Физики в США собрали наномотор из одной молекулы

Американские физики собрали электрический мотор из одной молекулы длиной в 1 нанометр – это устройство в 200 раз меньше, чем предыдущий рекордсмен в этой области, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology. Группа ученых под руководством Чарльза Сайкса из университета Тафтс в городе Медфорд (США) планирует подать заявку в книгу рекордов Гиннеса и полагает, что их изобретение может быть использовано в микроэлектронике и в особо тонких медицинских инструментах.

«За последние годы мы достигли существенного прогресса в создании молекулярных моторов, «топливом» для которых выступает энергия химических реакций или свет. Наше изобретение - это первый электрический наномотор. Мы смогли доказать, что можно направить электрический ток на одну молекулу, и заставить ее двигаться в заданном, а не случайном направлении», – заявил Сайкс.

Сайкс и его коллеги собрали молекулу «двигателя» из атома серы, метана и бутана – органических молекул, входящих в состав природного газа – и прикрепили ее к поверхности медной фольги. Свободные электроны в атоме серы соединяются с электронами атомов меди, в результате чего «хвосты» из бутила и метила – органических радикалов – могут вращаться вокруг «серной» оси.

Химически связанные атомы углерода и водорода «вибрируют» при появлении свободных электронов вблизи них, из-за чего более длинный бутиловый хвост будет вращаться вокруг атома серы. Это движение будет абсолютно случайным при комнатных условиях из-за теплового движения молекул, поэтому ученым пришлось остудить медную пластинку до 4 градусов Кельвина – минус 292 градуса Цельсия, чтобы тепло окружающей среды не мешало движению устройства. Физики использовали сверхточный электронный микроскоп для «питания» двигателя и для наблюдения за его работой.

По оценкам ученых, появление электронов рядом с двигателем вынуждало его вращаться преимущественно в одну сторону. Однако пока двигатель в этом смысле далек от идеала – устройство крутилось в «нужную» сторону только на 5% чаще, чем в обратную сторону. При повышении температуры эффективность мотора будет еще ниже.

«Когда мы справимся с проблемой температуры, эти моторы можно будет использовать в практических целях, к примеру – в медицинских приборах, в которых жидкость перемещается по тоненьким трубкам. Трение жидкости об стенки трубок сильно мешает ее течению, и подобные моторы помогли бы ей быстрее течь», – заключает Сайкс.