Logo
Cover

Швейцарские ученые разработали самый миниатюрный в мире мотор. Он состоит всего из 16 атомов и стабильно вращается в одном направлении. Главная его особенность в том, что он работает как раз на границе классической физики и квантового туннелирования — и демонстрирует странности, которые еще предстоит объяснить.

Самый маленький в мире мотор создан физиками из Исследовательского института Empa и Федеральной политехнической школы Лозанны. Его размер составляет менее одного нанометра — в 100 000 раз меньше диаметра человеческого волоса, а изготовлен он из 16 атомов, рассказывает Phys.org.

В принципе, молекулярная машина действует так же, как и обычный моторы в макромире: преобразует энергию в направленное движение. Он также состоит из статора и ротора, то есть неподвижного и подвижного элементов. В данном случае статор состоит из шести атомов палладия и шести атомов галлия. Ротор — это четыре атома молекулы ацетилена, которые вращаются на поверхности статора.

Молекулярный мотор может питаться либо тепловой, либо электрической энергией. При комнатной температуре, к примеру, он вращается взад и вперед случайным образом. Но если подать электричество (через сканирующий микроскоп), ротор будет крутиться в одном направлении со стабильностью 99%.

Такой мотор намного практичнее, чем предыдущие молекулярные аналоги. Ученые предлагают применять его и для движения наномашин, и для накопления энергии в наномасштабе.

Но есть у него и парочка странностей. Он сконструирован так, чтобы вращаться в одном направлении, как и обычный мотор, при помощи храповика. Но молекулярный механизм работает в обратном направлении. Каким-то образом наноротор ведет себя не так, как в макромире. Он все еще вращается в одном направлении, но почему-то в обратном.

Другая странность в том, что он нарушает закон классической физики. Обычно чтобы преодолеть сопротивление, требуется затратить определенный объем энергии. Но молекулярный ведет себя не так: он продолжает движение даже если энергии поступает очень мало — намного меньше, чем нужно для движения: при температуре -256 °C или напряжении менее 30 милливольт.

Это действие квантового туннелирования, когда частицы проходят сквозь барьеры, для преодоления которых у них обычно не хватило бы энергии. Но даже такое объяснение не удовлетворяет ученых полностью. Квантовое туннелирование считается свободным от трения, но в таком случае ротор вращался бы в любом направлении случайным образом. Тот факт, что он предпочитает одно в 99% случаев, указывает на то, что энергия каким-то образом теряется.

«Этот мотор дает нам возможность изучить процессы и причины рассеивания энергии в ходе квантового туннелирования», — сказал Оливер Гренинг, ведущий исследователь.

Американские ученые создали активируемые светом миниатюрные «дрели», способные прикрепиться к клеточной стенке бактерии и проделать в ней отверстие. Эксперименты показали, что такое воздействие либо убивает бактерию, либо делает ее более уязвимой к антибиотикам.