南京大学原子极限微制造实验设施。程佳欢摄

●原子级制造是“制造领域的终极变革”，或将引发“一场触及极限的制造革命”

●作为引领新一轮科技革命和产业变革的关键性“根技术”，原子级制造正在加速从实验室走向产业化

●这场原子尺度的革命，将大幅提升装备性能，推动装备制造的竞争从工艺优劣转向“原子级对决”

今年6月13日，吉林长春，一场以“抢先制造新赛道 助力产业再升级”为主题的2026原子级制造创新发展大会引发广泛关注。大会发布了“原子级制造领域十大基础科学问题”和《原子级制造创新发展倡议》，为我国原子级制造技术的发展和前沿布局指明了方向。

那么，什么是原子级制造？

简而言之，原子级制造就是将能量精准作用于原子，在原子尺度上进行加工，形成具有原子级特定结构特征的器件产品。

无论是精密加工，还是芯片制造，未来产业竞争一定程度上取决于谁能在更小尺度上创造新的材料和器件。然而原子之“小”，决定了原子级制造之“难”。要想抢占尖端制造领域制高点、争夺未来发展主动权，原子级制造是一条必须前瞻布局的赛道，更是一道必须聚力攻克的难关。

掀起制造领域终极变革

制造技术的历史，几乎和人类历史一样长。从石器时代人类用石头敲击出石斧、石刀，到蒸汽机时代的机械加工，再到今天的数字化、智能化制造，制造技术的每一次跃迁，都在不断拓展着人类改造世界的能力边界。

发展到今天，传统制造已经无限逼近精度极限——当器件的尺寸小到接近原子级别时，量子效应逐渐不可忽视，传统的“刀具”在原子尺度上不仅尺寸过大，还会带来难以估量的热效应与结构缺陷。

原子级制造以光子、电子、声子等能量形式为工具，操控对象不再是块状连续材料，而是离散的、单个的原子。独特的技术机理，使得原子级制造相较于传统制造更具优势——

更极致的精度。从制造工具看，原子级制造运用基本粒子直接对原子进行定向去除、增加或迁移，制造精度不再受“刀具”的制约，只取决于人们对物理场的调控能力；从操控对象看，原子级制造直接以原子为操控对象，将制造精度推向了物质世界所能达到的物理极限。

更极致的性能。原子级制造通过主动设计和重构原子的排列方式，可使制造的器件产品获得颠覆性的性能。有科学家预测，未来如果能实现单原子特征的芯片，其尺寸、功耗会降低至当前的千分之一以下，计算能力则提升千倍以上。

更极致的能效比。原子级制造以原子为基本操控单元，原料中每一个原子都有机会进入目标结构，理论上可实现近100%原子效率，具备显著的“原子经济性”。以催化材料为例，原子级制造通过精准布局活性中心，可大幅提升能效，并降低生命周期能耗。

原子级制造突破了传统制造范式，推动制造技术从“工艺决定性能”到“结构决定性能”的根本跃迁。专家预测，原子级制造将成为“制造领域的终极变革”，引发“一场触及极限的制造革命”。

有望迎来产业化发展浪潮

原子级制造是先进制造技术向极微观深入发展的必然趋势，也是当前全球原始创新和科技与产业竞争的战略制高点。

原子级制造并非某项单一技术，而是一个庞大的技术群。其核心技术包括原子层沉积、原子层刻蚀、分子束外延、原子团簇束流技术、扫描探针操纵以及原位表征与检测技术，等等。

原子层沉积与原子层刻蚀产业化进展最为迅速，是先进芯片制造不可或缺的“左右手”。

原子层沉积是一种先进的薄膜制备技术，可理解为给材料表面“穿衣服”。不过，这件“衣服”精细到极致，并非整块“布料”一次性覆盖，而是逐层“编织”。原子层沉积厚度控制极其精准且覆盖均匀，在芯片制造等领域得到广泛应用。例如，在晶体管上沉积几纳米厚的氧化铪绝缘层，可以让芯片跑得更快、耗电更少。

