В Швейцарии собрали нанодвигатель из 16 атомов — Naked Science
5 минут
Сергей Васильев

В Швейцарии собрали нанодвигатель из 16 атомов

5.4

Один из самых миниатюрных двигателей в мире состоит из одной молекулы ацетилена, которая вращается на статоре из 12 молекул палладия и галлия.

На схеме нанодвигателя серым показаны атомы молекулы ацетилена, красным – атомы галлия, синим – палладия
На схеме нанодвигателя серым показаны атомы молекулы ацетилена, красным – атомы галлия, синим – палладия / ©Empa

Швейцарские ученые сумели собрать один из самых крошечных двигателей в мире: система состоит из ровным счетом 16 атомов и работает, по выражению авторов, на границе классической и квантовой физики. Наноустройство, полученное специалистами Швейцарских национальных лабораторий материаловедения (Empa) и Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL), представлено в статье, опубликованной в журнале PNAS. Размер всей системы не достигает и нанометра.

Подобно обычным макроскопическим двигателям, система включает и движущуюся часть (ротор), и неподвижную (статор). Только в этом случае статор образован из шести атомов палладия и шести — галлия, образующих два равносторонних треугольника, наложенных друг на друга. Ротор же состоит из четырехатомной молекулы ацетилена.

Он вращается в случайном направлении на поверхности статора под действием обычной тепловой энергии, при комнатной температуре совершая несколько миллионов оборотов в секунду. Однако если к устройству подвести электричество — ученые проделали это с помощью иглы сканирующего электронного микроскопа, — то его стабильный приток заставляет ацетилен совершать поворот в одном и том же направлении в 99 случаях из 100. По словам авторов, на один поворот требуется шесть электронов.

©Empa

Достигается это за счет наноразмерного аналога храпового механизма. В обычном храповике поворот в обратном направлении блокируется собачкой, которая упирается в зубья особой несимметричной формы. Так и в «атомарном двигателе»: структура статора не имеет зеркальной симметрии, делая вращение молекулы ацетилена в одном направлении предпочтительнее, чем в противоположном.

В некоторых условиях 16-атомное наноустройство проявляло и свою квантовую природу. Так, двигатель продолжал работать, даже когда получал тепловой и электрической энергии меньше предела, необходимого на вращение, при температурах ниже 17 Кельвинов (минус 256 °C) и подаваемом напряжении менее 30 мВт. Авторы объясняют это туннельным эффектом — способностью микрочастиц спонтанно преодолевать энергетические барьеры, не имеющей аналогов в нашем макроскопическом мире.

Ученые надеются, что когда-нибудь такие устройства смогут приводить в движение наномашины — такие как «нанокран» или «нанофабрику», о которых мы писали раньше.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 17:41
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

Вчера, 15:59
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

6 мая
17 минут
Александр Березин

SpaceX после затяжной серии аварий нормально посадила прототип Starship SN15. Огромная стальная ракета поднялась в воздух на десять километров, выполнила там сложные кульбиты, которые не могла сделать ни одна ракета ранее, а затем плавно опустилась вниз. Одни говорят, что это революция, другие — что «СССР так умел полвека назад». Кто прав и что будет дальше? Попробуем разобраться.

Вчера, 17:41
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

Вчера, 15:59
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

5 мая
6 минут
Сколтех

В России таких результатов не было уже около десяти лет. Его получение потребовало настоящей кооперации между исследователями ИВМ РАН, Сколтеха и МГУ.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: