原子级制造是极具技术挑战性、产业创新性、国际战略性和经济带动性的未来产业，旨在通过规模化精准操控原子，将制造精度推向原子维度，让产品性能逼近理论极限。为了帮助公众更深入地了解这一未来产业前沿技术，即日起，上海市未来产业原子级制造专业委员会与上海市原子级制造产业共性技术研究院将携手推出“行业洞察”系列，聚焦“学习‘原子级制造’”“原子级制造主要技术路线浅析”“原子级制造典型应用场景及产业化发展方向”三大主题，为大家揭开这项未来制造的神秘面纱，读懂核心技术与产业潜力，层层解锁原子级制造的关键密码。
探究原子级制造的科学内涵，其最基础的核心在于制造底层物理规律的“量子化”跨越。与传统微纳制造高度服从经典理论与连续介质力学不同，在原子级制造中，当制造系统的特征尺度或粒子间距逼近甚至小于德布罗意波长（注1）时，量子效应（注2）、电磁效应以及特殊的热效应开始占据绝对主导地位。这意味着科学家和工程师面临的不再是宏观块体材料的物理切削，而是必须在量子力学框架下重新理解并利用物质间的相互作用。这一底层理论基石的转变，彻底打破了传统工业中“材料加结构决定产品性能”的固有模式，确立了“原子调控直接决定产品性能”的全新科学范式。通过直接对原子排列和成分进行极限操控，人类能够从根本上消除材料缺陷，赋予器件超常规的物性，使最终产品的性能无限逼近物理定律所允许的理论极限值。
近年来，随着全球科技界对该领域探索的不断深入，国际上对于原子级制造科学内涵的讨论已明确聚焦于“增材”与“减材”这两大核心原子操控路径的突破。在“增材”制造路径（即原子的精准添加）方面，当前的科学问题集中于限域空间内原子级结构基元的传质与组装机理，研究者致力于通过原子层沉积（ALD）、电化学沉积（ECD）、选区化学气相沉积等技术，揭示外场协同下原子的可控扩散迁移规律，从而自下而上地构筑极低缺陷的三维功能结构与新材料。在“减材”制造路径（即原子的精准去除）方面，学术讨论则高度关注原子级结构基元与能场的相互作用机制，旨在通过原子层刻蚀（ALE）、化学机械抛光（CMP）、磁流变抛光（MRF）、高能束直写等手段，克服能场扩展性并建立能量均布规律，实现单原子或单原子层的定域、一致性剥离与去除。打通并综合运用这两大路径，是原子级制造从实验室走向工业规模化量产必须跨越的科学鸿沟。
此外，“造得出”还必须“看得见、测得准”，这也是原子级制造科学内涵中极具挑战性的一环。最近的科学规划与学术前沿正全力攻坚原子级形性参量探测的敏感机制及其增强方法。在原子尺度下进行制造，不仅要求大深宽比（如40:1）的复杂结构具备优于0.1纳米的极高空间测量精度，还必须解决传统探测中“精度与测量效率难以兼顾”的跨尺度测量难题。综合来看，原子级制造的科学内涵是一场从连续介质向离散基元、从经典物理向量子物理的全面革命。它不仅为突破亚纳米芯片极限、研发量子器件以及定制超低磨损的航空航天材料提供了终极方案，更标志着人类认识和改造物质世界的水平正式迈入了一个极限精准的新纪元。
注1：德布罗意波长是描述物质波动性的物理量，由法国物理学家路易·德布罗意于1924年提出，其计算公式为λ=h/p（h为普朗克常量，p为粒子动量）。该概念表明微观粒子具有波粒二象性，对应的波称为德布罗意波或物质波。
注2：量子效应指由微观粒子波动性引发的宏观系统量子现象，常见于超低温等特殊条件，表现为玻色-爱因斯坦凝聚、超流性及量子霍尔效应等形态。
