专题|原子制造: 基础研究与前沿探索（I）

“原子制造：基础研究与前沿探索”专题编者按 特邀编辑: 高鸿钧　中国科学院物理研究所 DOI: 10.7498/aps.70.020101 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—单原子层次上功能器件制造—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。我相信并希望“原子制造: 基础研究与前沿探索”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。