“原子制造：基礎研究與前沿探索”專題編者按

特邀編輯: 高鴻鈞 中國科學院物理研究所

制造技術的不斷迭代發展帶來了器件性能的飛躍, 也推動著人類技術的進步.伴隨著器件特征尺寸的不斷縮小, 制造技術先后經歷了宏觀制造、介觀制造、微觀制造和納米制造等多個階段, 當前最具代表性的半導體工藝, 已經從微米尺度走到最前沿的3 nm 左右, 并進一步向更小的尺度邁進.因此, 制造技術進入到原子尺度已不再是遙不可及的夢想, 而成為現在科技界研究前沿的現實對象.然而, 在原子尺度下, 常規制造技術在材料、結構和器件的制造過程中遇到了原理性和系統性的瓶頸和壁壘, 這種制造精度的提升將不再是線性微縮, 而是從經典行為到量子行為的跨越, 勢必孕育出顛覆性的新材料、新器件和新原理.例如, 有限原子數的小團簇會呈現與塊體截然不同的結構和物理性質, 甚至產生類似高溫超導的“能隙”; 超導基底上的鐵磁原子線會形成馬約拉納費米子器件,是拓撲量子計算的載體; 二維原子晶體材料家族中, 石墨烯的費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, 單層的二硫化鉬具有比塊材高10 萬倍的二階非線性光學系數; 原子精確操控的晶體管有可能形成相干的高質量量子點陣列, 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計與制造—原子制造, 迅速成為當前科學、技術和產業界共同關注的前沿研究熱點.原子制造是采用“自下而上”的變革性技術路線, 在原子水平的高效制造工藝, 是精細制造技術發展的必然趨勢, 也是物質科學的終極夢想之一.我們希望從原子這一常規物質世界的底層, 通過對單原子的精細操控, 制備新型原子材料, 構筑新器件, 并制作出新系統, 為解決“未來制造”提供一條從基礎研究出發的新路線.

正是在這種科學夢想的感召及各級部門的關心和鼎力支持下, 國內快速形成了一支有影響力的學術隊伍, 出現了一批優秀的工作, 使得我們出版一個以原子制造為主題的專輯成為可能.同時, 為了幫助讀者系統了解原子制造—單原子層次上功能器件制造—的前沿研究與最新進展, 推動原子制造技術及相關研究的進一步發展, 本刊特邀請部分活躍在本領域前沿各研究方向的專家, 圍繞原子制造主題, 從材料、物理、化學、力學、模擬、實驗和理論等諸方面, 以不同的視角介紹最新進展、問題、現狀和展望.專題內容包括: 1)原子尺度的制造與檢測工藝; 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: 基礎研究與前沿探索”專輯能對相關研究提供有價值的參考, 推動該領域的發展, 為國家科技發展做出重要貢獻.