突破电子光学系统设计与仿真、高压超稳定电源等一批核心技术，开发完成200kV透射电镜。
华海清科的CMP设备不仅精度达0.1纳米，还拿下了国内主流晶圆厂批量订单。2024年华海清科营收飙到34亿元，净利润超10亿，还在昆山投资5亿扩产。无锡微导纳米公司2015年成立时就瞄准原子层沉积（ALD）技术，他们的设备像给物体表面“原子级盖楼”，一层层堆叠原子级薄膜。2018年推出的“夸父”系列让太阳能电池效率反超国外设备，通威、隆基这些光伏巨头都成了客户。
正如《三体》中的“面壁计划”需要最顶尖的大脑和最宏大的工程，原子级制造的实现，也依赖于全球合作与大国重器。不少专家建议，原子级制造涉及机械、材料、物理、化学等多个学科领域，要提前布局，多方合作，借鉴已成熟的产业培育模式，强化原子级制造战略力量建设，培养跨学科的交叉复合型人才和工程型人才，推进校企融合发展。
据《扬子晚报》《南京日报》