2025世界青年科学家峰会上,国际纳米制造学会主席、日本工程院院士高伟教授发表主题演讲,深入阐释了原子及接近原子尺度制造(ACSM)这一革命性技术范式,并系统分析了其将如何深刻重塑未来产业格局与发展路径。

什么是原子及接近原子尺度制造?ACSM将对技术与产业转型产生何种影响?高伟首先通过一段视频,直观展示了制造技术演进的三大阶段:第一阶段依赖于工匠的手工控制与经验积累;第二阶段进入以经典理论为基础的精密控制制造;如今,我们正迈入以量子理论为基石、能够实现原子精准控制的第三阶段——原子及接近原子尺度制造。他指出,过去半个世纪,人类在原子观测、单原子操控、原子层信号制造与原子装置设计方面已取得突破,当前正是利用大规模原子操控技术研发新型原子级设备的关键时刻。
ACSM技术的核心在于通过在原子或接近原子的尺度上,对材料进行精准的“去除”、“迁移”或“添加”,从而实现对制造精度、功能特征尺度与损伤控制的原子级驾驭。关于ACSM对技术与产业转型的深远影响,高伟援引浙江大学陈远流教授的观点指出,中国在ACSM相关科技与产业领域拥有巨大发展潜力,其影响将辐射至量子科技、生物制药装备、高端制造设备等多个前沿方向。他进一步以多项具体应用为例进行说明:作为一种可控原子重构技术,ACSM有望实现原子层芯片制造,其电子迁移率将显著超越现有最先进硅芯片,从而突破摩尔定律的限制;该技术还能制造出具有原子级近乎零缺陷的光学元件,如用于高功率激光发生器乃至激光聚变反应堆的高精度石英部件。
在新材料研发方面,ACSM将助力开发具有极高热稳定性与强度比的热绝缘陶瓷材料,为未来太空电梯、超音速飞行热绝缘罩及航空发动机提供关键材料支撑。同时,利用具备原子层精度(亚埃级)的测量仪器,ACSM将加速下一代极紫外光刻技术的实现。此外,他认为新型医疗设备是ACSM另一个极具潜力的应用方向。例如,以原子级精度制造具有氮空位中心的钻石晶体,可实现极高的灵敏度与空间分辨率,应用于亚微米级肿瘤成像,为癌症早期诊断提供革命性工具。
高伟总结道,原子及接近原子尺度制造是一个高度交叉的新兴研究领域,其发展离不开长期、广泛的研究投入与紧密的国际合作。他强调,这是一个充满兴奋感的研究方向,正是青年科学家与工程师探索未知、实现创新的广阔天地。
最后,高伟援引牛顿“站在巨人肩膀上”的名言寄语青年科学家,并深情补充道:“我们身边的每一个人都可能成为那个巨人。”
