当传统极紫外光刻（EUV）持续逼近物理尺度边界，先进制造正向着更本源的方向突破——直接操控单个原子、分子构筑功能材料与器件，这一前沿方向被称为原子级制造（Atomic‑Level Manufacturing, ALM）。南京大学（NJU）原子制造研究院与南京原子制造研究所（合称 IAM 体系）正稳步推进这项颠覆性研究 ^[1]。

当前先进芯片制造普遍依托 EUV光刻，其工作波长约13.5纳米；而原子级制造以单原子为基本组装单元，特征尺寸可低至约0.2纳米（埃米量级），远小于现有纳米制造工艺。尺度跨越带来的效应不止于尺寸缩减：进入该区间后，经典物理规律不再完全主导体系行为，量子叠加、纠缠、不确定性等效应开始支配材料与器件响应，常呈现反直觉的物理特性；与此同时，制造工艺逼近微型化理论极限，为突破现有器件性能瓶颈创造了可能。

2024年11月，南京大学与南京市人民政府签约共建“原子极限微制造实验设施”，其预研装置建设投资约1.9 亿元。核心目标是实现人工分子的原子级精准构筑，力求达成对原子体系的可控操纵，有望重塑未来先进材料与器件的工业制备范式 ^[2,3]。

专用装备创新是原子制造的核心难点。现有 EUV 光刻技术能力无法覆盖原子尺度的精细操控需求，研究团队着力开发全新制造工具，团簇束流与质量选择技术便是代表性进展：在高真空探测环境中，借助团簇束流制备并筛选人工分子，作为构筑新型物质的基础模块。实验证实，依托相关技术可实现单团簇内原子构型的多稳态调控。目前团队正利用该能力研发单团簇信息单元（如概率比特、多态开关等微芯片原型），探索其在后摩尔计算与量子信息领域的应用潜力 ^[4]。

相较于受光刻波长、掩模约束的传统工艺，原子级制造的探索边界近乎无限。从新型高性能合金到下一代量子器件，这种“从原子出发”的组装模式，或将开辟一条不依赖传统光刻路线的先进制造新赛道。持续的装备迭代与原子操控实验正在印证：人类制造正在从“加工现成材料”，迈向 “自主创造全新物质”的新阶段 ^[5]。

参考文献（GB/T 7714‑2015 顺序编码制）

[1] Nature Research Custom. Atomic‑level manufacturing assembles future devices one atom at a time[EB/OL]. (2025)[2026‑08‑17]. https://doi.org/10.1038/d42473‑025‑00068‑z. https://www.nature.com/articles/d42473-025-00068-z.
[2] 南京大学。南大与南京市共建原子极限微制造实验设施 [EB/OL]. (2024‑11‑24)[2026‑08‑17]. https://www.nju.edu.cn/info/1056/387051.htm.
[3] 南京原子制造研究所。研究所简介 [EB/OL]. [2026‑08‑17]. https://atommanufac.nju.edu.cn/dwgk/yjs1/yjsjj.htm.
[4] Qi H, Xi G, Zhou Y, et al. A Sc₂C₂@C₈₈‑cluster‑based ultra‑compact multilevel probabilistic bit for matrix multiplication[J]. Nature Materials, 2026. DOI:10.1038/s41563‑026‑02609‑3. https://www.nature.com/articles/s41563-026-02609-3?show_loading=0&flow_extra=eyJpbmxpbmVfZGlzcGxheV9wb3NpdGlvbiI6MCwiZG9jX3Bvc2l0aW9uIjowLCJkb2NfaWQiOiJmMWIyOTU3MTVkYzM2YjJlLTFkOThkNWIwMmE5NzkyODEifQ%3D%3D&push_animated=1&webview_progress_bar=1&f_link_type=f_linkinlinenote&theme=light.
[5] Klein J, Roccapriore K M, Weile M, et al. Mesoscale atomic engineering in a crystal lattice[J]. Nature, 2026. DOI:10.1038/s41586‑026‑10431‑9. https://www.nature.com/articles/s41586-026-10431-9?push_animated=1&f_link_type=f_linkinlinenote&show_loading=0&webview_progress_bar=1&flow_extra=eyJkb2NfaWQiOiJiNWYzNGRkZDI4OWUzNGZkLTc0Y2Y4NDQzY2QxMGRkZWQiLCJpbmxpbmVfZGlzcGxheV9wb3NpdGlvbiI6MCwiZG9jX3Bvc2l0aW9uIjowfQ%3D%3D&theme=light.

标签：# 原子制造 #先进制造 #量子器件 #南大科研 #芯片前沿

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