原子级精密制造

原子级精密制造(APM)是纳米技术的实验应用，其中单个原子和分子可以精确定位，以形成完全没有缺陷的产品，直至原子水平。该技术目前在量子计算等高科技领域具有潜力，但如果商业化，可能会对制造业的所有领域产生重大影响。APM被归类为颠覆性技术，或在现有行业中产生大量变化的技术。APM目前正在开发中，尚未发现操纵单个原子的简单方法。一旦取得进展并且技术变得廉价和高效，APM就可以商业化以供大规模使用，并将降低制造的成本和能源需求。作为一项颠覆性技术，APM将首先在纳米医学和量子计算等利基领域上市，然后才能得到广泛应用。

传统制造工艺主要基于离散制造和流程制造的概念。离散制造是一种制造方法，它生产由装配线上的预组装组件制成的成品、批量生产的产品。通过离散制造制造的任何产品都可以分解为其组装中使用的组件。过程制造可以看作是相反的。在过程制造中，制造商必须遵循一套配方来制造食品或药品等成品；一般来说，以这种方式制造的产品不能进一步分解成它们的成分。但是，尽管这两种制造方法都非常适合快速批量生产商品，但由于它们的大规模性质，它们通常不能用于制造需要极高精确度的产品。然而，原子级精确制造具有制造极其敏感和精确的产品的精度水平。在精确性至关重要的行业中，原子级精确制造有可能成为xxx性力量。例如，在不断发展的量子技术和计算领域，纳米等离子体设备的开发正在进行中。在这些设备中，即使是非常轻微的不精确也会对最终结果产生巨大影响。APM的概念允许对粒子进行精确操作，以确保开发人员和研究人员能够获得正确的结果。

原子级精密制造的概念可以应用于许多研究和开发领域，下面列出了一些更有前景的应用。

原子级精密制造还具有帮助解决社会目前正在处理的许多环境问题的潜力。将APM纳入全球制造流程可以xxx减少目前工业造成的污染量。通过在原子级别上进行操作，可以xxx提高制造效率，并且可以成倍减少浪费，因为制造商现在几乎可以完全控制制造过程的各个方面。APM还可以帮助广泛实施可再生能源。例如，APM有可能xxx提高光伏系统（太阳能）的生产力。目前，光伏(PV)系统对于它们产生的能量来说过于昂贵，无法用作大城市地区产生能量的主要方法。希望APM将允许使用更便宜、更常见的材料创建光伏系统，并最终能够逐步淘汰化石燃料作为能源生产的主要形式。从大气中去除二氧化碳是APM的另一个潜在应用。目前，有去除空气中二氧化碳的技术，但不方便大量使用。APM可用于使这项技术更易于使用。

目前，量子计算受到限制，因为量子计算机受到各种问题的影响，例如退相干（粒子的量子性质的损失），并且在这些条件下，可能难以正确执行基本功能。在普通计算机中，计算能力差的问题通常可以通过为计算机提供更多的存储空间来解决，但这对于量子计算机来说目前还不是一个可行的选择。量子计算的存储单位是qubit（量子位的缩写），而不是标准计算中的普通位。研究人员在分配量子比特时必须高度保守，因为与拥有数千亿比特的典型计算机不同，xxx的量子计算机大约有50个量子比特。由于信息存储的供应如此稀缺，随着APM的应用，研究人员希望能够构建具有更大存储模块以及可以无限期保持相干状态的组件的量子计算机。一旦通过了这些限制，量子计算机就可以开始看到商业应用。

室温超导体是一种在可被视为“室温”（0°C以上）的温度下具有超导特性（xxx没有电阻的导电）的物质。室温超导体一直是一项备受追捧的技术，因为它们具有极大提高能源效率的潜力。通常，超导体只能在低温环境中发挥作用，而室温超导体的开发一直不成功，直到2020年10月，xxx种室温超导物质——由碳、氢和硫组成——被发现。然而，这种超导体离商业化还很遥远。它只能在与地核相当的极高压力下发挥作用。为了制造能够在室温和压力下发挥作用的超导体，科学家们正在求助于APM来修改物质以使其表现不同。

此部分包含像广告一样编写的内容。请通过删除促销内容和不适当的外部链接以及添加由目前正在开发一种用于制造原子精确(AP)产品的前瞻性方法，其中计划使用扫描隧道显微镜(STM)来移动单个原子。通常，STM用于拍摄原子和分子，但STM已被转换成机器，具有定位特定原子所需的精度。然而，它们的效率不足以用于大规模制造过程。目前的目标是将STM的设计推进到其中一大群可以在工业环境中制造商品的程度。为了让多个扫描隧道显微镜一起工作，需要极高的协调性和准确性。纳米定位器（将显微镜样品定位到纳米级精度的载物台）提供了主要水平的精度，允许在x、y和z轴上进行精确定位。一旦纳米定位器准备就绪，就可以开始制造过程。该过程的xxx步是构建一系列协调的STM制造设备，这些设备可以有效地协同工作，并且可以处理大量产品的生产。此后，将在STM中实施反馈控制的微机电系统(MEMS)，使其能够独立于人工监督运行。MEMS的加入将使STM的运行速度比以前提高100到1000倍，精度达到纳米级，从而实现商业用途。

氢光刻是一种专门围绕数据存储的APM方法。阿尔伯塔大学的一组研究人员使用氢光刻技术以每平方英寸1.2PB（150,000GB）的密度存储数据，使这种形式的数据存储密度大约是蓝光光盘的100倍。该技术的工作原理是使用STM在硅衬底上移动氢原子，以二进制形式将信息存储为1和0。在一个位置存在氢原子表示一，而在另一位置不存在氢原子表示零。该技术代表了与以前的高密度存储设备迭代相比的重大飞跃，这些设备仅在超特定条件下（例如在零度以下温度或真空中）起作用，这使得它们非常不切实际。使用氢光刻的新存储方法在室温和标准大气压下是稳定的。该技术也经久耐用，能够存储信息超过半个世纪。

氢去钝化光刻(HDL)是电子束光刻的一种变体，其中扫描隧道显微镜的尖端被修改以发射冷场，该冷场在覆盖有对电子敏感的薄膜（称为抗蚀剂）的表面上发射极小的电子束，通常由硅。然后可以操纵电子束以在抗蚀剂上蚀刻设计或图案。HDL在温度范围从零以下到250°C左右的真空中进行。目前，HDL可以以两种形式之一执行：高达5伏的电源以创建原子级精确模式，以及具有更广泛影响范围的8伏模式。一旦设计完成，结果就会通过解吸过程进行开发。解吸与吸收相反，其中材料从表面分离而不是被表面包裹。

一些专家担心APM可能会导致灰色粘液世界末日情景，即自我复制的分子组装器（存在于原子尺度的机器）无法控制地创建自己的副本，形成消耗整个地球作为资源以继续复制的灰色粘液。然而，这样的情景是极不现实的。这些分子组装器不仅必须专门用于制造灰粘物的功能，而且开发这些组装器一开始就需要大量的资源。假设甚至有人希望看到所有生命的灭绝，他们可能没有资源来度过它。

原子级精密制造的另一个主要问题是它可能对就业产生负面影响。从本质上讲，APM是一种技术非常复杂的媒介，需要受过高等教育的操作员才能进行。令人担忧的是，如果经济转向高度依赖APM的经济，大多数人口将无法获得成功所需的培训，贫困率将会上升。