原子操縱技術(shù)匯報(bào)人：XXCONTENTS原子操縱技術(shù)概述01原子操縱技術(shù)方法02原子操縱技術(shù)的挑戰(zhàn)03原子操縱技術(shù)的成果04原子操縱技術(shù)的前景05原子操縱技術(shù)的案例分析06原子操縱技術(shù)概述01技術(shù)定義與原理技術(shù)原理利用STM探針施加電場(chǎng)或激光干涉，實(shí)現(xiàn)原子級(jí)精準(zhǔn)操控技術(shù)定義原子操縱技術(shù)是精確控制原子位置或狀態(tài)的技術(shù)0102發(fā)展歷程1981年STM發(fā)明，1989年IBM用氘原子拼出“IBM”字樣技術(shù)起源011993年中國(guó)科研人員操縱硅原子寫出“中國(guó)”，2000年后向批量操控演進(jìn)技術(shù)突破02聚焦原子自組裝技術(shù)，如DNA步行者構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)未來(lái)趨勢(shì)03應(yīng)用領(lǐng)域原子操控實(shí)現(xiàn)二維材料轉(zhuǎn)角堆疊，助力1納米芯片性能提升千倍。芯片制造革新通過(guò)人工量子點(diǎn)構(gòu)建固態(tài)量子芯片，使量子比特相干時(shí)間延長(zhǎng)四個(gè)數(shù)量級(jí)。量子計(jì)算突破原子級(jí)精度制造超表面透鏡，突破衍射極限提升成像分辨率。光學(xué)元件升級(jí)原子操縱技術(shù)方法02掃描隧道顯微鏡利用量子隧穿效應(yīng)，通過(guò)探針與樣品間隧道電流變化實(shí)現(xiàn)原子級(jí)成像。量子隧穿原理01通過(guò)電壓脈沖形成強(qiáng)電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)單原子移動(dòng)、提取與放置。單原子操縱技術(shù)02原子力顯微鏡探針與樣品表面接觸，通過(guò)排斥力成像，適用于硬質(zhì)材料。接觸模式探針間歇性接觸樣品，減少損傷，適用于軟質(zhì)材料。輕敲模式其他操縱技術(shù)通過(guò)化學(xué)方法精確構(gòu)建原子結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)材料性能優(yōu)化。原子編程技術(shù)利用激光干涉形成勢(shì)阱，捕獲并操控超冷原子陣列。冷原子光晶格原子操縱技術(shù)的挑戰(zhàn)03技術(shù)難度原子尺度操作需皮米級(jí)精度，環(huán)境振動(dòng)需控制在納米級(jí)。操作精度要求高原子操縱機(jī)理仍存爭(zhēng)議，多物理場(chǎng)耦合效應(yīng)需深化研究。理論機(jī)制待完善需超高真空、液氦溫度及原子級(jí)平整襯底，設(shè)備成本高昂。環(huán)境條件嚴(yán)苛010203精確度要求在宏觀尺度定位單個(gè)原子，相當(dāng)于在地球赤道找一塊糖，分辨質(zhì)量需達(dá)10^-25千克級(jí)。原子級(jí)定位難度當(dāng)前原子操控效率需提升5個(gè)量級(jí)，能耗與成本限制產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。規(guī)模化生產(chǎn)瓶頸需液氦溫度、皮米級(jí)機(jī)械振動(dòng)控制、超高真空環(huán)境及原子級(jí)尖銳探針。操控環(huán)境苛刻成本與效率問(wèn)題進(jìn)口設(shè)備單價(jià)超2000萬(wàn)元，國(guó)產(chǎn)化率不足30%設(shè)備成本高昂需提升5個(gè)數(shù)量級(jí)，從每秒百原子到百萬(wàn)原子原子操控效率低原子操縱技術(shù)的成果04納米材料合成同濟(jì)大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用STM操縱原子，成功合成環(huán)型碳C6、C10等新型分子碳結(jié)構(gòu)。分子碳結(jié)構(gòu)0102中科院上海藥物所開發(fā)原子級(jí)藥物載體，靶向精度達(dá)單個(gè)癌細(xì)胞，臨床試驗(yàn)治愈率超80%。納米藥物載體03利用ALD技術(shù)修飾氧化鋁薄膜，合成高效納米催化劑，實(shí)現(xiàn)甲醇低溫制氫。