世界上最小的分子馬達被研發出來了

2020-12-05 愛解惑的石頭

來自瑞士的一組研究人員研發出僅由16個原子組成的分子馬達。

世界上最小的分子馬達

瑞士聯邦材料科學與技術實驗室Empa的功能性表面研究小組負責人合著者OliverGrning博士說:「這使我們能夠接近分子電動機的極限尺寸了。」

該團隊的分子電動機的尺寸小於一納米,由一個定子和一個轉子組成,即一個固定部分和一個運動部分。

轉子-對稱的乙炔(C 2 H 2)分子-在定子的表面旋轉,它可以佔據六個不同的位置。

早期曼徹斯特大學的科學家的成果

格羅寧博士說:「要使電動機真正發揮作用,至關重要的是定子必須使轉子只能向一個方向移動。」

定子具有基本三角形的結構,由六個鈀(Pd)和六個鎵(Ga)原子組成。

轉子可以連續旋轉,並且順時針和逆時針旋轉必須不同。

「因此,電動機具有99%的方向穩定性,這使其區別於其他類似的分子電動機,」格羅寧博士解釋說。

「通過這種方式,分子電動機為原子級的能量收集開闢了一條途徑。」

微型電動機可以由熱能和電能驅動。

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研究人員說:「熱能促使電機的定向旋轉運動變成隨機方向的旋轉——例如,在室溫下,轉子以每秒幾百萬轉的速度完全隨機地來迴旋轉。」。

「相反,由電子掃描顯微鏡產生的電能,其尖端有一小股電流流入電動機,可引起定向旋轉」

「單個電子的能量足以使轉子繼續旋轉僅僅六分之一圈。所提供的能量越高,運動的頻率就越高,但是同時,轉子在隨機方向上運動的可能性也就越大,因為太多的能量可以克服「錯誤」方向上的棘爪。」

根據經典物理定律,使轉子相對於溜槽的阻力運動所需的能量是最小的;如果提供的電能或熱能不足,轉子將不得不停止。

令人驚訝的是,科學家能夠在低於17開爾文(零下256攝氏度,或零下428.8華氏度)或低於30毫伏的外加電壓下,在一個方向上觀察到獨立的恆定旋轉頻率。

這種馬達可以讓我們研究量子隧穿過程中的能量耗散過程和原因,」格洛寧博士說。

該影像顯示了136張恆定電流STM圖像的序列,每幀之間有10秒的時間間隔。影片顯示了兩個C 2 H 2電機,並將實驗設置寫在兩個面板的頂部。上方面板顯示原始STM數據,下方面板顯示相應的插值圖像(原始像素解析度的4倍)和對比度增強的圖像。通過用所有136幀的平均值減去每個單獨的幀來實現對比度增強。

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