原子层刻蚀可理解为给材料表面“脱衣服”。不过，这件“衣服”并非整块撕下，而是逐层剥离。其核心机制是先通过化学手段让最表层的原子松动，再用低能粒子精准地将这一层原子摘走，一个周期去掉约一个原子层。这种“剥洋葱”式的逐层去除方式，让原子层刻蚀具备极高的控制精度和极低的刻蚀损伤，成为下一代高性能芯片制造中不可或缺的关键技术。

原子团簇束流技术等许多技术还处于从实验室探索向规模化应用迈进的阶段。

原子团簇束流技术是将原子聚集成团簇后，形成沿同一方向运动的高速粒子流——它既能充当原子级精度的“刨刀”，又能作为原子重组的“分子合成器”，创制出常规条件下无法获得的新材料与新分子。前段时间，南京大学联合国内相关单位搭建的原子极限微制造实验设施，利用原子团簇束流技术，5分钟内可生成上千种全新人工分子物种，开辟了原子创制人工分子的全新路径。

总体来看，原子级制造技术群正多点突破、加速落地，但距离大规模应用还有一段距离。不少专业人士对原子级制造未来的发展持乐观态度。有专家认为，随着单原子、团簇、逐原子层等操控技术不断突破规模化瓶颈，加之算力提升让原子精准设计成为现实，多重因素叠加，推动原子级制造从实验室概念走向产业应用，在未来10年内或将迎来产业化发展浪潮。

从原子尺度重塑未来战场

2025年12月，美国国防高级研究计划局启动“水晶宫计划”项目，探索运用原子级制造革新下一代军用微系统的单晶无机材料生长方式，以支撑先进雷达、自主空中平台等国防装备发展。

可见，原子级制造技术正加速从前沿突破走向工程化应用，其在军事领域的多维度价值也逐渐显现。

首先，原子级制造有望使军用材料突破性能“天花板”，实现高强度、超轻量化、极端环境耐受性等跨越性提升。

以二氧化钒为例。二氧化钒是自适应红外伪装的典型材料，然而它有个致命弱点，那就是在空气中加热到一定温度时就会氧化失效。科研人员利用原子层沉积技术，在二氧化钒颗粒表面包裹一层三氧化二铝保护壳，使得二氧化钒在保持显著红外发射率调节能力的同时，大幅提升了抗氧化能力，有望解决二氧化钒“有用但不耐用”的军事应用难题。

其次，原子级制造在军用电子领域具备巨大的应用潜力。

原子级制造的红外探测器具备更高的响应率、更低的噪声和更低的成本，已成为红外探测装备重要发展方向。德国弗劳恩霍夫应用固体物理研究所研制的欧洲首台长波红外超晶格相机，可在长波红外波段完全无光照条件下穿透烟尘探测目标；波兰基于Ⅱ类超晶格技术开发的制冷型红外探测器阵列，将集成于波兰军队及欧洲国防工业的新一代作战平台和防空系统中。

此外，原子级制造有望实现军用电池高比能、高安全的跨越式突破。

例如，基于原子级制造技术制备的高比能锂硫电池，能量密度较传统锂电池明显提升，可以更好地满足无人机、自主车辆、无人潜航器等高耗电装备对电池轻质、长航时、大功率等方面的需求。目前，美国、欧盟、英国的许多科研团队均在积极探索原子级制造技术在锂硫电池领域的应用路径。

原子级防护的军用高能电池则是另一重要突破口。美国纳米锻造公司利用原子层沉积纳米涂层技术，可在电池材料表面形成超薄防护层，显著提升电池的耐久性、安全性和循环寿命，相关产品已于2025年交付美国战争部进行测试。

原子级制造正在以原子尺度的精准设计与制造，重塑军事装备的性能边界和制造范式。未来，谁能在原子级制造的材料、工艺、装备和标准上率先形成体系化能力，谁就可能在下一轮军事变革中占据优势。