無納米，不未來

01-29

納米（nm），長度單位，一納米等於十億分之一米，頭髮的直徑是6萬nm，DNA的寬度是2.3nm。任何學科或技術，當其研究或作用的尺度降到100nm之下時，便可稱之為納米科技。

赫拉利在《未來簡史》中預言人類終將成為「神」。在人類成「神」的道路上，納米科技必然是需要藉由的工具。

1. 源起n

納米科技的靈感來自於偉大的物理學家費曼（Richard Feynman）。1959年他發表了著名的演講《底部還有很大空間（There』s Plenty of Room at the Bottom）》，其觀點概括來說是

「我們可以組裝單個原子以獲得產品」

這個方法論後來被稱為「自下而上法（bottom-up）」。順帶一句，這也是3D列印概念的原點。這篇演講緩緩拉開了人類新的一幕。n

圖1. 理查德·費曼在1959的演講現場

「納米技術」作為專用名詞被提出是在1974年。在谷口紀男教授給日本精密工程學會一篇報告中，他首次使用了「Nano-techonology」一詞。

圖2. 「納米」一詞的首次出現

2. 發展

1981年，納米科技迎來了第一個里程碑：

掃描隧道顯微鏡（STM）的發明

在IBM的蘇黎世實驗室，格爾德·賓寧和海因里希·羅雷爾兩位科學家，利用一根非常細的金屬探針，針尖與物體表面會形成電流，從而探測原子級的微觀形貌。他們二人也因此獲得了1986年諾貝爾物理學獎。

圖3. STM探針的頭上只有一個金屬原子

從此，人類如同睜開了眼睛，開始看到「納米」。

圖4. 人類第一次看到納米尺度的圖像：Si（111）晶面。

很快，第二個標誌性事件出現了。

移動單個原子

1990年，又是IBM，使用STM將35個氙原子排成了「IBM」三個字母。這是人類歷史上操控原子來組成「產品」。

圖5. 原子排列成IBM字母

後來，他們還用這種技術拍了一部原子級的電影《小男孩和他的原子（A boy and his atom）》

圖6. 原子電影（A Boy And His Atom_騰訊視頻）

第三個地標，

石墨烯（Graphene）的發現

2004年，英國的海姆（Andre Geim）教授和他的學生諾奧肖洛夫（Konstantin Novoselov），將石墨薄片放置在塑料膠帶中，撕開膠帶將薄片分開，不斷重複這一過程，得到越來越薄的石墨薄片，而其中部分樣品僅由一層碳原子構成，於是，石墨烯誕生了。因其巨大的科研價值，僅過了4年，二人就得到了諾貝爾物理學獎。

圖7. 第一片石墨烯

其實，石墨烯之前也有很多堪稱偉大的納米材料體系，比如碳納米管，富勒烯，量子點等。但之所以，石墨烯如此重要，是因為有史以來，第一次有一種納米材料在公眾視野中形成了巨大的影響，用「婦孺皆知」來描述都不為過。並且，短時間內就實現了產業化，目前已經有多家相關的上市公司。

圖8. 撕出「石墨烯」的膠帶，上面還有海姆的簽名，現存於瑞典諾貝爾獎博物館

3. 現世

如今，材料，信息，能源構成人類社會的三大支柱，納米在這三個維度都在發揮著巨大作用。

比如在信息存儲領域，IBM可以將利用一個原子來進行信息的儲存。通過調控Ho原子相對於Fe原子的磁場方向，可以存儲「0」和「1」這兩種狀態。

圖9. 單原子存儲信息示意圖

在能源領域，現在最熱門的太陽能電池，已經不是家家房頂的黑亮亮的晶體硅了。這種晶體硅太陽能電池從20世紀70年代開始研製至今，近50年，光電轉換效率最高能達到25%。目前，最新的研究成果是鈣鈦礦型太陽能電池，從2009年到2017年的8年間，這種材料的轉換效率從3.8%躍升至26%，提高了近8倍。

圖10. 典型的鈣鈦礦納米結構

納米科技是如此重要，以至於人們會經常問這樣一個問題：

這個時代會不會被稱為納米時代？

人類會以主要的技術突破來劃分世代：石器時代，青銅時代，鐵器時代，蒸汽時代，電氣時代，互聯網時代。n那麼，下一個時代會以什麼來命名呢？

目前來看，有兩個候選人：「納米」和「人工智慧」， Nano vs. AI。

如果選Nano ，有兩個關鍵原因：

Nano是物質實現功能的最小尺度。

科學的任務是揭示真理，但科技的任務是創造價值。基於現有物理知識，原子操控就是人類能力的邊界，並且人類也在不斷接近這個邊界。近期，IBM開發出了5nm級別的晶元，這被認為是電子器件的極限。因此，人類能夠創造社會價值的最前沿就是納米科技。費曼說「底部還有很大空間」，但現在，人類似乎找到了「底部」的邊界。

Nano作為工具是具有確定性的。

人類是不知道人工智慧是如何運作的。凱文凱利在他的新書《必然》中提出了一個觀點：「人工智慧和人類的思維模式在本質上是不同的，人類只是創造，但尚無足夠的力量去掌控人工智慧。」如果要大規模應用人工智慧，人類將考慮的首要問題是安全性或是適應性。「我們能否適應超越自身的智慧」這是高懸於AI發展的達摩克利斯之劍。

與之相對，人類掌握著近乎全部納米科技的理論基礎，包括擴固體物理，分子模擬，量子力學等。當人們談論「納米」時，不會感到恐懼或迷茫。當下的任務是如何高效地使用這個工具，創造更大的價值。

不論怎樣，人工智慧和納米科技，必然是塑造未來最有力的兩隻手。

4. 未來

科技的發展有三個階段：

第一階段是在科學家的腦子裡，
第二階段是在製造商的手上，
第三階段是在群眾們的嘴裡。

互聯網已經進入「下半場」，人工智慧也開始了風口。

那麼，下一個希望的種子會不會是「納米」呢？

讓我們拭目以待。