文章核心观点 - 原子级制造作为制造技术的终极形态 是全球科技竞争的新制高点 中国通过建设全球最大、共享程度最高的纳米真空互联实验站等重大科学基础设施 在该领域与国外基本同时起步 有望实现跨越式发展并形成核心竞争力 [1][3][4] 原子级制造的战略意义与竞争格局 - 推动原子级制造领域的原始创新具有重要战略意义 需要将前沿基础研究能力转化为产业优势 形成具有中国特色的技术路径和核心竞争力 [2] - 原子级制造能创造新物态、新材料和新器件 应用于集成电路、量子计算、人工智能、高温超导等重要领域 已成为全球竞争的新科技制高点 各国竞相制定相关战略计划 [4] - 原子级制造是一条全新赛道 国内外研究和布局基本上同时起步 基础相当 如果组织得当、统筹有力 有可能成为中国制造跃升发展的重要机遇 [4] 原子级制造的技术内涵与挑战 - 原子级制造是通过对原子的规模化精准操控 以能量作用于原子或原子级基元 创制出具有特定功能的材料或器件 被认为是制造技术的终极形态 [3] - 该领域研究已从单原子操控提升到几十万原子的宏量操控 需要突破经典制造极限 用并联方式实现批量精准操控 而非串联方式一个个搬原子 [3][4] - 从早期实验室的原子操控科学研究到原子级器件产品制造 存在理论、关键技术、设备等方面的巨大鸿沟 [5] - 原子级精度操控需要完全排除外界环境因素干扰 防止原子/分子级污染 因此需要抑制化学吸附和氧化反应等带来的缺陷的超高真空环境 [5] 纳米真空互联实验站的设施优势与研究重点 - 纳米真空互联实验站是全球规模最大、性能最优、共享程度最高的真空互联综合实验装置 将50余台大型科研设备连成整体 [1] - 该装置集材料生长、器件加工、测试分析于一体 极大地提升了纳米级器件研发和制造的效率 主要针对集成电路信息器件中的三个关键科学问题展开研究 [6] - 三个关键科学问题包括原子级材料按需创制、原子级器件精准加工、原子级高时空分辨动态表征 概括为让原子级制造"造得准""制得精""看得清" [6] - 通过构建信息材料与器件原子级操控新机理 发展出一条变革性的集成电路信息器件原子级加工制造路线 将实现信息器件极限性能 [6] 人工智能在原子级制造中的应用 - 超大规模材料结构、组分精准构筑与功能优化是新材料创制的关键瓶颈 人工智能机器化学家系统可提供数据比特驱动的解决方案 [7] - 通过标准化的数据收集 可建立全世界最大最领先的开源单原子催化剂数据库及谱构效智能模型 助力在原子比特智造领域领跑 [7] - 基于人工设计思路或融合生成模型的高通量计算是发现和创制新材料的主要驱动力 辅以实验结果的主动学习 可系统回答新材料创制的核心问题 [7] - 纳米真空互联实验站将搭建原子级制造数据与智能化平台 利用已积累的高质量可靠数据打造数据库 结合专用大模型实现新材料创制、器件模拟等工作 [7]