Химики синтезировали молекулярный винт Архимеда
Молекулярные машины преобразуют энергию в движение, как и обычные, но состоят из небольшого количества молекул. Они рассматриваются учеными как следующий шаг в миниатюризации — там, где обычные шестерни и трубки начинают работать со значительными ограничениями из-за сил трения и капиллярного эффекта, приходится менять парадигму.
Раньше молекулярные моторы, которые питает ток, работали только на поверхности, а вращение задавала игла сканирующего туннельного микроскопа. В новой работе международная группа ученых рассказала о молекулярном двигателе, синтезированном по принципу одной из древнейших машин человечества — винта Архимеда. Работа о машине опубликована в Nature.
Архимедов винт — ленточная спираль, закручивающаяся вокруг центральной оси. Если поместить такую спираль в трубку, а трубку нижним концом опустить в воду, то вращением винта можно перемещать воду наверх, к домам или ирригационным системам.
По спиральной молекуле нового молекулярного винта передвигается не вода, а электроны. Винт состоит из молекулы дитиоацетил[13]гелицена. Саму молекулу ученые растянули между атомарно тонкими золотыми иглами, привязав атомами серы. Удаляя и приближая золотые электроды, ученые смогли изменять размеры винта.
Молекула вращалась, если между электродами создавали разницу напряжений. Направление вращения оказалось стабильным, исследователи смогли регулировать его, изменяя полярность напряжения. Это первый управляемый током молекулярный мотор, направление вращения которого можно так контролировать.
Ученые заявили, что движение является прямым следствием перемещения электронов в молекуле. Они передают ей угловой момент, подобно тому, как ветер вращает турбины. Причем вращающаяся молекула проводит электричество лучше, чем стационарная.
Физики-теоретики провели квантово-механические симуляции происходящего в молекуле на суперкомпьютере LiCCA. Оказалось, что ее вращение сильно связано с проводимостью. Проводимость зависит от угла вращения молекулярного мотора и может увеличиваться на величину до двух порядков во время вращения. Причем молекула избегает конфигурации с наибольшей проводимостью в состоянии покоя. Именно вращение делает высокую проводимость возможной. Ученые построили модель происходящего в молекуле, которая хорошо воспроизвела экспериментальные данные.
Исследователи считают, что их разработка будет полезна в спинтронике и микрофлюидных исследованиях.
Telegram 
Дзен 
VK 
