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专题 | 原子制造：基础研究与前沿探索（II）

已有 1771 次阅读 2021-3-29 14:50 |系统分类:论文交流

编者按

制造技术的不断迭代发展带来了器件性能的飞跃，也推动着人类技术的进步。伴随着器件特征尺寸的不断缩小，制造技术先后经历了宏观制造、介观制造、微观制造和纳米制造等多个阶段，当前最具代表性的半导体工艺，已经从微米尺度走到最前沿的3 nm 左右，并进一步向更小的尺度迈进。因此，制造技术进入到原子尺度已不再是遥不可及的梦想，而成为现在科技界研究前沿的现实对象。然而，在原子尺度下，常规制造技术在材料、结构和器件的制造过程中遇到了原理性和系统性的瓶颈和壁垒，这种制造精度的提升将不再是线性微缩，而是从经典行为到量子行为的跨越，势必孕育出颠覆性的新材料、新器件和新原理。例如，有限原子数的小团簇会呈现与块体截然不同的结构和物理性质，甚至产生类似高温超导的“能隙”；超导基底上的铁磁原子线会形成马约拉纳费米子器件，是拓扑量子计算的载体；二维原子晶体材料家族中，石墨烯的费米速度比块材石墨高上千倍，扭角石墨烯则可以形成奇特的莫特绝缘体态，单层的二硫化钼具有比块材高10 万倍的二阶非线性光学系数；原子精确操控的晶体管有可能形成相干的高质量量子点阵列，也有可能成为具有选择性的极限单分子灵敏度的气体传感器，等等。因此，单原子层次上的功能器件设计与制造——原子制造，迅速成为当前科学、技术和产业界共同关注的前沿研究热点。原子制造是采用“自下而上”的变革性技术路线，在原子水平的高效制造工艺，是精细制造技术发展的必然趋势，也是物质科学的终极梦想之一。我们希望从原子这一常规物质世界的底层，通过对单原子的精细操控，制备新型原子材料，构筑新器件，并制作出新系统，为解决“未来制造”提供一条从基础研究出发的新路线。

正是在这种科学梦想的感召及各级部门的关心和鼎力支持下，国内快速形成了一支有影响力的学术队伍，出现了一批优秀的工作，使得我们出版一个以原子制造为主题的专辑成为可能。同时，为了帮助读者系统了解原子制造的前沿研究与最新进展，推动原子制造技术及相关研究的进一步发展，本刊特邀请部分活跃在本领域前沿各研究方向的专家，围绕原子制造主题，从材料、物理、化学、力学、模拟、实验和理论等诸方面，以不同的视角介绍最新进展、问题、现状和展望。专题内容包括：1) 原子尺度的制造与检测工艺；2) 二维原子材料与器件的研究；3) 其他原子水平的材料与器件研究。相信并希望本专辑能对相关研究提供有价值的参考，推动该领域的发展，为国家科技发展做出重要贡献。

本专辑将在今年内分期刊登，《物理学报》2021年第6期刊登了专题第二部分，后续还会陆续刊出，欢迎各位读者关注。