原子级制造为培育新质生产力提供原始推动力

◎本报记者 陆成宽

“原子级制造技术可以形成新质生产力”“原子级制造的技术突破，将极大影响产业结构”“这是引领未来产业变革发展的战略性技术”……2月25日—26日，2024（第一届）原子级制造论坛在北京举办。在论坛现场，与会专家围绕“推动原子级制造技术发展，推动未来产业创新”的主题展开了热烈讨论。大家一致认为，原子级制造技术是原子级的通用化技术体系，是一项能够产生变革性影响的技术，具有颠覆性意义。

大国竞相布局的先进制造“未来域”

什么是原子级制造？顾名思义，就是原子尺度结构或原子精度产品加工。

通俗来讲，原子级制造就是在原子尺度上去进行加工，形成具有原子级特定结构特征的器件产品。从实现形式上，可以是以原子级精度进行“去除”加工，也可以是以原子级精度进行“增材”制造。无论哪种方式，都要实现对大规模原子的逐一精确操控。

原子级制造工艺创制的新物质和零部件，不但能在结构上实现原子尺度的精准、完美，而且其物理特性远超常规块体材料的物性。中国工程院院士、哈尔滨工业大学教授谭久彬举例道：“比如，在集成电路行业，如果能实现单原子特征的芯片，其在尺寸、功耗降低为当前的千分之一以下的同时，可将计算能力提升千倍以上。”

“因此，原子级制造的应用前景广阔，是下一代超精密制造的重要发展方向，也必将成为全世界工业强国竞争的产业制高点。”谭久彬说。

南京大学原子制造研究院院长宋凤麒也持有相似的看法。他说：“原子级制造是测控能力达到物质世界基本单元——原子的一种高端制造技术，是世界主要大国近年来竞相布局的先进制造‘未来域’。原子级制造有望将原材料的结构、尺寸全面提升至原子极限水平，制造性能逼近极限的完美产品。”

“原子级制造技术可以形成新质生产力，将为推动科学研究提供全新的手段和平台，将解决传统制造业面临的诸多瓶颈问题。”中国科学院前沿科学与教育局局长苏刚在致辞中表示，中国科学院一直重视原子级制造方向，6年前就启动由中国科学院物理研究所牵头的针对性先导项目，已经在基础理论和技术创新方面取得了一批重要成果。

亟待解决大量瓶颈问题

在中国工程院院士、浙江大学教授杨华勇看来，原子级制造与传统制造有着本质的区别。

“传统制造的切削、研磨、3D打印等制造技术的工具一般为刀具，其操控对象是块体连续材料，而原子级制造的工具为光子、电子、声子等这一类基本粒子。”杨华勇说，原子级制造的机理不是经典力学所能描述的，而是量子力学的范畴，通过光、磁、电、热等多物理场的调控可以对原子定向去除、增加、迁移，从而实现材料构件的原子级制造，有望从根本上颠覆制造产品的精度和性能极限。

尽管原子级制造的优势非常显著，然而，科学家们不得不承认，实现原子级制造面临着多重挑战，目前国内外仍处于萌芽阶段。

“具体来讲，无论原子级制造的科学原理，还是关键技术，无论是原子级制造原理探索所需的科学仪器，还是原子级制造过程所需的加工装备，都极大地挑战了我们现在的认知和能力范畴，存在大量的瓶颈问题亟待解决。”谭久彬说。

比如，在传统制造过程中，制造的精度、范围和效率是互为矛盾的三角，而对原子级制造而言，这三者的矛盾更加激烈。在宏观器件上精准找到一个特定原子，难度堪比“大海捞针”；而在原子级制造中，则要求反复、精准实现这种“大海捞针”。

中国工程院院士、大连理工大学教授郭东明表示，抢占原子级制造发展先机，要发挥好新型举国体制的优势，整合全国各地的优势研究资源进行协同攻关，改变过去单点自由探索的状况，组织好各优势单位围绕一定的目标来进行研究，从而为全面支撑我国高端制造能力跨越式发展和培育新质生产力，提供关键技术基础和原始推动力。

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