Учёные создали молекулярный двигатель, который начинает вращаться под действием электрического тока и меняет направление при смене полярности напряжения. Его конструкция вдохновлена древним винтом Архимеда. Результаты работы стали шагом к созданию действующих машин на предельно малом масштабе, сообщает ScienceDaily.
В основе устройства лежит спиралевидная молекула, разработанная группой профессора Михаэля Питтелькова из Копенгагенского университета. Её длина составляет несколько миллионных долей миллиметра, а соединяться с золотыми поверхностями она может с помощью атомов серы. Исследователи из Института Вейцмана в Израиле поместили отдельные молекулы между двумя золотыми электродами с атомарно острыми концами.
Меняя расстояние между электродами, учёные растягивали или сжимали молекулярную спираль. При подаче напряжения она начинала вращаться, а изменение полярности позволяло развернуть движение в обратную сторону. Это первый показанный исследователями молекулярный двигатель, который приводится в действие током, закреплён между двумя металлическими электродами и вращается в управляемом направлении.
Вращение возникает, когда электроны проходят через спираль и передают молекуле угловой момент. После достижения определённого порога напряжения движение становится непрерывным. Эксперименты также показали, что вращающаяся молекула проводит электричество значительно лучше, чем неподвижная.
Чтобы объяснить этот эффект, исследователи из Аугсбургского университета провели квантово-механическое моделирование на суперкомпьютере LiCCA. Расчёты показали, что проводимость зависит от положения молекулы и во время вращения может увеличиваться в сто раз. Наиболее проводящие положения молекула избегает в состоянии покоя, но вращение позволяет ей занимать такие конфигурации.
Экспериментальные данные и теоретические расчёты помогли учёным описать механизм работы устройства. В перспективе принцип может применяться при разработке молекулярной электроники, спинтроники и микрофлюидных систем, работающих с очень малыми объёмами жидкости. Исследователи также рассматривают двигатель как инструмент для изучения физических процессов на атомном уровне.