特邀编辑: 高鸿钧 中国科学院物理研究所

制造技术的不断迭代发展带来了器件性能的飞跃, 也推动着人类技术的进步.伴随着器件特征尺寸的不断缩小, 制造技术先后经历了宏观制造、介观制造、微观制造和纳米制造等多个阶段, 当前最具代表性的半导体工艺, 已经从微米尺度走到最前沿的3 nm 左右, 并进一步向更小的尺度迈进.因此, 制造技术进入到原子尺度已不再是遥不可及的梦想, 而成为现在科技界研究前沿的现实对象.然而, 在原子尺度下, 常规制造技术在材料、结构和器件的制造过程中遇到了原理性和系统性的瓶颈和壁垒, 这种制造精度的提升将不再是线性微缩, 而是从经典行为到量子行为的跨越, 势必孕育出颠覆性的新材料、新器件和新原理.例如, 有限原子数的小团簇会呈现与块体截然不同的结构和物理性质, 甚至产生类似高温超导的“能隙”; 超导基底上的铁磁原子线会形成马约拉纳费米子器件,是拓扑量子计算的载体; 二维原子晶体材料家族中, 石墨烯的费米速度比块材石墨高上千倍, 扭角石墨烯则可以形成奇特的莫特绝缘体态, 单层的二硫化钼具有比块材高10 万倍的二阶非线性光学系数; 原子精确操控的晶体管有可能形成相干的高质量量子点阵列, 也有可能成为具有选择性的极限单分子灵敏度的气体传感器, 等等.因此, 单原子层次上的功能器件设计与制造—原子制造, 迅速成为当前科……