原子级制造将改变世界

——访辽宁材料实验室副主任、山西大学光电研究所教授韩拯

　　本报记者 孔爱群

　　韩拯

　　辽宁材料实验室副主任，山西大学光电研究所教授。主要从事基于量子效应的新原理半导体、介观电子器件、纳米材料量子调控技术等创新研究。近年来，他带领团队围绕二维电子气低温强磁场下的电输运、材料量子电子物态调控等方面在国际顶级学术期刊发表多篇论文。先后入选国家海外青年人才计划（2015年）、国家高层次人才特殊支持计划科技领军人才（2020年）等。

　　记者：请您解释一下何为原子级制造？它有什么重要意义？

　　韩拯：原子级制造是科技发展的一个新阶段。过去很长一段时间，我们都是在宏观尺度来做材料加工制造的。随着科技发展，对微观世界了解得越来越多，需要从更小的尺度去做制造。在原子尺度，也就是零点几个纳米尺度下，很多传统的制造工具就失效了。如果想用几个原子来做一些东西，实现宏观物理层面没有的效应，就需要一套新的工具，同时还要再找新的方法，在极小的原子尺度下进行精准控制，并且实现大批量的制备。简单来说，原子级制造就是用更先进的工具和方法，从原子尺度对物质进行精确调控并能够批量制备，这是原子级制造的核心理念。

　　科学家在很早之前就提出了原子级制造的概念。著名物理学家费曼曾在1959年12月的美国物理学会年会上提过一个观点：“在材料的底层有很多空间”。就是说，如果能够从底层自下而上以原子尺度来研究材料，物质将会有无限可能，这为后续纳米科技的发展奠定了思想基础。但因为当时技术手段跟不上，没有办法真的在原子尺度做什么事情。直至上世纪后期到本世纪初，零维、一维到二维材料领域开始诞生一系列新的技术，人们越来越认识到原子级制造这个理念的重要性。可以说，在传统制造遇到某些瓶颈的时候，原子级制造可以进一步提升材料性能。比如，通过原子层次重新设计加工金属晶界，能够制备出强度更高的材料。更通俗来讲，可以通过自下而上的原子级制造获得这个世界上本来没有的材料，这就是它的意义所在。

　　记者：布局十年，目前我国在原子级制造领域取得了哪些成果？在这个科研领域，中国在世界上处于什么水平，有何优势？

　　韩拯：目前，原子级制造的概念已经在诸多行业里面普及，除一些半导体超精细加工和单原子催化的相关研究距离应用比较近以外，很多情况下，原子级制造目前尚处于基础研究层面。南京大学等研究机构在原子团簇设计制造等方面做了很多创新工作。去年，中国科学院物理研究所、松山湖材料实验室在两个惰性层状材料之间夹持低熔点金属，采用加压加热方式，让它重新结晶形成了一个本来不可以稳定存在的原子厚度的金属层。这种加工工艺制备出了传统认知里认为不太好制备或者非常难获得的材料。这种在世界上比较有特色且领先的研究成果，我国还有很多。

　　我认为中国的最大优势之一是有组织科研范式，研发效率高。除了在体制机制创新方面的优势，另外一个就是经过二三十年的人才积累，在人才梯队上也有巨大的优势。以原子级制造为例，辽宁材料实验室就有多个研究所正在从事高度相关的研究工作。

　　记者：目前是原子级制造从技术向产业迈进的关键时期，也可以说是行业风口，辽宁在原子级制造领域有哪些基础和不足？应如何抓住发展机遇？

　　韩拯：作为工业大省，辽宁要发展原子级制造，可以在优势的传统金属材料领域进一步挖掘新的潜力。比如钢铁材料，哪些微量元素可以循环利用？我们能不能在原子层面精准控制回收？金属材料性能的极限，能不能从原子尺度的结构设计与界面调控来创下新的纪录？这方面具有极大的探索空间。

　　虽然说，原子级制造已经布局10年，但它的发展空间还是很大的。辽宁的科教资源丰富，如果能集中全省力量，通过企业和科研机构的有效联合以及国内外的强强合作，有针对性地部署相关项目，联合攻关，盘活创新资源，进一步提升创新活力，会更有利于我们在原子级制造领域抢占战略先机。

　　记者：请您从科研的角度，谈谈辽宁应该如何更好地发展原子级制造？

　　韩拯：从一个科研人员的角度来说，希望政府能够加强相关领域的宏观调控，通过更好的政策激励，来加强原子级制造方面的战略科技力量建设。比如说人才吸引、项目部署，还有企业一线生产力量与科学研究力量的深度合作。另外，辽宁在原子级制造领域有很强的区位优势。比如在传统的金属材料加工制造方面，整个产业链条比较长，通过做一些生产过程中工具设备或原材料自身进阶的原子层次调控，就可以极大改善它的各项性能，提升生产效率和产品品质。在这方面，辽宁无论是在科技资源还是在产业资源方面都有着先天优势。如果能进一步把这些优势发挥好，就可以在特定领域做出更有特色和更大影响力的工作。

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