原子级制造是一种突破传统制造极限的创新技术，通过精确操控单个原子或原子层的排列、移位与去除，实现前所未有的制造精度。其核心在于能够在原子尺度上对物质进行直接操作，创造出具有特定结构、性能或功能的新型材料和器件。
原子级制造的内涵与意义
原子级制造融合了物质科学与制造科学，旨在通过原子级精度操控实现跨尺度构筑，创造出具有超常性能的新型材料。其起源可追溯至20世纪初的原子理论，随着扫描隧道显微镜等先进设备的问世，人类首次能够直接观察并操控单个原子，标志着原子操控技术的开端。原子级制造具有革命性突破，其精度极限性超越了传统制造方法，能够突破传统制造技术的局限，创造出具有超常性能的新型材料。
原子级制造是国家战略需求的关键支撑
原子级制造是信息技术、半导体制造、量子计算、新能源等战略领域的核心技术，对提升我国科技竞争力至关重要。我国在集成电路、光电设备和高精度制造领域的技术与设备仍处于全球技术发展链的中游，亟需通过原子级制造技术的突破，提升我国在关键技术领域的自主创新能力，增强产业自主性，最终实现从“制造大国”向“制造强国”的转型。
原子级制造的现状和趋势
当前原子级制造技术已在高端芯片、精密光学元件、量子器件等领域展现出初步应用能力，但距离“可批量、可工程、可产业”的成熟体系仍有明显差距。围绕“如何在原子尺度精确创建结构与性能，并将这种精度可靠地放大到宏观器件”，国内外研究主要集中在三个方向：批量原子操控、原子级构筑以及原子级测量与表征。未来发展趋势包括从“单原子示范”走向“批量化操控”，从“二维薄膜”走向“三维限域结构”，从“离线检验”走向“原位监测与闭环控制”，以及从“单点技术突破”走向“系统集成与产业带动”。
原子级制造原理
原子级制造的核心原理是通过构建包含有序化、规模化势阱阵列的人工势能面，利用能场/能束与物质的原子尺度作用，实现对原子的规模化精准操控。主要技术路径包括扫描探针显微镜（STM）、扫描透射电子显微镜（STEM）、能场调控原子级构筑、能束与物质的原子尺度作用等。
原子级去除与改性原理与技术
原子级去除与改性技术包括原子级抛光、原子级切削、原子级缺陷控制与原子级性能调控等。原子层抛光（ALP）是实现大面积、原子级精度、无损表面原子级制造的关键技术；原子层刻蚀（ALE）技术具有原子级精度，成为研究热点；原子尺度切削（ASM）旨在对材料去除量进行原子量级的精确控制。
原子级构筑原理与技术
原子级构筑是指从原子/分子级别出发精准构筑材料与结构的先进制造技术。主要技术包括能场调控原子级构筑、原子精准团簇的构筑和宏量制备、原子层有序生长与界面构筑、原子级三维构筑与定向组装、新型原子级器件构筑等。
原子级制造测量与标准方法
原子级制造测量与标准方法包括原子级测控一体前沿、超分辨动态观测、材料原子尺度物性表征、原子级结构测量、原子级缺陷检测等。超分辨动态观测技术是原子级制造过程监测的关键；材料原子尺度物性表征技术为发展稳定、无磨损、低损伤的原子级机械加工技术提供直接科学依据；原子级结构测量技术为保障批量化原子级制造器件的性能和质量提供关键数据；原子级缺陷检测技术对实现跨尺度缺陷高精高效探测至关重要。
原子级制造的挑战与机遇
原子级制造是先进制造发展必然趋势，是国家战略需求必破卡点。原子级制造的三大科学问题为批量原子操控原理、批量原子构筑机制、原子级高精高效测量理论。十大技术难题包括能束均布性与阵列制造的构效关系、原子层精度的大面积一致、可控去除、能场扩展性与限域调控的矛盾、三维小尺寸结构规模化原子级构筑、构筑尺寸接近原子级的传质受阻问题、表面局域差异与单原子层精度的矛盾、外场作用下原子级基元的定向迁移与组装机制、大幅面原子级结构与缺陷高效测量、揭示探测能场对原子级形性参量的敏感及其增强机制、原子级结构与缺陷测量精度与效率间的矛盾。
