新华社北京3月25日电 3月24日出版的2025年第12期《瞭望》新闻周刊刊发了记者扈永顺采写的文章《原子级制造驱动未来产业》。摘要如下:
在南京原子制造研究所(南京大学原子制造研究院)内一个足球场大小的实验室中,一套能够进行原子规模化操控的原子极限微制造实验设施弯曲排列,宛如一条游龙。南京大学教授宋凤麒正和团队成员对装置各部分进行测试、组装,迎接即将到来的验收工作,他告诉记者,研制这台原子极限微制造实验设施,是为将来研发全球第一台原子级制造大科学装置做预研。
宋凤麒介绍,原子极限微制造实验设施的成功建设,跑通了科学原理,获得了三个能力——能造分子、能造材料、能加工器件,这些工作为建设原子级制造大科学装置提供了可行性验证。
中国制造实现引领的一个战略选择
原子级制造是一条全新赛道,国内外同时起步、基础相当,组织得当,有可能成为中国制造发展的一个引领机遇。
上世纪80年代开始,国内外原子制造研究几乎同时起步。1984年,王广厚院士最早开展了团簇物理的基础研究并研制相关仪器,宋凤麒师从王广厚院士,并于2008年出国留学学习原子操控技术。
“我留学的英国伯明翰大学,2016年时已经实现当时最大规模的成簇原子控制,每秒控制10亿次原子。但这依然是实验室‘魔术’,是气相物理不是固体物理,做不出成规模的材料与器件。”宋凤麒说。
2010年宋凤麒留学回国后继续开展相关工作。2016年,国家重点研发计划启动“纳米科技”专项,部分项目涉及原子尺度的材料设计与操控。2018年,南京市与南京大学共建了国内首个原子制造研究中心。期间,宋凤麒担任某国家级课题组负责人,带领课题组突破多个技术挑战、数次迭代原子级制造装备,在2019年大幅提高加工效率,实现几分钟内将一张1英寸硅晶圆打上原子簇颗粒,用来制造传感器。该原子级制造装备入选国家“十三五”科技创新成就展。
“沿途下蛋”迎来物质“创造”曙光
宋凤麒团队在预研原子极限微制造实验设施过程中,数个成果已经产出商业应用产品,达到了“沿途下蛋”效果。
在实验室,记者见到了一项成果——原子级尺寸的镍粉体。镍是通过金属键形成的晶体结构,由大量镍原子通过金属键无限延伸排列形成,因此镍晶体本身是一个巨型结构。而镍原子级粉体只有几百个原子,这一原子级尺寸控制可以大幅降低熔点和材料处理的温度。例如发动机机匣的修复需要达到1200℃,而使用原子级尺寸的镍粉体,可在1000℃以下完成修复。
此外,在预研原子极限微制造实验设施的过程中,宋凤麒团队发现设施产生的原子团簇可以精确载能,由此具备了进行原子级加工能力。他们据此研制了一台晶圆加工样机。“这些成果已经证实了原子极限微制造实验设施驱动未来产业的潜力。”宋凤麒说。
有组织科研建设大科学装置
聚焦江苏打造具有全球影响力的产业科技创新中心的目标,2023年,南京市政府和南京大学共同启动原子极限微制造实验设施建设,希望通过成功预研,为将来启动大科学装置建设提供理论与技术基础。
南京大学前沿科学学院院长姜田介绍,南京大学本着聚焦国家重大战略、集中力量办大事思路,按需设计体制推进任务,建设有组织科研示范区。“原子极限微制造实验设施的规模、人才结构需求不同于常规科研。学校在前沿科学学院下设原子制造研究院,学校提供50个编制名额。前沿科学学院则像是一个孵化器,为原子制造研究院提供资产管理等基础保障。”姜田告诉记者,此外南京市政府也依托宋凤麒团队成立了南京原子制造研究所,同样提供50个编制名额。南京原子制造研究所、南京大学原子制造研究院都由宋凤麒担任所长、院长,由其带领团队开展科研攻关。(完)
【记者:扈永顺 】
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