Когда ученые пытаются сделать какие-либо миниатюрные устройства, они подходят к этой проблеме двумя различными путями. Некоторые из ученых, используя технологии нанопроизводства, вырезают на подложках наноразмерные версии знакомых устройств и объектов. Другие же ученые используют в своих интересах возможность синтеза отдельных молекул, обладающих определенными свойствами для того, что бы собрать электромеханические системы, состоящие из нескольких десятков атомов. И очень часто получается, что эти атомарные устройства во многом походят на своих "полномасштабных" прототипов.

Когда мы в последний раз слышали о двигателе, изготовленном из единственной молекулы, это был крошечный четырехколесный нано-автомобиль, передвигающийся благодаря электронам, подаваем от атомно-силового микроскопа. А сейчас исследователям удалось создать из единственной сложной молекулы крошечный электродвигатель, вращающийся ротор которого сидит на шарикоподшипнике, в роли которого выступает единственный атом рутения.

Самой сложной частью создания подобных вещей является синтез молекул строго определенного строения. В данном случае основой молекулы являются атомы бора, которые формируют три кольцевидные структуры, которые по химическому составу весьма подобны некоторым основаниям молекул ДНК. Атомы азота, располагающиеся в углах кольцевидных структур, связаны с атомом рутения, что придает всей структуре ротора вид трехгранной пирамиды. Следует заметить, что эта молекула имеет название [n5-1-(4- tolyl )-2,3,4,5-tetra(4-ferrocenylphenyl) cyclopentadienyl hydrotris [6-((ethylsulphanyl)methyl)indazol-1-yl] borate ruthenium(II)], что в полной мере отражает сложность ее строения.

Ученые специальным образом подготовили золотую поверхность и после этого установили на нее полученную пирамиду молекулы. В результате у них получилось нечто вроде ветряной мельницы с пятью лопастями. По центру структуры находятся кольца из пяти атомов, а дополнительные кольца формируют структуру лопастей ветряной мельницы. Молекула одной из лопастей была преднамеренно оставлена без одного атома железа, а сделано это было с целью обеспечения возможности наблюдения за движением этой чрезвычайно сложной молекулы.

Центральное кольцо из пяти атомов углерода "сидело", опираясь на единственный атом рутения. Этот атом рутения выступал в роли шарикоподшипника, позволяющего беспрепятственно всей конструкции вращаться вокруг своей оси.

Для того, что бы заставить это все вращаться ученые использовали электронный туннельный микроскоп для того, что бы ввести в систему лишние электроны. Электрический заряд, обеспеченный излишком электронов, обеспечивал электрическое и магнитное взаимодействие отдельных частей молекулы, что приводило к передвижению молекулы на один шаг, на одну пятую полного круга. Используя некоторые уловки, ученые смогли даже управлять направлением вращения всей наноконструции. "Накачка" электронами лопасти с атомами железа приводила к вращению в одну сторону, а "накачка" электронами лопасти без атома железа обеспечивала вращение в обратную сторону.

Конечно, вряд ли в скором будущем такие двигатели-молекулы смогут найти практическое применение, ведь несмотря на простоту подобных устройств для приведения их в действие требуются достаточно серьезные и дорогостоящие инструменты, такие как электронный туннельный микроскоп. Но их создание является внушительной демонстрацией контроля над создаваемыми на молекулярном уровне структурами.



Ключевые слова:
Двигатель, Молекула, Атом, Рутений, Углерод, Железо, Электрон, Заряд, Микроскоп, Вращение

Первоисточник

Другие новости по теме:

Самый маленький в мире электродвигатель состоит из одной единственной молекулы.

Ученые из IBM заглянули внутрь молекулы.

Ученым впервые удалось измерить изменения энергии атомов во время химической реакции

Разработан новый тип магнитной памяти, способной хранить бит информации в одной единственной молекуле.

Впервые в истории получены снимки, показывающие перемещения атомов внутри молекулы.

Узнать цену частотного преобразователя от INVT в Москве

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.