“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

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.