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Nature Conference原子级制造

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Nature Conference原子级制造

原子级制造:前沿与应用 Nature conference大会报告人介绍（一）

来源： 2025-11-07 10:09

原子级制造:前沿与应用 Nature conference大会报告人介绍（一）

主办单位

开云足球俱乐部联合《自然-通讯》、《自然-材料》、《自然-纳米技术》和《自然-电子学》

时间

2025年11月10日（报到）~ 11月14日

形式

线下会议

地点

中国南京·南大国际会议中心

Nature Conference 专题

原子级制造技术进展

纳米材料与纳米器件的原子级精度控制

表征与分析方法

Leo Gross

IBM Research Laboratory

个人简介

Leo Gross 研究员是瑞士苏黎世 IBM 研究实验室首席研究员，国际原子与分子尺度成像领域的开拓性人物。他曾在柏林自由大学、杜兰大学与明斯特大学学习，并于 2005 年在柏林自由大学获得博士学位。同年加入苏黎世 IBM 研究实验室，在Gerhard Meyer教授课题组担任博士后，此后长期在 IBM 从事原子与分子操控及扫描探针显微学研究。

凭借在原子力显微镜（AFM）和扫描隧道显微镜（STM）领域的开创性成果，Leo Gross 率先实现了单分子的原子级分辨成像，为直接可视化化学键奠定基础，并开创了原子级分子构筑实验平台。 Leo Gross研究员先后获得2010年格哈德·埃特尔青年科学家奖、2012 年费曼纳米技术奖、2020年燃烧银质奖章，并当选为美国物理学会会士与欧洲科学院院士。此外，他还于2016年获得ERC整合者基金和ERC协同基金。

研究方向/成果

图注：近期代表性工作

Leo Gross 研究员团队长期利用扫描隧道显微镜（STM）与原子力显微镜（AFM）等先进扫描探针技术，结合低温超高真空环境，实现单分子原子级成像与操控。团队通过功能化探针（如 CO‑末端修饰）、非接触 AFM、开尔文探针力显微镜（KPFM）及隧穿光谱（STS）等方法，系统研究分子结构、电子态、自旋与电荷转移过程，并探索原子级表面化学反应与单分子操控机制，构建分子构筑与量子材料的实验平台。

代表性工作：

1、单分子化学键可视化：在极低温和超高真空条件下，团队率先提出 CO 功能化 AFM 探针，实现单分子原子级成像，使化学键排列与分子骨架可直接观察。该方法开创了分子结构解析的新方式，为原子级分子科学奠定实验基础。Science 325, 1110–1114 (2009).

2、单分子操控与原子级表面反应：在此基础上，团队利用 STM 探针精确诱导单分子化学反应，包括共价键断裂、重构及分子构筑，并结合 STM/AFM 与 STS 实时监测反应过程。该研究将扫描探针从观测工具转变为可控的原子级操作平台，为单分子化学反应设计提供了实验范例。Science 377, 298–301 (2022).

3、双反芳香碳分子的表面合成与原子级表征：进一步地，团队在表面构筑了双反芳香碳同素异形体，并利用 STM/AFM 对其结构和电子态进行解析，揭示了非典型芳香性和分子轨道特性。这项工作展示了碳同素异形的新型结构，为分子电子学与量子材料研究提供了可操作的实验模型。Nature 623,977–981 (2023).

4、奇数环碳C13的首次表面合成：团队制备了奇数环C13及其二聚体C26，并通过 STM/AFM 与 STS 研究其分子结构、电子态和开壳态自旋行为。这项工作首次揭示了奇环开壳态分子的电子结构特性，为量子材料与单分子磁性研究提供实验平台。Science,2024,384,677-682.

Adam S. Foster

Aalto University

个人简介

Adam S. Foster 教授，现任芬兰 Aalto 大学应用物理系教授、纳米尺度表面与界面研究课题组（SIN）负责人，并兼任日本金泽大学 WPI-NanoLSI 研究教授，是将理论模拟、扫描探针显微学与机器学习深度融合的国际领军学者。Foster 教授于2000 年在伦敦大学学院获博士学位，2004 年获芬兰科学院高级研究员资助，2009 年受聘为坦佩雷理工大学教授，2012 年加入 Aalto大学。Foster 教授长期与 IBM、日本理研等顶尖实验团队合作，推动计算方法直接服务于原子级实验解释与设计；他曾获芬兰科学院 Väisälä Prize 等殊荣，并在 Nature Nanotechnology、Science Advances、Physical Review Letters、JACS 等知名期刊发表论文 200 余篇，引用逾 18,000 次。

研究方向/成果

图注：近期代表性工作

Foster 教授课题组以第一性原理与原子尺度动力学模拟为核心方法，结合量子化学与密度泛函理论（DFT），系统研究纳米尺度表面与界面物理。主要研究方向包括：催化与活性位点的原子机制、固–液界面的水合层与电荷传输、量子材料与微电子器件的界面态、分子自组装与纳米操控等。团队强调“理论—实验”并行，长期与高分辨 STM/AFM 等扫描探针显微学（SPM）实验组合作，将模拟结果映射为可观测量以直接验证与指导实验。近年来，他们系统引入了机器学习方法，开发出用于SPM图像识别、结构反演乃至实验反馈控制的智能化工具，显著提升了原子级表征与操控的效率和精度。

代表性工作：

1、AI 助力原子力显微镜实现自动化分子结构识别：利用机器学习将低温、CO-功能化 AFM 的高分辨图像自动映射为分子几何构型，实现从“图像”到“结构”的自动识别。该方法突破了人工解读 AFM 图像的瓶颈，使显微解析进入高通量、智能化阶段，极大提高了原子／分子级表征的效率与可复制性。 Sci. Adv. 2020; 6 : eaay6913.

2、表面合成三氮掺杂三角烯，揭示单分子磁性：在 Au(111) 表面通过环脱氢实现三氮掺杂三角烯的原位合成，结合低温 STM/STS 与第一性原理模拟，直接测得其开壳层电子态与自旋排列。工作将表面化学合成、有机自由基磁性与理论预测紧密结合，为原子级自旋器件的材料设计提供了可操作的实验范例。Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202411893.

3、纳米表面润滑机制：水滴如何轻松跨越化学异质性：通过自组装单分子层的可控制备、界面显微学观测与分子动力学模拟，课题组发现界面水分子的高流动性能在分子尺度上缓解化学异质性，从而实现低接触线摩擦（低滑移阻力）。这一结果为“超滑表面”与界面润滑的分子机制设计提供了新思路。Nat. Chem. 15, 136–142 (2023).

4、原子级量子自旋链，探索分子级磁性行为：在表面按单元构筑 S = ½ 的分子链，通过低温 STM/STS 与多体/DFT 计算联用，首次在单分子层面观测并量化 Heisenberg 反铁磁链的自旋耦合与奇偶效应。该工作把分子构筑、扫描探针观测与量子磁学模型连接起来，为分子量子器件与单分子磁学的实验平台奠定基础。Sci. Adv.11, eads1641(2025).

“原子级制造：前沿与应用”

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