Одна молекула вместо привычного двигателя: ученые нашли вдохновение в изобретении, которому тысячи лет

Во время вращения проводимость молекулы может увеличиваться до 100 раз - такой результат дало квантово-механическое моделирование. Электрический ток здесь связан с движением молекулы напрямую: он запускает вращение, а оно, в свою очередь, меняет прохождение электронов.

Экспериментальное устройство состоит из спиралевидной молекулы размером в несколько нанометров. Ее с атомарной точностью закрепили между двумя золотыми электродами. Когда через молекулу проходит ток, электроны передают ей вращательный момент.

Направление вращения зависит от формы спирали. Если поменять полярность напряжения, молекула начинает двигаться в обратную сторону. Исследователи сообщают, что им удалось экспериментально подтвердить и само вращение, и возможность управлять его направлением.

Проводимость при этом меняется вместе с положением молекулы. В движении она принимает конфигурации, почти недоступные в неподвижном состоянии; электронам в таких положениях легче пройти через нее. Механизм роста тока ученые объяснили с помощью расчетов на суперкомпьютере LiCCA.

Исследователи называют разработку первым продемонстрированным молекулярным мотором, который приводится в движение электрическим током, закреплен между металлическими электродами и позволяет менять направление вращения. Ранее моторы такого типа запускали наконечником сканирующего туннельного микроскопа.

Пока это экспериментальное устройство. В перспективе подобные моторы могут применяться в молекулярной электронике, спинтронике и микрофлюидных системах. Они также дают возможность изучать процессы на атомном уровне и способы управлять движением вещества электричеством.

Образ винта Архимеда в заголовке связан со спиральной формой молекулы. В самом эксперименте речь идет о нанометровом объекте между электродами, а не о механическом винте. Его движение исследователи связывают с изменениями электрического тока.