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原子制造过程的可视化与原位检测

沈阳工业大学学报 2024年第5期 702-709页

作者：李陈叶茂尹奎波徐涛孙立涛东南大学集成电路学院

原子制造是指将能量直接作用于原子，对原子进行精准可控去除、增加等操作，从而调控材料结构和性质的技术。为实现原子制造的精准性和可控性，跨尺度的实时观察与检测势在必行。原位透射电子显微技术不仅能在原子尺度下实时研究纳米材... 详细信息

原子制造是指将能量直接作用于原子，对原子进行精准可控去除、增加等操作，从而调控材料结构和性质的技术。为实现原子制造的精准性和可控性，跨尺度的实时观察与检测势在必行。原位透射电子显微技术不仅能在原子尺度下实时研究纳米材料结构与性质之间的关系，而且可以构建原子级器件并实现其性能的原位检测。简要综述了原位透射电子显微技术在纳米/原子精度的加工、器件构建及原位检测方面取得的重要进展，提出了当前原位透射电子显微技术在原子制造过程的可视化与原位检测领域面临的挑战和未来的发展方向。

关键词：原子制造可视化原子尺度加工原位检测原位透射电子显微镜纳米材料实时观察

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核酸-金属复合物及其在原子制造领域的应用

物理学报 2021年第2期70卷 208-220页

作者：李圣凯郝卿彭天欢陈卓谭蔚泓湖南大学化学化工学院分子科学与生物医学湖南省重点实验室长沙410082 湖南大学生物学院长沙410082 湖南大学化学化工学院化学生物传感与计量学国家重点实验室长沙410082 上海交通大学医学院附属仁济医院分子医学研究院上海200240 中国科学院肿瘤与基础医学研究所中国科学院大学附属肿瘤医院杭州310022

原子及近原子尺度制造是直接以原子为操纵对象,构建具有特定功能的原子尺度结构,并实现批量生产以满足所需要的前沿制造技术,是国际学术研究的前沿热点问题.本综述总结了核酸材料在精准原子制造中的应用及前景,从核酸材料的基本结构与... 详细信息

原子及近原子尺度制造是直接以原子为操纵对象,构建具有特定功能的原子尺度结构,并实现批量生产以满足所需要的前沿制造技术,是国际学术研究的前沿热点问题.本综述总结了核酸材料在精准原子制造中的应用及前景,从核酸材料的基本结构与功能出发,论述了DNA与金属原子相互作用的基本原理.从天然核酸材料、人工碱基"分子元素"、核酸纳米结构等方面分类介绍了核酸材料介导的精准原子制造的发展历程与突破性进展.最后,对该领域存在的一些挑战与机遇进行了系统性总结,并对其未来发展方向进行了展望.

关键词：原子制造核酸材料金属原子精准制造

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气相沉积技术在原子制造领域的发展与应用

物理学报 2021年第2期70卷 193-207页

作者：郭秦敏秦志辉武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉430081 湖南大学物理与微电子科学学院微纳光电器件及应用教育部重点实验室长沙410082

随着未来信息器件朝着更小尺寸、更低功耗和更高性能方向的发展,构建器件的材料尺寸将进一步缩小.传统的"自上而下"技术在信息器件发展到纳米量级时遇到瓶颈,而气相沉积技术由于其能在原子尺度构筑纳米结构引起极大关注,被认为是最有潜... 详细信息

随着未来信息器件朝着更小尺寸、更低功耗和更高性能方向的发展,构建器件的材料尺寸将进一步缩小.传统的"自上而下"技术在信息器件发展到纳米量级时遇到瓶颈,而气相沉积技术由于其能在原子尺度构筑纳米结构引起极大关注,被认为是最有潜力突破现有制造极限进而在原子尺度构造、搭建物质形态的"自下而上"方法.本文重点讨论适用于低维材料的原子尺度制造的分子束外延技术和原子层沉积/刻蚀技术.简要介绍相关技术中蕴含的科学原理及其在纳米信息器件加工和制造领域的应用,并探讨如何在原子尺度实现对低维功能材料厚度和微观形貌的精密控制.

