“原子制造：基礎(chǔ)研究與前沿探索”專(zhuān)題編者按

特邀編輯: 高鴻鈞 中國(guó)科學(xué)院物理研究所

制造技術(shù)的不斷迭代發(fā)展帶來(lái)了器件性能的飛躍, 也推動(dòng)著人類(lèi)技術(shù)的進(jìn)步.伴隨著器件特征尺寸的不斷縮小, 制造技術(shù)先后經(jīng)歷了宏觀制造、介觀制造、微觀制造和納米制造等多個(gè)階段, 當(dāng)前最具代表性的半導(dǎo)體工藝, 已經(jīng)從微米尺度走到最前沿的3 nm 左右, 并進(jìn)一步向更小的尺度邁進(jìn).因此, 制造技術(shù)進(jìn)入到原子尺度已不再是遙不可及的夢(mèng)想, 而成為現(xiàn)在科技界研究前沿的現(xiàn)實(shí)對(duì)象.然而, 在原子尺度下, 常規(guī)制造技術(shù)在材料、結(jié)構(gòu)和器件的制造過(guò)程中遇到了原理性和系統(tǒng)性的瓶頸和壁壘, 這種制造精度的提升將不再是線性微縮, 而是從經(jīng)典行為到量子行為的跨越, 勢(shì)必孕育出顛覆性的新材料、新器件和新原理.例如, 有限原子數(shù)的小團(tuán)簇會(huì)呈現(xiàn)與塊體截然不同的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì), 甚至產(chǎn)生類(lèi)似高溫超導(dǎo)的“能隙”; 超導(dǎo)基底上的鐵磁原子線會(huì)形成馬約拉納費(fèi)米子器件,是拓?fù)淞孔佑?jì)算的載體; 二維原子晶體材料家族中, 石墨烯的費(fèi)米速度比塊材石墨高上千倍, 扭角石墨烯則可以形成奇特的莫特絕緣體態(tài), 單層的二硫化鉬具有比塊材高10 萬(wàn)倍的二階非線性光學(xué)系數(shù); 原子精確操控的晶體管有可能形成相干的高質(zhì)量量子點(diǎn)陣列, 也有可能成為具有選擇性的極限單分子靈敏度的氣體傳感器, 等等.因此, 單原子層次上的功能器件設(shè)計(jì)與制造—原子制造, 迅速成為當(dāng)前科學(xué)、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)界共同關(guān)注的前沿研究熱點(diǎn).原子制造是采用“自下而上”的變革性技術(shù)路線, 在原子水平的高效制造工藝, 是精細(xì)制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì), 也是物質(zhì)科學(xué)的終極夢(mèng)想之一.我們希望從原子這一常規(guī)物質(zhì)世界的底層, 通過(guò)對(duì)單原子的精細(xì)操控, 制備新型原子材料, 構(gòu)筑新器件, 并制作出新系統(tǒng), 為解決“未來(lái)制造”提供一條從基礎(chǔ)研究出發(fā)的新路線.

正是在這種科學(xué)夢(mèng)想的感召及各級(jí)部門(mén)的關(guān)心和鼎力支持下, 國(guó)內(nèi)快速形成了一支有影響力的學(xué)術(shù)隊(duì)伍, 出現(xiàn)了一批優(yōu)秀的工作, 使得我們出版一個(gè)以原子制造為主題的專(zhuān)輯成為可能.同時(shí), 為了幫助讀者系統(tǒng)了解原子制造—單原子層次上功能器件制造—的前沿研究與最新進(jìn)展, 推動(dòng)原子制造技術(shù)及相關(guān)研究的進(jìn)一步發(fā)展, 本刊特邀請(qǐng)部分活躍在本領(lǐng)域前沿各研究方向的專(zhuān)家, 圍繞原子制造主題, 從材料、物理、化學(xué)、力學(xué)、模擬、實(shí)驗(yàn)和理論等諸方面, 以不同的視角介紹最新進(jìn)展、問(wèn)題、現(xiàn)狀和展望.專(zhuān)題內(nèi)容包括: 1)原子尺度的制造與檢測(cè)工藝; 2)二維原子材料與器件的研究; 3)其他原子水平的材料與器件研究.

我相信并希望“原子制造: 基礎(chǔ)研究與前沿探索”專(zhuān)輯能對(duì)相關(guān)研究提供有價(jià)值的參考, 推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展, 為國(guó)家科技發(fā)展做出重要貢獻(xiàn).