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）。在這個新職位上，她將創(chuàng)建一個研究計劃，將重點放在以原子精度組合和創(chuàng)造新的量子材料上。說得更加明白一點，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

聽起來是不是有點瘋狂或者太過高科技了？好吧，如果您對量子材料這個概念不太清楚的話，這是可以理解的，因為就算身處最為前沿科研領(lǐng)域的科學(xué)家們也還沒有對其充分了解。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。

就在這個充滿未知的領(lǐng)域，Hoffman將利用她的知識啟動一個項目，該項目將一個原子一個原子地3D打印對象，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)法則的對象。她希望能夠在未來幾年里完成這樣的壯舉，或者至少為這樣的目標(biāo)打下一個基礎(chǔ)。

那么，Hoffman打算究竟怎么樣在這樣一個令人難以置信的圍觀尺度上3D打印對象？她計劃將兩種關(guān)鍵的工藝組合起來，其中包括分子束外延（MBE）技術(shù)——它可以實現(xiàn)單個原子層的垂直堆疊（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和放置在橫向方向上的單個原子（表示X軸和Y軸）。這兩種技術(shù)單個而言，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，有可能實現(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基金會解釋她的計劃時說。

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

Hoffman與加拿大貿(mào)易部長Ed Fast

“這兩項提案獲得了資助，但我尚沒有結(jié)果可報告。”Hoffman稱，“這是一個長期的、高風(fēng)險、高回報的研究項目，所以我并不期待憑著這些資助會在5年或者7年之內(nèi)就會出結(jié)果。”

雖然這無疑也是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，因為要在微觀世界里操弄原子，可不是一件容易的事，其實原子彈就是其中最為簡單，又為大眾所深知的原子級別的應(yīng)用。至于Hoffman要開發(fā)的原子級別3D打印技術(shù)，為了便于理解，她打了一個比方，就像一本由多個單原子厚的書頁組成的書，然后科學(xué)家們會一頁頁地將其逐個堆積起來，形成結(jié)構(gòu)。

如果成功的話，這將對人類的未來產(chǎn)生無與倫比的影響，那就是真的到了無物不可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打印出一塊金子來也不是不可能的，當(dāng)然，真的到了那個地步，實際情況可能沒有這么簡單，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？