关键词：气相沉积原子制造分子束外延原子层沉积

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面向原子制造的框架核酸研究进展

物理学报 2021年第2期70卷 88-103页

作者：杨蓓李茜柳华杰樊春海同济大学化学科学与工程学院上海自主智能无人系统科学中心先进土木工程材料教育部重点实验室上海200092 上海交通大学化学化工学院上海200240

框架核酸是核酸分子通过自组装形成的一维到三维的框架结构,不仅能精准定位功能基元,还可实现在纳米甚至原子级尺度上进行力学、光学和电学等物理性质,以及单分子水平化学与生化反应的精准调控.利用框架核酸对物质进行原子级的人工自组... 详细信息

框架核酸是核酸分子通过自组装形成的一维到三维的框架结构,不仅能精准定位功能基元,还可实现在纳米甚至原子级尺度上进行力学、光学和电学等物理性质,以及单分子水平化学与生化反应的精准调控.利用框架核酸对物质进行原子级的人工自组装,可实现基本构筑单元的精准物理排布与功能化集成,进而实现器件制造,有望推动从原子到宏观的精确功能化的制备.本文围绕框架核酸和原子制造两大前沿的交叉领域,阐述框架核酸在原子级精准构筑方面的可行性和优势,首先介绍了具有原子级精准性的框架核酸的构建,以及利用框架核酸进行功能化组装的一般策略,然后着重探讨框架核酸在器件构筑方面的研究进展,最后就面向原子制造的未来发展方向进行了展望.

关键词：框架核酸原子制造自组装功能器件

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先进材料的原子制造

科学通报 2023年第30期68卷 4035-4054页

作者：王周扬丁一然曾梦琪付磊武汉大学化学与分子科学学院武汉430072 武汉大学高等研究院武汉430072

为了实现更高效和更智能的产品和系统,需要发展更小尺度和更高精度的制造技术,以提高材料的性能、利用率和集成度.原子是物质的最小构筑基元,实现原子级精准制造(原子制造)能以最大的精度定制材料的结构和性质.原子制造能从物质世界底层... 详细信息

为了实现更高效和更智能的产品和系统,需要发展更小尺度和更高精度的制造技术,以提高材料的性能、利用率和集成度.原子是物质的最小构筑基元,实现原子级精准制造(原子制造)能以最大的精度定制材料的结构和性质.原子制造能从物质世界底层(原子)出发进行制造,在此过程中,大量的新物质、新器件和新机理正在被发现.尽管原子制造尚处于起步阶段,但它是实现精准合成、定制材料性能的关键路线.本文首先从原子制造与传统制造的对比出发,阐明原子制造的内涵.接着以典型体系(包括单原子、团簇、二维材料和高熵合金)为例,从结构设计角度介绍材料的原子制造方法及科学原理.然后以量子信息技术、半导体器件和能源转化为应用场景,从物质的性质定制角度阐明原子制造的优势和价值.最后从发展兼具精准性和可批量性的原子制造方法、原子尺度机理探究、原子制造新材料和新器件等角度总结原子制造面临的挑战并展望未来发展.

关键词：原子制造低维材料高熵合金精准合成

原子制造中的物质间相互作用基础:现状、前景和挑战

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物理 2023年第6期52卷 381-393页

作者：王聪程志海季威中国人民大学物理学系、量子态构筑与测控教育部重点实验室北京100872

材料是支撑人类文明大厦的基石,历史中材料制造加工技术的突破不断推动人类文明变革。“自上而下”地提高制造和加工精度,控制和利用原子特性“自下而上”地创制新材料,这两条技术路线共同指向了一种未来制造方式——原子制造。物质间... 详细信息

材料是支撑人类文明大厦的基石,历史中材料制造加工技术的突破不断推动人类文明变革。“自上而下”地提高制造和加工精度,控制和利用原子特性“自下而上”地创制新材料,这两条技术路线共同指向了一种未来制造方式——原子制造。物质间相互作用是控制原子行为和特征进而实现原子制造的基础。文章围绕原子制造中可能涉及的物质间相互作用规律及其在原子制造中的潜在应用,首先介绍了如何实现单原子的探测与控制,进而着重探讨控制原子行为和特征到创制新材料、构筑超原子新结构的研究进展,最后就原子制造中的机遇与面临的挑战进行了展望。

关键词：原子制造单原子操控超原子材料团簇物性定制单原子探测

原子制造与原子微系统:A2P与强约束集成微系统技术的结合

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太赫兹科学与电子信息学报 2016年第5期14卷 793-799页

作者：李沫李倩张健中国工程物理研究院微系统与太赫兹研究中心四川成都610200 中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳621999

