V přítmí laboratoří se utěšeně vyvíjejí molekulární strojky, jejichž pohon mohou zajistit molekulární motory. Od roku 2011 dokonce existují molekulární motory poháněné přímo elektrickým proudem. Až doposud však fungovaly jen jako molekuly umístěné na povrchu materiálu, jejichž pohyb ovládal hrot rastrovacího tunelového mikroskopu. To je pro širší aplikace dost nepraktické.
Michael Pittelkow z dánské Københavns Universitet a jeho kolegové vyvinuli nový typ elektrického molekulárního motoru. Inspirovali se jedním z nejstarších zdokumentovaných technických zařízení lidstva, Archimédovým šroubem, který slouží k dopravě vody do vyšších poloh. Jeho princip úspěšně přenesli na molekulární úroveň. Místo vody zde šroubovitou strukturou proudí elektrony, které ji uvádějí do rotačního pohybu.
Molekulární motor je založený na šroubovité molekule, kterou si vědci pro tyto účely vyvinuli. Molekula měří jen několik miliontin milimetru a prostřednictvím atomů síry se může vázat na zlaté povrchy. Další tým v izraelském Weizmann Institute of Science napnul jednotlivé molekuly mezi dva atomární zlaté hroty. Přesným nastavováním vzdálenosti mezi elektrodami mohli výzkumníci molekulární šroub natahovat nebo stlačovat.
Měření následně potvrdila, že při zavedení elektrického napětí se molekula začne otáčet. Směr rotace přitom bylo možné nastavit polaritou napětí. Výzkum vůbec poprvé prokázal fungování molekulárního motoru poháněného elektrickým proudem, jehož směr otáčení lze ovládat a který je pevně uchycen mezi dvěma kovovými elektrodami. Pohyb vytvářejí elektrony. Při průchodu šroubovitou molekulou jí předávají moment hybnosti, podobně jako vítr roztáčí větrnou turbínu. Po překročení určitého napětí přechází tento pohyb do nepřetržité rotace.
##seznam_reklama##
Nový molekulární motor by se mohl uplatnit například při vývoji molekulárních elektronických součástek, v aplikacích ve spintronice, a také v mikrofluidních systémech. Takto miniaturní stroje navíc mohou posloužit ve výzkumu fyzikálních procesů na atomární úrovni. Jde o nový pozoruhodný princip fungování strojů na samotné hranici miniaturizace.
Video: CHEM Talks- “Curved aromatic molecules and anti-aromatic molecules" by Michael Pittelkow
Literatura