Vedci vytvorili motor, aký svet ešte nevidel. 2000-ročný vynález zvýšil elektrický prúd až 100-násobne

Medzinárodný tím vedcov prezentoval prelomový technologický úspech v oblasti nanotechnológií a molekulárnej elektroniky. Vytvorili miniatúrny motor na molekulárnej úrovni, pričom ako inšpirácia poslúžil staroveký vynález spred vyše 2 000 rokov, upozorňuje Interesting Engineering.

Archimedova skrutka, známa svojím závitovým mechanizmom na zdvíhanie vody, našla svoje uplatnenie v submikroskopickom svete, kde dokáže premieňať elektrický prúd na mechanickú rotáciu.

Miniatúrny motor

Základným kameňom celého zariadenia je špeciálne syntetizovaná helicénová molekula s dithioacetylom, ktorej tvorbu zastrešil tím Michaela Pittelkowa z Univerzity v Kodani. Táto štruktúra meria len niekoľko nanometrov a vďaka atómom síry sa dokáže pevne prichytiť na zlaté povrchy.

Výskumníci z Weizmannovho inštitútu v Izraeli pod vedením Orena Tala a Anila Kumara Singha úspešne prepojili jednotlivé molekuly medzi dvojicou extrémne jemných zlatých elektród, čím vytvorili funkčný kanál pre prechod elektrického prúdu.

Technologická inovácia spočíva v obojsmernom prepojení medzi mechanickým pohybom a elektrinou. Keď vedci priviedli k zariadeniu napätie, prúdiace elektróny odovzdali helicénovej molekule rotáciu bez potreby akýchkoľvek vonkajších mechanických nástrojov.

Samotná chiralita, teda priestorová orientácia molekuly, určuje smer otáčania. Zmenou polarity napätia dokázali vedci presne a predvídateľne kontrolovať smer rotácie so stopercentnou smerovou preferenciou.

Prúd narástol stonásobne

Počas experimentov vedci narazili na nečakaný a fascinujúci elektrický jav. Akonáhle sa molekula uviedla do pohybu, elektrický prúd pretekajúci cez ňu sa prudko zvýšil až stonásobne. Hlbšie pochopenie tohto mechanizmu prinesli kvantovo-mechanické simulácie realizované na superpočítači LiCCA.

Výpočty ukázali, že molekula vedie elektrinu výrazne odlišne v závislosti od svojho aktuálneho rotačného uhla. Otáčaním sa dostáva do konfiguračných polôh, ktoré v pokoji nevyužíva a ktoré umožňujú podstatne ľahší prietok elektrónov.

Tím nemeckých a medzinárodných odborníkov pod vedením profesora Fabiana Paulyho z Univerzity v Augsburgu poukazuje na to, že tento princíp otvára úplne nové možnosti pre miniaturizované stroje.

anusorn_nakdee/freepik

Teoretické modely navyše predpovedajú, že pri prekročení určitého prahového napätia môže motor prejsť z krokového pohybu do plynulej nepretržitej rotácie. Ovládaním vzdialenosti medzi zlatými hrotmi navyše vedci dokázali konštrukciu mechanicky napínať alebo stláčať, čo priamo ovplyvňovalo napätie potrebné na zvýšenie prúdu.

Napriek obrovskému potenciálu pre budúci vývoj molekulárnych elektronických komponentov, spintronických systémov či nanonástrojov na manipuláciu s tekutinami ostáva zariadenie v štádiu laboratórneho prototypu.

Samotná technológia je závislá od presného umiestnenia jedinej molekuly medzi zlatými elektródami a reálna praktická využiteľnosť si vyžaduje ďalší výskum. Vedci tak zatiaľ položili základný teoretický a experimentálny kameň pre nové smerovanie v oblasti prepojenia mechaniky a elektrického transportu na atomárnej úrovni.

Čítajte viac z kategórie: Novinky