测得准才能造得精！同济团队为纳米制造铸“精准标尺”｜国家科技进步奖一等奖

近日，精准标尺由同济大学物理科学与工程学院程鑫彬教授领衔完成的准才造铸重大成果——“量子化光晶格常数的纳米计量关键技术及集成电路应用”，荣膺2025年度国家科学技术进步奖一等奖。得精

历经二十余年的同济团队技术攻关，该项目团队成功研制出一系列纳米级长度与角度国家一级标准物质，为纳为集成电路等高端纳米制造领域提供了关键的米制仪器校准与标定“精准标尺”，彻底解决了纳米制造中“测不准”的科技瓶颈问题。

计量：从“测得出”到“造得精”的进步奖等奖关键跨越

计量是测量的科学基础与应用核心。在纳米制造领域，精准标尺“只有测得出，准才造铸才能造得出；只有测得准，得精才能造得精”。同济团队纳米计量不仅是为纳实现纳米制造精度的前提，更是米制保障产品质量的生命线。

面对国际单位制（SI）量子化变革的科技历史机遇，项目团队创新发明了量子化光晶格常数的纳米计量技术。这一突破不仅大幅缩短了纳米计量的传递链条，提升了量值传递的扁平化水平，更直接面向产业应用痛点，为高端制造提供了强有力的技术支撑。

核心技术：让“冷原子”精准有序排列

一把高精度的量子化纳米标尺，其本质刻度由原子构成。原子的排列越整齐、位置越固定，标尺的精度就越高。然而，如何让亿万个原子均匀、一致地排列在量子化常数的固定位置上，曾是国际公认的难题。

1. 锁定“天然标尺”：量子化光晶格技术

项目团队首创采用“量子化光晶格”技术。其核心原理如下：
* 天然常数锁定：利用铬原子在真空中的量子跃迁波长——这一天然的量子化纳米常数作为基准。
* 光频梳锁定激光：通过光频梳技术，将激光频率严格锁定在该量子化波长上。
* 构建光模具：两束相向而行的激光在空间中叠加，形成明暗相间、周期恒定的驻波，即“量子化光晶格”。这副由光铸成的“模具”，其格点周期（晶格常数）恰好等于量子化激光波长的一半，与铬原子的量子化跃迁波长这一自然常数牢牢“锁定”。

2. 原子自组装：机器刻不出来的精准

经激光横向冷却至超低温状态的铬“冷原子”，穿过光晶格时，会被光场逐一引导并落位到格点之上，在基底上生长出排列整齐的刻线。
* 自下而上的制造：刻度并非由机械工具切削而成，而是原子依据自然界常数这张“图纸”自行“站”出来的。
* 超越机械极限：传统机械标尺会磨损、会漂移，但自然界常数永恒不变。因此，这种基于原子排列的刻度天然具备极高的精准度与一致性。

成果突破：建立超稳制造技术与国家一级标准

基于上述原理，项目团队创建了量子化光晶格物化为直接溯源光栅标准（纳米标尺）的超稳制造技术和装置。主要成果包括：
* 国家一级标准物质：系列光栅获批5项国家一级标准物质。
* 皮米级稳定性：纳米长度标准物质的三年长期稳定性、样品间一致性均达到皮米量级（千分之一纳米）水平。
* 角度标准首创：首次建立了我国纳米尺度下的角度标准物质。

这些精准的“纳米标尺”为集成电路等先进纳米制造的校准与标定提供了坚实的质量基础。

产业应用：从“接力赛”到“一步直达”

传统纳米计量依赖多级量值传递，如同“接力赛”，每经过一次传递，累积误差便增加一分。而基于量子化光晶格常数制造的“纳米标尺”，具备直接复现“米”定义的功能，实现了产业现场一步校准、直接溯源。

• 扁平化与嵌入式：该技术更适用于“扁平化、嵌入式、小型化”等对现场应用需求强烈的场景。
• 高端装备支撑：作为核心技术之一，该成果支撑实现了“我国首批高端仪器装备计量测评装置研制成功”。

未来展望：赋能集成电路高质量发展

2024年1月，经国家市场监督管理总局批准，以同济大学为主体的“国家集成电路微纳检测设备产业计量测试中心（上海）”正式启动筹建。这是全国集成电路领域首批获批筹建的国家级产业计量测试中心之一，研究团队也获评首批“国家级计量创新团队”。

随着国际计量学界向“计量单位量子化”与“量值传递扁平化”趋势发展，项目组基于量子化光晶格常数铸造的“精准标尺”，作为支撑先进纳米制造的共性关键技术，将持续迸发蓬勃生机，有力推动我国纳米制造产业的高质量发展。

原标题：《测得准才能造得精！同济团队为纳米制造铸“精准标尺”｜国家科技进步奖一等奖》

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