杨蓓 李茜 柳华杰† 樊春海‡

1) (同济大学化学科学与工程学院, 上海自主智能无人系统科学中心, 先进土木工程材料教育部重点实验室, 上海 200092)

2) (上海交通大学化学化工学院, 上海 200240)

1 引 言

以原子为出发点, 探索原子尺度精准性对于物质性能的重塑性, 挑战自最基本层次开始的材料与器件制造, 一直是全世界研究人员追求的目标.当使用原子作为材料的基本构筑单元时, 许多物理和化学特性都将显著有别于宏观状态, 原子制造的材料不能再通过经典力学、宏观统计分析等理论来解释, 而是以量子理论作为核心基础进行探讨, 因此原子制造将极大程度上有别于传统制造, 并产生许多新颖特性.例如, 在拓扑绝缘体表面掺入磁性原子形成长程铁磁序, 无需外加磁场, 就能形成稳定的基本没有耗散的量子反常霍尔效应[1,2]; 利用原子作为量子比特的载体, 有望发展全新的量子计算机, 有效屏蔽外界干扰, 高速并行处理大量数据[3];此外, 最近发展的单原子催化剂基于单个金属原子能级结构和电子结构的根本变化, 较一般的金属团簇或纳米颗粒催化剂有更为高效的催化效率和原子利用率[4,5].

与纳米制造类似, 原子制造既可以通过“自上而下”的原子操纵技术, 也可以通过“自下而上”的原子组装技术实现.原子操纵最早借助于扫描隧道显微镜(scanning tunnelling microscopy, STM)一个一个地精准控制原子的捕获、移动和放置来实现.例如, 1990 年IBM 的科学家在人类历史上首次通……