納米催化材料量子點(diǎn)制造簡(jiǎn)介：量子點(diǎn)作為人工原子，實(shí)現(xiàn)光子束縛態(tài)調(diào)控，推動(dòng)光量子計(jì)算。量子點(diǎn)制造01量子點(diǎn)提供理想界面，可控制個(gè)體互動(dòng)，用于量子存儲(chǔ)和計(jì)算單元。量子點(diǎn)應(yīng)用02量子點(diǎn)中原子核與電子量子位交換信息，實(shí)現(xiàn)量子信息存儲(chǔ)。量子點(diǎn)突破03分子組裝技術(shù)同濟(jì)大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用STM操縱技術(shù)，成功合成環(huán)型碳C10、C12等新型分子碳結(jié)構(gòu)。新型分子碳合成利用原子操縱技術(shù)，實(shí)現(xiàn)原子級(jí)精度材料合成，如0.7納米超薄半導(dǎo)體制造。納米材料創(chuàng)新中國(guó)科學(xué)家通過(guò)光晶格技術(shù)，實(shí)現(xiàn)1250個(gè)高保真度原子糾纏對(duì)，推動(dòng)量子計(jì)算發(fā)展。量子計(jì)算突破原子操縱技術(shù)的前景05科學(xué)研究潛力量子計(jì)算突破原子操控提升量子比特相干性，推動(dòng)量子計(jì)算機(jī)實(shí)用化進(jìn)程新材料創(chuàng)制實(shí)現(xiàn)原子級(jí)精準(zhǔn)合成，加速新型功能材料研發(fā)與應(yīng)用工業(yè)應(yīng)用前景突破物理極限，實(shí)現(xiàn)原子級(jí)精度芯片，提升集成度與性能。芯片制造革新提升量子比特相干性，推動(dòng)量子計(jì)算機(jī)實(shí)用化進(jìn)程。量子計(jì)算突破未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)基于DNA分子構(gòu)象變化的“DNA步行者”可自主搬運(yùn)原子構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)，提升組裝效率。原子自組裝技術(shù)物理、化學(xué)、材料科學(xué)、電子工程等多學(xué)科深度融合，解決原子操縱穩(wěn)定性等難題。跨學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新南京大學(xué)“原子極限微制造實(shí)驗(yàn)設(shè)施”計(jì)劃提升原子操控效率，推動(dòng)工業(yè)化生產(chǎn)。大科學(xué)裝置建設(shè)原子操縱技術(shù)的案例分析06成功案例介紹1990年，IBM團(tuán)隊(duì)用35個(gè)氙原子在鎳表面拼出“IBM”字樣，開創(chuàng)單原子操縱先例。01IBM原子拼寫1993年，中科院團(tuán)隊(duì)在硅表面用硅原子寫出“中國(guó)”，展示原子級(jí)信息存儲(chǔ)潛力。02硅原子寫“中國(guó)”2025年，同濟(jì)大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用STM合成環(huán)型碳C10、C14等新型分子碳，推動(dòng)碳材料研究。03環(huán)型碳合成技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)同濟(jì)大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用STM操縱技術(shù)，在固體表面精準(zhǔn)合成環(huán)型碳C6等新型分子碳結(jié)構(gòu)。原子級(jí)精準(zhǔn)合成通過(guò)四能級(jí)倒Y原子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三維原子局域化，原子在特定位置被探測(cè)到的幾率為100%。三維原子局域化南京大學(xué)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)石墨烯氮化硼異質(zhì)結(jié)原子級(jí)堆疊，使量子比特相干時(shí)間提升四個(gè)數(shù)量級(jí)。量子態(tài)調(diào)