Миниатюрный двигатель, один из самых маленьких, создается с использованием одной молекулы ацетилена, которая вращается вокруг статора, состоящего из 12 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.
Как и в обычных макроскопических двигателях, здесь присутствуют движущаяся и неподвижная части: ротор и статор соответственно. При этом статор формируется из шести атомов палладия и шести атомов галлия, расположенных в виде двух наложенных друг на друга равносторонних треугольников. Ротор, в свою очередь, состоит из молекулы ацетилена, содержащей четыре атома.
Под воздействием обычной тепловой энергии он вращается в произвольном направлении на поверхности статора. При комнатной температуре это вращение происходит со скоростью несколько миллионов оборотов в секунду. Однако, при подаче электричества – ученые провели это, используя иглу сканирующего электронного микроскопа – стабильный поток энергии заставляет ацетилен поворачиваться в одном направлении в 99% случаев. Авторы сообщают, что для осуществления одного поворота требуется шесть электронов.
Достигается это за счет наноразмерного аналога храпового механизма. В стандартном храповике возвратное вращение предотвращается фиксатором, взаимодействующим с зубьями особой, несимметричной формы. Аналогичная концепция реализована и в «атомарном двигателе»: статор имеет структуру, лишенную зеркальной симметрии, что обуславливает предпочтительное вращение молекулы ацетилена в одном направлении по сравнению с другим.
В определенных условиях 16-атомное наноустройство демонстрировало квантовые эффекты. Например, двигатель функционировал, несмотря на поступление тепловой и электрической энергии, недостаточной для вращения при температурах ниже 17 Кельвинов (минус 256 °C) и при напряжении менее 30 мВт. 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.