Scientia

Pentru prima dată, un motor electric a fost făcut dintr-o singură moleculă. Lungimea de 1 nanometru face acest compus organic cel mai mic motor electric din toate timpurile. Dar despre ce este vorba şi cum funcţionează nano-dispozitivul?

Creatorii săi au de gând să prezinte proiectul lor Cărţii Recordurilor, dar micuţul motor ar putea avea, de asemenea, aplicaţii practice, cum ar fi să împingă fluid prin conducte înguste în dispozitive numite "lab-on-a-chip" (folosite pentru descoperirea drogurilor sau diagnosticarea bolilor).

Moleculele au transformat în prealabil energia din lumină şi reacţiile chimice, în mişcare directă cum ar fi rostogolirea sau zborul. De asemenea, energia electrică a făcut deja o moleculă de oxigen să se rotească aleatoriu. Dar o mişcare controlată, generată electric – necesară unui dispozitiv pentru a putea fi clasificat drept motor - nu a fost încă observată în cazul unei singure molecule.

Pentru a rezolva această problemă, E. Charles Sykes de la Universitatea Tufts din Boston şi colegii săi au apelat la un compus format din butil, metil şi sulfat - un atom de sulf cu un lanţ de patru atomi de carbon pe de o parte şi un atom de carbon izolat pe de altă parte. Ei au ancorat molecula de o suprafaţă de cupru prin intermediul atomului de sulf, dând astfel naştere unei "elice" orizontale înclinate, liberă să se rotească deasupra lanţului vertical de cupru-sulf.

Credit: Newscientist.com

Record clar depăşit

Deasupra moleculei au pus un ac de metal cu o lăţime a vârfului egală cu câţiva atomi. Când au lăsat curentul să circule din vârful acului, prin molecule, către cuprul conductor de mai jos, molecula a convertit  energia electrică în energie de rotaţie. Acul sărea peste tot cu mişcări bruşte de circa 50 de ori pe secundă.

Deoarece elicea este asimetrică, există două moduri în care poate fi orientată, luând în considerare cuprul. Într-o orientare – nu şi în cealaltă – mişcarea moleculei nu au fost aleatoare, ci uşor înclinată în sensul acelor de ceasornic, permiţând cercetătorilor să-l declare motor.

Nu este clar de ce înclinarea are loc, dar Sykes bănuieşte că o asimetrie intrinsecă la nivelul vârfului acului de metal ar putea explica de ce apare numai într-o singură orientare moleculară.


Lupta cu forţa de frecare

Dacă este acceptat de către Cartea Recordurilor, motorul va doborî de departe recordul actual. Actualul deţinător al recordului mondial pentru cel mai mic motor electric este, prin comparaţie, un gigant, compus din două nanotuburi de carbon de 200 de nanometri lungime. Curentul ce circulă prin intermediul acestor nanotuburi împinge picături de metal topit, de la exterior, dinspre un tub spre celălalt.

Sykes speră să îmbunătăţească motorul său, pentru a învinge mica forţă de frecare care încetineşte curgerea lichidului prin nanotuburi.

Kevin Kelly de la Universitatea Rice din Houston, Texas, care nu a fost implicat în proiect, subliniază faptul că, în cazul în care transferul de energie electrică se comportă diferit în funcţie de forma moleculelor, asta ar putea avea implicaţii pentru proiectarea de circuite electrice la scară moleculară, care pot fi utilizate în crearea de senzori de dimensiuni reduse sau cipuri pentru calculator.

Textul de mai sus reprezintă traducerea articolului Single molecule is tiniest electric motor ever publicat de New Scientist. Scientia.ro este singura entitate responsabilă pentru eventuale erori de traducere, Reed Business Information Ltd şi New Scientist neasumându-şi nicio responsabilitate în această privinţă.
Traducere: Anamaria Spătaru