Винсенто Бальзани из университета Болоньи и его коллеги из Испании и США построили самый маленький и самый быстрый наномотор, состоящий из одной молекулы.
Поперечник двигателя, состоящего из единственной, хотя и сложной молекулы, называемой ротаксан (rotaxane), составляет 5 нанометров. В её составе есть кольцевая структура, способная смещаться вперёд и назад на расстояние 1,3 нанометра. При этом данное кольцо можно уподобить поршню классического ДВС, так как наномотор работает в четыре цикла.
Только в качестве топлива в этой молекуле выступает электрон, который, будучи инициируемым солнечным светом, пробегает по цепочке атомов, заставляя смещаться кольцо. Затем электрон перебрасывается с одного конца молекулы на другой, заставляя "поршень" вернуться к исходному положению. КПД двигателя составляет 12%.
Цикл движений занимает примерно 100 микросекунд. Все перемещения кольца и электрона, выбиваемого светом, учёные уподобляют впрыску топлива и сгоранию, выхлопу, всасыванию и сжатию в ДВС.
Авторы работы отмечают, что их двигатель-молекула работает достаточно долго, пока есть свет. По крайней мере, опыты показали устойчивость ротаксана после тысячи циклов работы. Кроме того, этот двигатель совершенно автономен, может быть разогнан до частоты 1 килогерца и не требует особых условий (функционирует в жидких растворах при комнатной температуре).
Новый наномотор может использоваться для создания наномашин и "химических компьютеров", транспортировки лекарств внутри клеток и в других сходных областях применения. |
