Forskare vid Rice University och vid University of Graz, Österrike, kör trehjuling, enkelmolekylära "nanoroadsters" med ljus och, för första gången, se hur de rör sig.

The Rice lab of nanocar uppfinnare och kemist James Tour syntetiserade ljusdrivna nanocars för sex år sedan, men med hjälp av experimentella fysiker i Österrike, de kan nu köra flottor av enmolekylära fordon på en gång.

En rapport om arbetet visas i tidskriften American Chemical Society ACS Nano .

"Det är spännande att se att motoriserade nanoroadsters kan drivas fram av sina ljusaktiverade motorer, sa Tour, som introducerade nanobilar 2005 och motoriserade dem ett år senare. "Dessa trehjulingar är det första exemplet på lättdrivna nanovehicles som observerats driva över en yta med någon metod, än mindre genom scanning tunnelmikroskopi."

Istället för att köra dem kemiskt eller med spetsen på ett tunnelmikroskop, som de kommer att göra med andra fordon i det kommande internationella NanoCar Race i Toulouse, Frankrike, forskarna använde ljus vid specifika våglängder för att flytta sina nanoroadsters längs en kopparyta. Fordonen har molekylära motorer på bakhjul som roterar i en riktning när ljus träffar dem. Rotationen driver fordonet ungefär som ett paddelhjul på vatten.

Teamet ledd av Tour och Leonhard Grill, professor vid universitetet i Graz och tidigare vid Fritz-Haber-institutet, Berlin, använde våglängdskänsliga modifierade motorer som uppfanns av den holländska forskaren Bernard Feringa, som delade årets Nobelpris i kemi för sin molekylära maskin.

Fjärrkontroll är nyckeln till bilarnas användbara förmågor. "Om vi ​​måste "koppla" bilen till en strömkälla, som en elektronstråle, vi skulle förlora mycket av bilarnas funktionalitet, "Sade Tour. "Att driva dem med ljus gör att de kan köras varhelst man kan lysa - och så småningom hoppas vi att de kommer att bära last."

En annan fördel är möjligheten att aktivera flottor av nanobilar på en gång. "Det här är precis vad vi söker - att använda ett ljus för att aktivera motorer och få svärmar av nanovehicles som rör sig över ytan, gjort riktning genom elektriska fältgradienter, "Tour sa." Detta skulle tillåta oss framtidsutsikterna att använda nanomaskiner som myror som arbetar tillsammans för att utföra konstruktion. "

Grill sa att fjärrkontroll med ljus eliminerar behovet av en lokal sond som skulle behöva adressera molekylerna en efter en. "Dessutom, inga "bränsle"-molekyler krävs som skulle förorena ytan och modifiera diffusionsegenskaperna, " han sa.

Tour har använt modifierade Feringas motorer för att driva hans labs nanosänkbara material. I detta fall, motorn är bakhjulet. Han sa att den trehjuliga konfigurationen förenklar dess användning eftersom större nanobilar är svårare att sätta på en bildyta och ofta dissocieras under deponering under vakuum, enligt Grill.

Experiment av huvudförfattaren Alex Saywell från Grill-gruppen på nanoroadsters gjorda på Rice visade ett behov av en fin balans mellan ljus och temperatur för att tillåta "förbättrad diffusion" av molekylerna i ett vakuum.

Grill sa att användning av ljus för att driva nanomaskiner erbjuder en grundläggande fördel - förmågan att selektivt inducera rörelse på grund av motorernas känslighet för våglängd. Ultraviolett ljus på 266 nanometer fördubblade roadsters rörelse jämfört med "kontroll" roadster-molekyler utan motorer. Vid 355 nanometer, det tredubblades.

Roadsters, gjord av 112 atomer, nådde en topphastighet på 23 nanometer per timme.

En ytaktiveringstemperatur på 161 kelvin (minus 170 grader Fahrenheit) visade sig vara bäst för körförhållanden. Om temperaturen är för kall, roadsters skulle hålla sig till ytan; för varma och de skulle diffundera slumpmässigt utan hjälp från motorn.

"Vi blev förvånade över den mycket tydliga korrelationen mellan den förbättrade rörelsen och motorns närvaro, behovet av både värme och ljus för att aktivera denna rörelse – i perfekt överensstämmelse med konceptet med Feringa-motorn – och våglängdskänsligheten som väl passar våra förväntningar från spektroskopi i lösning, " sa Grill.