操控單個原子，一直是量子科學的核心能力。雷射光鑷（optical tweezer）能在真空中捕捉原子、離子阱能以振盪電場夾持帶電粒子、掃描探針顯微鏡的針尖則能在固體表面推動原子，這些技術推動了量子計算、量子模擬與高密度資訊儲存的發展。然而，上述技術都有一個侷限：它們只能在真空或材料表面操作，無法延伸到三維固體內部，更無法在中尺度（mesoscale，即介於奈米與微米之間的長度範圍）的空間中進行大規模且精確的原子排列。若要設計固態人工量子材料，就必須能在三維晶體內部按照需求、在精確的位置寫入缺陷，使這些缺陷以可調控的間距排列，形成電子互相耦合的量子系統。然而，最常用的兩種缺陷製造方法都無法滿足這項需求。離子植入法，雖然可以大規模製造缺陷，但缺陷位置無法精確控制；掃描穿隧顯微鏡微影術，雖然有原子級精度，卻受限於材料表面，無法深入材料內部進行三維操控。掃描穿透式電子顯微鏡（STEM）的聚焦電子束，因具備次埃級的空間分辨率而成為了最有希望的候選工具，過去雖然有研究嘗試以電子束來移動固體中的原子，但由於缺乏有效的電子束控制，始終無法實現精確、可重複的大規模三維原子操控。

近日，美國麻省理工學院與橡樹嶺國家實驗室的研究團隊，成功在磁性半導體 CrSBr（硫溴化鉻）中實現了精確的三維原子工程。研究人員以皮米精度的自動化演算法控制200 keV電子束，讓電子束沿不同方向在晶格中振盪，將Cr原子推入相鄰間隙位置並留下鉻空缺，形成「空缺—間隙複合缺陷（vacancy–interstitial complex）」，只要改變掃描方向即可選擇性地生成不同種類的缺陷複合體。研究團隊在約40分鐘內，於150 nm × 100 nm × 13 nm的三維體積中寫入超過40,000 個缺陷複合體，形成的人工晶格在離開顯微鏡後仍保持結構穩定。