目前擺在帝國科學家面前的第一道難題，也是最大的難題，那就是製造出能夠用於曲速引擎的材料來，從原子角度去構建材料。

    科學技術的發展，使得人們有可能在原子尺度上人工合成材料，例如，原子團簇、團簇材料、線性鏈、多層異質結構、超薄膜等，這些材料的特徵是維數低，對稱性減小，幾何特徵顯著。

    但也僅僅是有可能，真是實際操作起來的時候，很難真正意義上的說從原子的角度去打造自己所需要的材料，原子的單位實在是太小了，現在的科學技術頂多就只能做到納米級別，而原子比納米還要小的多。

    首先我們要先了解下他們的大小，納米的英文為nanometer，縮寫為nano，納米是長度單位的一種，1納米是1米的十億分之一，記作nm。

    1納米等於10個氫原子一個挨著一個排成一列的長度！因為每一種原子的直徑大小都是不一樣的，所以1納米可能等於幾十個其他元素原子的排列的長度。

    20納米差不多相當於1根頭髮絲的三千分之一！

    而我們通常所說的納米技術，是指在納米尺度（100納米到0.1納米）的範圍內研究物質所具有的特異現象和特異功能，通過直接操作和安排原子、分子來創造新物質材料的技術！

    而納米技術的出現首先得益於能夠放大千萬倍的掃描隧道顯微鏡（stm）的發明，掃描隧道顯微鏡的發明使得科學家們能夠在納米角度去觀察這微觀的世界。

    從20世紀90年代初起，納米科技就得到了迅猛的發展，像納米電子學，納米材料學，納米機械學，納米生物學等等新學科不斷湧現，納米科技是科學家們語言的未來改變人類歷史的9大科學之一！

    而事實上，當今的科學家雖然能夠通過stm技術去觀察原子層面的信息，並且對原子排列結構進行一定的影響。

    比如1990年的4月，美國ibm的兩位科學家在用stm觀測金屬鎳表面的氙原子時，由探針和氙原子的運動受到啟示，嘗試用stm針尖移動吸附在金屬鎳上面的氙原子，將35個氙原子在鎳的表面排列出5原子高度的「ibm」的結構！

    而中國科學院的科學家們也利用納米技術，在石墨的表面通過搬遷碳原子的繪製出世界上最小的中國地圖，只有不到10納米的大小！

    而此後科學家們對於移動各種原子擺出各種圖案樂此不彼，矽原子、硫原子、鐵原子，一氧化碳分子、鐵基分子……

    從這裡我們就可以知道，科學家們目前能夠實現的就是稍微的移動一些原子，在物體的表面擺出各種圖案，並不能真正意義的上對原子結構進行立體的打造和構建，同時更沒辦法大規模的、快速的去在原子角度打造新材料。

    但是即便是這樣，只能很簡單的移動一些原子，在表面進行一些原子排列的構造，科學家們也製造出了如今各種紛繁複雜的納米材料，在銅的表面對銅原子的結構進行人為的排列，也能讓銅的強度增加5倍！

    我們都知道金剛石也就是鑽石和石墨、焦炭，他們構成的原子其實都是一樣的，那就是碳原子！但是這些材料的性質卻相差的天差地遠，單單就硬度而言，金剛石是自然界最硬的材料，而石墨和焦炭的硬度就非常低了。

    而造成這種差異的原因就是碳原子的結構，金剛石的原子結構每個碳原子都以sp3雜化軌道與另外4個碳原子形成共價鍵，構成正四面體。由於金剛石中的c-c鍵很強，所以金剛石硬度大，熔點極高；又因為所有的價電子都被限制在共價鍵區域，沒有自由電子，所以金剛石不導電。

    在石墨結構中，同層的碳原子以sp2雜化形成共價鍵，每一個碳原子以三個共價鍵與另外三個原子相連。六個碳原子在同一個平面上形成了正六連連形的環，伸展成片層結構。

    這裡c-c鍵的鍵長皆為142pm，這正好屬於原子晶體的鍵長範圍，因此對於同一層來說，它是原子晶體。在同一平面的碳原子還各剩下一個p軌道，它們相互重疊。電子比較自由，相當於金屬中的自由電子，所以石墨能導熱和導電，這正是金屬晶體特徵。

    簡單通俗易懂的來說就是金剛石的碳原子結構是立體的，所有的碳原子互相直接構成正四面體，是立體形