星空电竞 通过理解“单个原子”开发终极纳米器件
称为原子的微小粒子构成了我们周围的一切。空气、水和人体都是由这些原子组成的。大约 40 年前，发明了一种革命性的显微镜，它不仅可以观察肉眼看不见的原子，还可以单独操纵它们。这就是扫描探针显微镜（SPM）。 Eiichi Inami 教授正在使用这款专用显微镜作为他的关键工具来探索微观世界，该仪器接受了开发可带来创新的纳米材料的挑战。
原子级制造进一步推进微加工技术
从智能手机、电动汽车到数字家电、金融系统、交通基础设施……半导体是推动数字化快速发展的关键部件。 Inami 教授解释说：“通过半导体微加工技术的巨大发展，我们在所有系统中实现了更高的性能、小型化和更高的能源效率。”智能手机是这一趋势的一个典型例子。最新的 iPhone 型号包含 190 亿个晶体管。换句话说，数量惊人的半导体元件（小到肉眼看不见）密集地封装在一个小到可以放在手掌中的设备中。
“原子操纵”，即使用扫描探针显微镜 (SPM)* 观察和移动单个原子，作为一种基于这一原理的新颖方法，有望满足日益增长的技术创新需求。 Inami 教授正在致力于推进这种尖端的微加工技术。使用 SPM，研究人员可以更深入地了解单原子水平的材料结构和特性。这项研究不仅能够发现新的材料特性和功能，而且有助于开发能够精确控制这些特性的技术。
*一种显微镜，可以通过使用尖端有单个原子的锋利针（探针）追踪样品表面的形状和物理特性，在原子尺度上测量样品表面的形状和物理特性。与光学显微镜不同，它不依赖镜头，而是由精密机械和显示器组成。
揭示仍然未知的原子特性以推动超高性能设备的开发
Inami 教授通过之前使用 SPM 的研究取得了许多具有全球影响力的发现。其中一项突破是发现，当少量可见光照射在由碳原子组成的石墨上时，石墨的一部分会转变成一种材料（称为辉石），表现出介于金刚石和石墨之间的特性。在仔细研究这一现象的同时，他成功地成为世界上第一个在原子尺度上直接观察光诱导相变（材料的结构和性能在暴露于光时发生变化的过程）并阐明其基本机制的人。此外，他发现相变过程根据光的波长而显着变化，这证明光调谐可以实现对相变的原子级控制。这些发现预计将加速新材料的开发。
纳米团簇——多个原子的聚集体——已知其性质会根据组成原子的数量而发生巨大变化。 Inami教授表示，他和他的团队在努力进行实验时取得了重大发现，通过在单原子水平上精确控制这些纳米团簇的尺寸来揭示隐藏的特性。
如果能够开发出一种方法来高密度排列这些簇并可靠地引发切换，那么它可以为超高性能计算机和设备铺平道路。
最近，他一直积极致力于基于 SPM 的新型设备的开发。自 IBM 位于瑞士的苏黎世研究实验室首次开发 SPM 以来，已经过去了 40 多年，现在性能改进对于跟上微加工技术的进步至关重要。为了解决这个问题，稻波教授和他的同事们设计了一种利用脉冲电压方法的显微镜技术。脉冲电压是指急剧上升、短暂保持、然后急剧下降的电压波形。他的团队正在开发一种新颖的方法，可以在向样品施加一系列此类脉冲的同时进行表面观察。
人们对技术创新的期望越来越高，这将进一步推动微加工技术的发展。
旨在通过光与原子操纵的结合开拓新领域
Inami 教授目前正在研究原子级制造，利用材料分析、加工和设备开发等多种技术。然而，他对微观世界的迷恋始于初中时期。
他继续在大学理学院学习。通过使用 X 射线分析等方法分析材料结构，他从智力上理解了原子结构。然而，他“亲眼看到原子”的愿望却越来越强烈。然后，期待已久的时刻到来了。
虽然他本科时主修天体物理学，并在硕士课程期间研究材料的光学特性，但这段经历促使他开始使用 SPM 进行原子操纵。从那时起，他一直致力于从微观到宏观的广泛研究主题，并使用 SPM 作为他的主要研究工具。 2018年，他加入XK星空，整合了他之前的所有经验，建立了自己独特的研究方法。
目前，他与其他大学合作开展前沿研究，同时还与 KUT 信息科学领域的教员合作，将 AI 集成到从原子结构预测材料特性的理论计算中。通过这种方法，他正在开发能够更快、更准确地预测各种功能的技术。他的雄心壮志的核心在于一个始终如一的目标：“我想通过自由组合原子来创造新的设备。”
发布日期：2025 年 2 月/采访日期：2024 年 11 月