Швейцарские ученые создали микроскопический двигатель, состоящий из шестнадцати элементов

Новости МирТесен

Среди существующих двигателей этот может похвастаться наименьшими габаритами: его конструкция включает всего одну молекулу ацетилена, расположенную в статоре, состоящем из двенадцати молекул палладия и галлия.

Швейцарские ученые разработали один из самых миниатюрных двигателей, когда-либо созданных: он состоит ровно из 16 атомов и функционирует, согласно заявлению разработчиков, на стыке классической и квантовой физики. Это наноустройство, созданное экспертами Швейцарских национальных лабораторий материаловедения (Empa) и Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL), представлено в статье, опубликованной в журнале PNAS. Общий размер системы не превышает нанометр.

Аналогично традиционным двигателям большего размера, данная конструкция содержит как подвижную часть (ротор), так и неподвижную основу (статор). При этом статор сформирован из шести атомов палладия и такого же количества атомов галлия, расположенных в виде двух накладывающихся друг на друга равносторонних треугольников. Ротором выступает четырех-атомная молекула ацетилена.

Под воздействием обычной тепловой энергии, молекула совершает вращение хаотично, достигая нескольких миллионов оборотов за секунду при стандартной комнатной температуре. Но подключение электрического тока – реализованное посредством иглы сканирующего электронного микроскопа – обеспечивает стабильный импульс, направляющий ацетилен в одном направлении практически всегда (в 96 случаях из ста). Для совершения одного полного оборота требуется шесть электронов, утверждают создатели.

Достигается это за счет наноразмерного аналога храпового механизма. В стандартном храповом механизме обратный ход предотвращается фиксатором, взаимодействующим с зубьями особой, несимметричной конфигурации. Подобный принцип реализован и в «атомарном двигателе»: из-за отсутствия зеркальной симметрии у структуры статора вращение молекулы ацетилена происходит преимущественно лишь в одном направлении.

В определенных ситуациях это 16-атомное наноустройство демонстрировало проявление квантовых эффектов. Например, двигатель функционировал даже при поступлении тепловой и электрической энергии, недостаточной для его вращения согласно классическим законам физики, при температурах ниже 17 Кельвинов (что соответствует минус 256 градусам Цельсия) и с подаваемым напряжением менее 30 милливатт. Авторы объясняют это туннельным эффектом — свойством микрочастиц самостоятельно преодолевать энергетические барьеры, что не имеет параллелей в нашем привычном, макроскопическом мире.

Ученые возлагают надежды на то, что в будущем эти устройства смогут обеспечивать работу наномашин, например, таких как « нанокран» или «нанофабрику», о которых мы писали раньше.