依托辽宁优势加速布局“原子级制造”

——访大连理工大学机械工程学院教授孙吉宁

本报记者 陈琳琳

孙吉宁

大连理工大学机械工程学院教授，本科和硕士毕业于北京大学物理学院，在英国赫瑞瓦特大学获博士学位，国家高层次人才，辽宁省人才集聚项目入选者，大连市长期创新人才，英国高等教育学会会士，国际纳米制造学会青年委员会委员。主要研究方向为原子及近原子尺度制造、微纳功能表面。

记者：普通读者很难想象“原子级制造”是什么样的，能否通俗地解释什么是“原子级制造”，它与纳米制造的区别在哪里？

孙吉宁：简单来说，ACSM（原子及近原子尺度制造）就是在0.1纳米—1纳米的原子级尺度上，对物质进行原子级拼装与改造的制造方式。如果把制造比作“搭积木”，ACSM更像是把原子、分子当“乐高积木”，通过直接操控单个微观单元，实现材料生长、结构加工和性能调控的同步完成，最终搭建出目标功能器件。它与纳米制造的核心区别，不在于尺度的简单缩小，而在于“操控逻辑”的本质不同。传统制造即便能达到纳米级精度，很多时候也难以突破量子效应等带来的物理极限限制，而ACSM的核心优势是“精确重构能力”——我们不是被动利用材料原有特性，而是主动设计原子排列方式，从根源上赋予材料和器件全新功能，这是对制造范式的根本性突破。

记者：ACSM从思想萌芽到成为全球关注的战略方向，经历了怎样的发展历程，中国学者在这一历程中扮演了怎样的角色？

孙吉宁：ACSM的发展是人类探索微观操控能力的漫长历程。早在1959年，物理学家费曼的著名演讲“底下的空间还大得很”就预言了原子尺度操控的可能性，上世纪80年代扫描隧道显微镜的发明，为原子操控提供了关键工具，1989年IBM科学家用氙原子拼出公司标志的实验，首次证实了原子级操控的现实可行性。

进入21世纪后，ACSM迎来了关键转折点——天津大学教授房丰洲率先系统性提出了制造的三个范式，并梳理出ACSM理论框架和技术路线，让这一领域从零散的实验现象发展为有明确目标、完整体系的学科方向。随后，国际生产工程科学院将ACSM列为制造科学的战略性方向，标志着它正式成为全球制造领域的研究热点，而中国学者在其中发挥了引领性的推动作用。

记者：大连理工大学在ACSM领域开展了哪些研究工作，取得了哪些突破？

孙吉宁：依托在高性能制造领域的深厚积淀，大工在ACSM领域形成了特色鲜明的研究体系。2023年，我们联合国际纳米制造学会，在大连成功举办了第三届国际纳米制造学会先进制造研讨会，会聚了国内外百余位领域顶尖专家，为全球学者搭建了交流平台。2024年，我们与房丰洲教授共同撰写了领域综述论文，系统梳理研究进展、指明发展方向，获得了国际同行的广泛关注。

在核心技术突破方面，我们依托高性能精密制造全国重点实验室，取得了多项关键成果。一是提出了原子尺度半导体刻蚀新方法与新工艺，实现了0.1纳米级的刻蚀深度可控。二是攻克了原子级平整表面加工技术，为高性能器件制造提供了关键基础。三是发展了原子尺度材料去除动态仿真方法，为理解和预测ACSM过程提供了有效的理论支撑。此外，我们在跨尺度制造装备领域的创新，成功将传统制造方法与ACSM结合，为解决从原子到宏观的工程问题提供了独特思路，相关成果已被国内外同行广泛引用。

记者：从应用前景来看，ACSM技术将给哪些领域带来革命性影响，推广应用还面临哪些挑战？

孙吉宁：ACSM的应用潜力集中在对材料性能和器件精度有极致要求的前沿领域。在信息技术领域，它能突破现有芯片制造的物理极限，为下一代超高性能芯片提供制造方案。在量子计算领域，原子级的精准操控是构建高性能量子比特、实现稳定量子计算的关键。此外，它还能为新型催化剂、高端光学器件等领域带来颠覆性创新，这些突破在工业领域具有巨大应用价值。

ACSM目前仍处于发展初期，面临一系列发展瓶颈，需要从第一性原理出发，突破原子级层面的物质间相互作用机理，并以此为基础发展新型装备，同时兼顾制造效率与成本等。这些挑战正是领域发展的动力，随着理论研究、材料科学和技术装备的协同进步，ACSM必将逐步走向产业化应用，开启“从原子出发制造万物”的全新时代。

记者：辽宁应如何更好地发展“原子级制造”，对辽宁产业结构升级将发挥哪些作用？

孙吉宁：我认为，辽宁发展“原子级制造”要立足工业根基与科教优势。建议以政策为牵引，整合辽宁黄海实验室、材料实验室等科研力量，组建跨学科攻关团队。同时，优化人才政策与科技金融支持，吸引高端人才，激活创新生态。

原子级制造对辽宁产业升级意义重大：一是赋能装备制造、冶金等传统产业，通过原子尺度优化材料性能，推动产业高端化转型。二是破解芯片、高端零部件等“卡脖子”难题，壮大战略性新兴产业。三是催生量子科技、先进材料等未来产业赛道，重塑产业格局。这一“根技术”将加速辽宁从“制造大省”向“制造强省”跨越，为全面振兴注入新动力。

责编：姚晟琦

审核：刘立纲