Den här illustrationen visar strukturen hos de molekylära motorerna designade av det internationella forskarteamet. Kredit:Saw-Wai Hla
(Phys.org)—Ett internationellt team av forskare har tagit nästa steg i att skapa maskiner i nanoskala genom att designa en flerkomponents molekylär motor som kan flyttas medurs och moturs.
Även om forskare kan rotera eller koppla på och stänga av enskilda molekyler, den nya studien är den första som skapar en fristående molekylär motor som har flera delar, sa Saw-Wai Hla, en professor i fysik och astronomi vid Ohio University som ledde studien med Christian Joachim från A*Star i Singapore och CEMES/CNRS i Frankrike och Gwenael Rapenne från CEMES/CNRS.
Det är ett viktigt steg i att skapa enheter i nanoskala – kvantmaskiner som arbetar enligt andra fysiklagar än klassiska maskiner – som forskare föreställer sig kan användas för allt från att driva kvantdatorer till att sopa bort blodproppar i artärer.
I studien, publiceras i Naturens nanoteknik , forskarna visade att de kunde styra motorns rörelse med energi som genereras av elektroner från en scanningstunnelmikroskopspets. Motorn är cirka 2 nanometer lång och 1 nanometer hög och byggdes på en guldkristallyta.
Vid en temperatur på minus 315 grader Fahrenheit, motorn kunde röra sig oberoende genom termisk excitation. När forskare kylde provet till minus 450 grader, motorn slutade rotera. Forskarna applicerade selektivt elektronenergi till olika delar av motorn för att få den att röra sig medurs och moturs.
Dessa bilder, tagen med ett scanningstunnelmikroskop, visa molekylmotorn när den roterar vid minus 315 grader Fahrenheit (överst), och stegvisa rotationer genom att tunnla elektroner vid minus 450 grader (a - h) (nedre bildsekvens). Kredit:Saw-Wai Hla
"Om vi vill bygga en verklig enhet baserad på denna motor, vi skulle installera elektroder på ytan för att skapa en energikälla, " sa Hla. För att konstruera den molekylära motorn, forskargruppen designade en stationär bas av atomer som är ansluten till en övre rörlig del med en ruteniumatom, som fungerar som "kullager". Den övre delen av motorn har fem armar gjorda av järnatomer. Forskarna gjorde en arm kortare än de andra för att kunna spåra maskinens rörelse. Hela enheten hålls upprätt genom att använda svavel som ett "atomlim" för att fästa motorn på guldytan, Hla förklarade.
Forskarna planerar nu att använda denna modell för att bygga mer komplexa maskiner med komponenter som kan automatiseras, sa Hla.
