Во Франции стартовали первые молекулярные гонки

Наномашины — управляемые молекулы или молекулярные комплексы, за создание которых ученые Жан-Пьер Соваж (Jean-Pierre Sauvage), Франция, Бернард Феринга (Bernard L. Feringa), Нидерланды, и Фрейзер Стоддарт (James Fraser Stoddart), США, получили Нобелевскую премию по химии в 2016 году. Манипуляции с такими соединениями могут выполняться, например, квантами света: в сочетании с химическими добавками последние приводят в движение отдельные части структур, в том числе обеспечивая их вращение. В гонке стимулом выступает электрический ток, а машины двигаются по металлическим поверхностям.

В качестве болидов в рамках соревнований выступают молекулы, размер которых в десятки раз меньше диаметра в сечения человеческого волоса (около 0,08 миллиметра). Протяженность трасс, включающих в себя два поворота под углом 45 градусов, составляет 100 нанометров. Участие в заездах принимают команды из Франции, Японии, США, Швейцарии и Германии, трансляция ведется с помощью сканирующего туннельного микроскопа с четырьмя считывающими элементами, который был разработан Национальным центром научных исследований (CNRS). Гонки стартовали в 12:00 по московскому времени и продлятся 30 часов.

Четыре трассы, образующие изогнутую канавку глубиной порядка 0,3 нанометра (соответствует примерно двум атомам), расположены на поверхности 8-миллиметрового медальона из золота. Согласно правилам, участники турнира должны преодолеть трассу в течение 30 часов. В случае «ДТП» комплекс разрешается заменить, при этом замена иглы микроскопа, с помощью которой ученые управляют машинами, не предусмотрена. На первом этапе структуры представляли собой растворы или порошки, которые помещались в канавку путем осаждения или сублимации (испарения и затем осаждения).

После размещения на трассе машины переносили на старт посредством сканирующего туннельного микроскопа. Этот тип устройств представляет собой чрезвычайно острый металлический зонд, на острие которого могут находится только несколько атомов, подключенный к системе перемещения и регистрации. При приближении иглы к образцу на расстояние нескольких ангстрем на нее подается электромагнитный потенциал, в результате чего возникает туннельный ток. Обычно туннельный микроскоп используется для построения топографических карт проводящих поверхностей с высоким пространственным разрешением.

Помимо замены иглы, правила соревнований запрещают воздействовать на машины механически. Вместе с тем принцип их движения может варьироваться: как правило, его обеспечивает изменение геометрии за счет энергии электрона. Молекулярные «болиды» могут разгоняться до 0,3–0,6 нанометра на каждый импульс, однако мониторинг их местоположения, из-за особенностей работы микроскопа, проводится с задержкой в несколько минут. Четыре команды управляют зондом непосредственно на базе Центра разработки материалов и структурных исследований (CEMES) в Тулузе, еще две — дистанционно.

Подробнее о мире нанообъектов читайте в нашем материале.