В Швейцарии собрали нанодвигатель из 16 атомов — Naked Science
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.
Позавчера, 09:28
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

12 часов назад
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

10 часов назад
Василий Парфенов

Компания Microsoft несколько лет назад намеревалась не изменять номер своей основной операционной системы для компьютеров — «десятка» должна была остаться с нами надолго. Однако очередное крупное обновление, по мнению маркетологов, очевидно, оказалось достойно новой цифры в названии ОС. Windows 11 принесет пользователям не только новые функции, улучшения безопасности и быстродействия, а также измененный дизайн, но и лишится некоторых привычных элементов. Хотя если кто-то и расстроится из-за этого, то скучать будет лишь по парочке из них.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

Позавчера, 09:28
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
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: