17.06.2020
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.
13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

Позавчера, 15:57
Илья Ведмеденко

В Сеть выложили новые изображения мощнейшего в истории Китая авианосца, который находится на заключительной стадии строительства. Кроме того, художник детально изобразил авиагруппу, состоящую из перспективных истребителей пятого поколения.

12 часов назад
Ольга Иванова

Международная группа ученых пришла к выводу, что употребление жирных кислот, содержащихся в орехах, семенах, сое и растительном масле, снижает риск смерти от всех причин, в том числе от сердечно-сосудистых заболеваний.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

12 октября
Елена Синицкая

Управление древностей Израиля обнародовало итоги раскопок огромного винодельческого комплекса. На нем в византийское и раннеисламское время делали виноградное вино, которым снабжали многие страны Средиземноморья.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

22 сентября
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

24 сентября
Василий Парфенов

Недавно основанный стартап Success Rockets объявил о первых полноценных летных испытаниях своей суборбитальной ракеты Nebo 25. Запуск пройдет в ноябре, его цель — установить новый национальный рекорд по высоте полета среди частных компаний.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: