Výskumníci z Empa a EPFL vo Švajčiarsku vyvinuli molekulárny motor, ktorý sa skladá iba zo 16 atómov a otáča sa jedným smerom. Tento počin by mohol umožniť získavanie energie na atómovej úrovni, píše portál Phys.org.

Veľkosť v atómoch, princíp však ostáva rovnaký

Tím inžinierov zo švajčiarskych inštitúcií Empa a EPFL vyvinul špeciálny molekulárny motor, ktorý pozostáva iba zo 16 atómov. Motor meria menej ako jeden nanometer a je tak približne 100 000-krát menší ako priemer ľudského vlasu.

Zaujímavé je tiež to, že motor sa pohybuje presne na hranici medzi klasickým pohybom a kvantovým tunelovaním, čím odhalil vedcom niektoré záhadné javy v kvantovej ríši.

Zobraziť celú galériu (2)

Pixabay

Motor funguje v zásade podobne ako jeho „veľký bratia“ v našom svete, keďže premieňa energiu na riadený pohyb. Takéto molekulárne motory existujú aj v prírode, napríklad vo forme myozínov, čo sú motorické proteíny, ktoré hrajú dôležitú úlohu v živých organizmoch pri sťahovaní svalov a pri prenose molekúl medzi bunkami.

Rovnako ako motor vo veľkom merítku, 16-atómový prístroj pozostáva zo statora a rotora, t.j. z pevnej a pohyblivej časti. Rotor rotuje na povrchu statora, pričom môže zaujať šesť rôznych pozícií. Aby motor skutočne vykonával nejakú prácu, je nevyhnutné, aby stator umožnil rotoru pohybovať sa iba jedným smerom.

Zobraziť celú galériu (2)

Pozície, ktoré môže zaujať rotor motora (šedá farba) / Zdroj: Empa

Zariadenie môže byť poháňané tepelnou aj elektrickou energiou. Pri tepelnom napájaní sa smerový rotačný pohyb motora mení na rotácie v náhodných smeroch, pričom pri izbovej teplote sa rotor náhodne otáča dozadu a dopredu niekoľko miliónovkrát za sekundu.

Elektrická energia generovaná elektrónovým skenovací mikroskoropom, z ktorého konca prúdi do motora malý prúd môže naopak rotácie usmerniť. Energia z jedného elektrónu pritom postačí na to, aby sa rotor otočil o jednu šestinu otáčky.

Čím vyššie je množstvo dodanej energie, tým vyššia je frekvencia pohybu, ale súčasne je pravdepodobnejšie, že sa rotor bude pohybovať v náhodnom smerom, píše Science Daily.

Pomôže pri chápaní procesov kvantovej fyziky

Podľa zákonov klasickej fyziky je na uvedenie rotora do pohybu proti odporu potrebné konkrétne množstvo energie. Ak dodávaný objem tepelnej alebo elektrickej energie nie je dostatočný, rotor by sa mal zastaviť.

Vedci však pri výskume pozorovali nezávisle konštantnú frekvenciu rotácie v jednom smere aj pod týmto limitom, a to pri teplotách pod 17 Kelvinov (-256°C) alebo pri napätí menšom než 30 milivoltov.

Tu sa preto dostávame ku kvantovej fyzike. Podľa jej pravidiel môžu častice porušovať tento princíp, čo v tomto prípade znamená, že rotor dokáže prekonať odpor aj vtedy, keď jeho kinetická energia v klasickom zmysle nie je dostatočná.

Zobraziť celú galériu (2)

Pixabay

Tento jav sa nazýva kvantové tunelovanie a bežne sa vyskytuje bez straty energie, čo znamená, že by mali byť teoreticky rovnako pravdepodobné oba smery otáčania rotora.

Rotor sa však prekvapivo počas výskumu s 99 % pravdepodobnosťou otáčal stále rovnakým smerom. To podľa vedcov znamená, že počas tunelového efektu k strate energie predsalen došlo. Pre výskumníkov je tak toto pozorovanie veľmi dôležité.

Vyvinuli totiž nie len motor na úrovni atómov, ktorý dokáže pracovať, ale zariadenie, ktorý by mohlo umožniť sledovať práve procesy a príčiny rozptylu energie pri tunelovom efekte.