介绍了国外从原子到产品(A2P)研究,阐述了强约束集成微系统技术的微观架构及其两"微"内涵。在此基础上,将A2P与强约束集成微系统理念相结合,提出了原子制造和原子微系统概念,并初步分析了其科学技术框架体系。我们认为,原子制造和原子... 详细信息

介绍了国外从原子到产品(A2P)研究,阐述了强约束集成微系统技术的微观架构及其两"微"内涵。在此基础上,将A2P与强约束集成微系统理念相结合,提出了原子制造和原子微系统概念,并初步分析了其科学技术框架体系。我们认为,原子制造和原子微系统技术是从"材料到系统"的集成微系统技术向原子层次的进一步延伸和发展,主要包含如下内涵:a)研究如何开发先进工艺,跨越原子尺度到宏观尺度的制造鸿沟,使得从原子出发集成定制的宏观尺度产品或系统能够保持优良的"原子级"特性;b)研究原子层级微观特性在向宏观产品传递过程中的变化的物理过程,讨论如何实现原子层次优良特性的选择性保留以及新特性开发,进而实现系统更强功能及更高性能。原子制造和原子微系统技术具有很强的前沿性、颠覆性,有望为后摩尔定律时代提供一条全新的技术途径,引发一场新的重大技术革命。

关键词：从原子到产品强约束集成微系统微观架构原子制造原子微系统

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面向近原子尺度制造的光学测量精度极限分析

物理学报 2021年第6期70卷 44-52页

作者：战海洋邢飞张利清华大学精密仪器系北京100084

纳米级乃至更高精度的测量是原子及近原子尺度制造技术发展的基础和保障.光学测量具有精度高、测量范围广、测量直观等优点,其对单个成像光斑中心的定位可达远超衍射极限的精度.但由于光本身散粒噪声、探测器暗电流噪声等随机性的存在,... 详细信息

纳米级乃至更高精度的测量是原子及近原子尺度制造技术发展的基础和保障.光学测量具有精度高、测量范围广、测量直观等优点,其对单个成像光斑中心的定位可达远超衍射极限的精度.但由于光本身散粒噪声、探测器暗电流噪声等随机性的存在,光学测量存在精度极限.本文基于克拉美罗下界理论发展了可适用于任意强度分布像斑的精度极限计算方法,并以典型艾里斑为例,分析了成像过程中反映信噪比、能量集中度、计算方式的参数对定位精度极限的影响规律并给出提高精度的建议和结论.对实验所得像斑进行了精度极限计算,验证了所得结论对类似艾里斑的像斑的适用性.研究为原子及近原子尺度制造过程中光学测量的应用和优化提供了分析方法和理论指导.

关键词：原子制造光学测量精度极限

原子尺度材料三维结构、磁性及动态演变的透射电子显微学表征

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物理学报 2021年第6期70卷 199-216页

作者：钟虓䶮李卓香港城市大学材料科学与工程系九龙999077 香港城市大学深圳福田研究院深圳518048 香港城市大学深圳研究院纳米制造实验室(NML)深圳518057 清华大学材料学院北京电子显微镜中心先进材料教育部重点实验室新型陶瓷和先进工艺国家重点实验室北京100084

原子表征与操控是实现原子制造必须突破的物理瓶颈之一.像差校正电子显微学方法因其优异的空间分辨率,为实现原子精细制造提供了有力的表征手段.因此,利用电子显微学手段,在原子尺度对原子制造的材料及器件进行三维结构和性能的协同表征... 详细信息

原子表征与操控是实现原子制造必须突破的物理瓶颈之一.像差校正电子显微学方法因其优异的空间分辨率,为实现原子精细制造提供了有力的表征手段.因此,利用电子显微学手段,在原子尺度对原子制造的材料及器件进行三维结构和性能的协同表征,对于深入理解原子水平材料操控的物理机理具有非常重要的意义.纳米团簇及纳米颗粒是原子制造材料与器件研究的主要对象之一,具有丰富的物理化学性质和较高的可操纵性.本文探讨纳米团簇/颗粒结构三维定量表征、使役条件下纳米团簇/颗粒结构演变定量表征、纳米颗粒/晶粒结构-成分-磁性协同定量表征等诸多方法与实例,阐明了电子显微学表征手段的突破和发展为实现精细控制的原子制造材料提供了坚实基础.

关键词：原子制造透射电子显微学与谱学三维结构定量表征纳米团簇