Jennifer Hoffman——量子材料領(lǐng)域的杰出科學(xué)家、哈佛大學(xué)物理學(xué)教授，本月將作為研究基于氧化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)的量子材料和設(shè)備的加拿大卓越研究主席加入不列顛哥倫比亞大學(xué)（UBC）。在這個(gè)新職位上，她將創(chuàng)建一個(gè)研究計(jì)劃，將重點(diǎn)放在以原子精度組合和創(chuàng)造新的量子材料上。說(shuō)得更加明白一點(diǎn)，她正在試圖創(chuàng)造一種可以在原子尺度上3D打印出令人難以置信的微小物體的方法。

Jennifer Hoffman

聽(tīng)起來(lái)是不是有點(diǎn)瘋狂或者太過(guò)高科技了？好吧，如果您對(duì)量子材料這個(gè)概念不太清楚的話，這是可以理解的，因?yàn)榫退闵硖幾顬榍把乜蒲蓄I(lǐng)域的科學(xué)家們也還沒(méi)有對(duì)其充分了解。據(jù)了解，經(jīng)典物理學(xué)中的日常規(guī)律根本無(wú)法解釋在這些材料中發(fā)現(xiàn)的、幾乎算得上是怪異的相互作用，但是這種材料具有非常有用的磁性和電子屬性。

就在這個(gè)充滿未知的領(lǐng)域，Hoffman將利用她的知識(shí)啟動(dòng)一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目將一個(gè)原子一個(gè)原子地3D打印對(duì)象，以組裝出量子異質(zhì)結(jié)構(gòu)——這是一種由多種材料、只適用于量子物理學(xué)法則的對(duì)象。她希望能夠在未來(lái)幾年里完成這樣的壯舉，或者至少為這樣的目標(biāo)打下一個(gè)基礎(chǔ)。

那么，Hoffman打算究竟怎么樣在這樣一個(gè)令人難以置信的圍觀尺度上3D打印對(duì)象？她計(jì)劃將兩種關(guān)鍵的工藝組合起來(lái)，其中包括分子束外延（MBE）技術(shù)——它可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)原子層的垂直堆疊（這代表Z軸）；以及掃描探針光刻技術(shù)——它能夠使用一種極其鋒利的尖端移動(dòng)和放置在橫向方向上的單個(gè)原子（表示X軸和Y軸）。這兩種技術(shù)單個(gè)而言，都不能構(gòu)建起3D結(jié)構(gòu)，但是，Hoffman稱，如果將它們結(jié)合起來(lái)，有可能實(shí)現(xiàn)原子水平的3D打印。

“我們尋求在原子尺度上將任意電子結(jié)構(gòu)精確地嵌入3D材料。”去年Hoffman在向Gordon and Betty Moore基金會(huì)解釋她的計(jì)劃時(shí)說(shuō)。

去年她向加拿大政府提交了一個(gè)在原子尺度3D打印的CERC提案，以及一項(xiàng)向Moore基金會(huì)尋求資助她的研究的提案。

Hoffman與加拿大貿(mào)易部長(zhǎng)Ed Fast

“這兩項(xiàng)提案獲得了資助，但我尚沒(méi)有結(jié)果可報(bào)告。”Hoffman稱，“這是一個(gè)長(zhǎng)期的、高風(fēng)險(xiǎn)、高回報(bào)的研究項(xiàng)目，所以我并不期待憑著這些資助會(huì)在5年或者7年之內(nèi)就會(huì)出結(jié)果。”

雖然這無(wú)疑也是3D打印的一種形式，但是它比我們都熟知的那些技術(shù)要復(fù)雜的多，因?yàn)橐谖⒂^世界里操弄原子，可不是一件容易的事，其實(shí)原子彈就是其中最為簡(jiǎn)單，又為大眾所深知的原子級(jí)別的應(yīng)用。至于Hoffman要開(kāi)發(fā)的原子級(jí)別3D打印技術(shù)，為了便于理解，她打了一個(gè)比方，就像一本由多個(gè)單原子厚的書(shū)頁(yè)組成的書(shū)，然后科學(xué)家們會(huì)一頁(yè)頁(yè)地將其逐個(gè)堆積起來(lái)，形成結(jié)構(gòu)。

如果成功的話，這將對(duì)人類的未來(lái)產(chǎn)生無(wú)與倫比的影響，那就是真的到了無(wú)物不可3D打印的程度了，試想一下，就目前而言，作為組成物質(zhì)的最小單位，用原子進(jìn)行3D打印的話還需要什么材料？就算憑空3D打印出一塊金子來(lái)也不是不可能的，當(dāng)然，真的到了那個(gè)地步，實(shí)際情況可能沒(méi)有這么簡(jiǎn)單，原子間的組合起碼得有巨大的能量才行。但是，起碼我們看到了這種可能性，不是嗎？