Швейцарские учёные сделали молекулярный двигатель для нанобота

Наноботы всё ещё остаются мечтой или поводом для появления теорий заговора, но это не отменяет того факта, что учёные всеми силами стремятся раскрыть секреты наномира. «Там внизу полно места», ― говорил физик Ричард Фейнман. Когда-нибудь этот мир заполнится искусственной жизнью. Возможно, шаг в этом направлении сегодня сделали швейцарские учёные, которые представили наномотор всего из 16 молекул.

Молекулярный мотор из шести атомов палладия (синий), шести атомов галлия (красный) и молекулы ацетилена (серый). Изображение: Empa

Группа исследователей из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологии (Empa) и Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) создала один из самых маленьких в мире двигателей. Он состоит из 16 молекул и работает на границе явлений классической и квантовой физики.

Неподвижная часть двигателя (статор) состоит из шести атомов палладия и шести атомов галлия в грубом подобии треугольной формы. Движущаяся часть или ротор ― это четырехатомная молекула ацетилена (C₂H₂). Ширина двигателя всего один нанометр. Он может приводиться в действие как тепловой энергией, так и электрической. Причём если тепло заставляло ротор вращаться в случайном направление (при комнатной температуре), то подвод электричества с помощью зонда сканирующего туннельного микроскопа в 96 % случаев заставляло ротор вращаться строго в одном направлении ― против часовой стрелки. Это определённо обнадёживает, ибо прослеживается управляемость.

Кстати, подобный двигатель может быть приспособлен не только для передвижения наноботов, но также для сбора энергии для наноустановок.

Верхний ряд ― это изображения с СТМ, нижний ― компьютерное представление (Empa)

Интересно, что в работе нанодвигателя учёные нашли несоответствие классическим законам физики. В ходе экспериментов выяснилось, что для вращения ротора требуется определённо меньше энергии, чем необходимо для преодоления силы трения. Ответ был найден в явлениях квантовой физики, а именно в квантовом туннелирование частиц. Этот эффект предоставляет тот «довесок» энергии, которого не доставало в расчётах при описании работы молекулярного двигателя.

Поставленный эксперимент и множество будущих опытов с молекулярными двигателями помогут понять многие эффекты и явления на нанометровом уровне. Когда-нибудь это приведёт к удивительным открытиям и изобретениям.