11月11日至14日，“原子级制造：前沿与应用”自然国际会议在南京举行。会议由南京大学与自然出版集团联合主办，南京原子制造研究所协办，东南大学、苏州大学等共同组织，吸引来自全球多个国家和地区的500余位学者、专家及产业代表参加。

原子级制造究竟是什么？其应用前景价值几何？为何吸引了这么多专家学者的目光？

小原子大价值，已现产业化雏形

原子是构成物质世界的基本组成单元，直径通常在埃米（纳米的十分之一）量级，不到人类头发丝的100万分之一。原子级制造是将原子精准操控、按需构筑，实现原子尺度结构或原子精度加工，是具有战略性、引领性的未来产业之一。以集成电路行业为例，如果能实现单原子特征的芯片，其尺寸、功耗可降低至当前的千分之一以下，计算能力则提升千倍以上。

原子级制造概念早在20世纪中期就已提出，近年来随着纳米科技兴起，成为世界主要国家竞相布局的战略高地。1984年，南京大学王广厚院士率先开展原子团簇物理技术研究，是国内该领域的先驱科学家。所谓原子团簇，指的是由几个至几百个原子通过化学键或弱相互作用结合形成的、尺寸介于单个原子与宏观固体之间的微观集合体。

“一开始我们用探针控制原子位移，效率低得难以想象。”芬兰阿尔托大学教授亚当介绍，出于兴趣，他多年前从理论物理跨界到原子级制造与AI交叉研究，此次专程赴南京参会，只为追踪领域最前沿动态。让他尤为关注的是南京原子制造研究所的研究，“我看过研究所所长宋凤麒的论文，他们采用原子团簇的方法来提高效率，极具启发性，且更接近产业应用。”

AI赋能正成为突破效率瓶颈的关键。亚当团队探索通过人工智能优化原子组合路径，目标是开发量子计算机所需的新型材料。记者在采访与会嘉宾时，偶然得知这一技术方向已在国内结出硕果——前不久，深圳国际量子研究院研究员贺煜团队成功研发全球首台半导体逻辑量子计算机。“我们用单原子内态编码量子比特，计算精度提升了一个数量级。”贺煜介绍，该设备已用于求解水分子基态能量，未来在生物医药、新材料筛选等领域潜力巨大，但他同时坦言，“一周仅能制造一块量子芯片”的产能成为产业化的最大阻碍，而高效的批量化原子制造技术被视为解决问题的核心路径。

此外，北京大学研究员周继寒告诉记者，他和团队实现了原子级别催化剂活性变化的全生命周期跟踪，可为能源产业升级中的催化剂设计提供核心支撑。

从实验室到工业应用，南京设施或成关键支撑

会上，专家学者分享的实验室成果正逐步搭建起从基础研究到产业应用的桥梁，同时必须承认，原子级制造虽应用价值巨大，但目前仍没有全面开展技术体系和工艺装备开发。

“核心挑战，在于对原子的精准控制与可重复性。每个实验要能重复自身，原子组合出错要能纠正。”亚当指出，可重复性瓶颈的突破，将是未来10年的核心目标。

比利时鲁汶大学副校长彼得·利文斯对此深表认同。他长期研究原子团簇特性，以期实现设计并赋予材料特定的功能与特性，“比如，一个由20个到30个原子构成的团簇，只要替换一个原子就会呈现完全不同的特性，而实现这种精准操控到工业规模应用，正是全球科学家的共同梦想。”

南京正在推进的原子制造基础设施，让这一梦想有了落地可能。作为国内最早开展原子级制造研究的机构，南京原子制造研究所已初步建成30米长的原子极微制造实验设施。该设施通过让大量的原子凝聚碰撞，设定微环境控制凝聚尺寸，结合磁电双聚焦质量选择，最终使原子数目、种类和结构得以精准操控。这一方法下，每秒操控原子可以突破万亿次，形成真正的原子级制造能力。

“这套设施拥有将梦想变为现实的巨大潜力。”彼得·利文斯对此大加赞赏，他认为该设施将在工业应用领域带来深远影响，为原子级制造的规模化提供关键支撑。

去年11月，南京市与南京大学签署共建原子极限微制造实验设施合作协议。目前原子极限微制造实验设施已正式列入江苏省重大科技基础设施首批重点支持项目。

聚智全球，共绘原子级制造合作蓝图

“当下探讨原子制造议题，时机格外合适。”《自然·通讯》高级主编克里斯蒂安·库特纳表示，原子尺度制造的难度很高，需要对多种特性精准控制。一旦到了这一阶段，就能真正将相关技术规模化应用。因此这些技术对未来而言至关重要，它们能让科研、生产流程效率更高，用途更广泛，且稳定性更强。

“我们将始终关注这一领域的核心进展，努力为大家带来新的认知。”克里斯蒂安·库特纳说。

慕尼黑大学教授蒂姆·利德尔此次参会带来了实验室最新成果：一种将DNA用作构建结构材料的技术。“我们基本上可以实现单个原子的精准控制。这些结构自行组装后，能呈现出我们通过DNA序列编程好的任意形状。所以，我们并非在DNA的‘遗传功能’层面使用，而是把它当作一种构建材料来用。”蒂姆·利德尔认为，这和他在会议期间看到的许多原子级制造方法相辅相成，“很多成果报告能非常好地激发研发热情，也有助于开发技术的新应用方向。或许我们能找到一些契合点进行技术合作。”

“科技创新需要开放。”亚当也提到，跨领域、跨国界的合作是推动这一前沿技术发展的核心动力。他个人对原子团簇研究非常感兴趣，非常期待南京能建成更大规模的原子极微制造装置。

会议组委会相关人士告诉记者，为期4天的会议所凝聚的思想成果和共识，将为后续学术研讨与跨界合作提供重要参考。

来源：南京日报