Устройство представляет собой спиралевидную молекулу размером в несколько нанометров. Ее закрепили между двумя золотыми электродами с атомарной точностью. При подаче напряжения электроны, проходящие через молекулу, передают ей вращательный момент. Направление движения зависит от формы спирали, а при изменении полярности напряжения вращение меняется на противоположное.
Исследователи отмечают, что это первый продемонстрированный молекулярный мотор, который приводится в движение электрическим током, закреплен между двумя металлическими электродами и позволяет управлять направлением вращения. Ранее молекулярные моторы такого типа приводили в движение с помощью наконечника сканирующего туннельного микроскопа.
Необычная особенность устройства заключается в том, что его движение влияет на электрическую проводимость. Чтобы разобраться в этом механизме, исследователи провели квантово-механическое моделирование на суперкомпьютере LiCCA.
Расчеты показали, что проводимость молекулы зависит от угла ее поворота и во время вращения может увеличиваться до 100 раз. В движении молекула принимает положения, которые практически недоступны ей в неподвижном состоянии, но позволяют электронам проходить через нее значительно легче.
Таким образом, электрический ток не только приводит молекулу в движение, но и сам меняется в зависимости от этого движения. Такое взаимное влияние вращения и проводимости представляет собой новый принцип работы устройств на молекулярном уровне.
Экспериментальные измерения позволили подтвердить вращение молекулы и возможность менять его направление, а теоретические расчеты помогли объяснить наблюдаемый рост тока.
Пока разработка остается экспериментальным устройством. В будущем подобные молекулярные моторы могут найти применение в молекулярной электронике, спинтронике и микрофлюидных системах. Они позволяют изучать физические процессы на атомном уровне и исследовать способы управления движением вещества с помощью электричества.
Читайте также: Лазер превращает воздух в антенну для передачи радиоволн