Ricercatori di Israele, Danimarca e Germania descrivono un motore a singola molecola che ruota al passaggio di corrente e inverte il senso con la tensione, mentre la rotazione aumenta la conducibilità fino a due ordini di grandezza.

Una collaborazione di ricerca ha presentato un motore molecolare che ruota quando è attraversato da corrente elettrica e inverte il senso di rotazione quando si cambia la polarità della tensione. Il progetto si ispira alla vite di Archimede, l'antico dispositivo a spirale usato per sollevare l'acqua: gli elettroni che attraversano una molecola a forma di spirale le trasferirebbero momento angolare, facendola ruotare. La molecola, lunga solo alcuni milionesimi di millimetro, è stata creata dal gruppo del professor Michael Pittelkow all'Università di Copenaghen e si lega all'oro tramite atomi di zolfo. Al Weizmann Institute of Science in Israele, un gruppo guidato dal professor Oren Tal e dal dottor Anil Kumar Singh ha posizionato singole molecole tra due punte d'oro affilate a dimensioni atomiche, mostrando che la rotazione diventava continua una volta superata una soglia di tensione. Motori molecolari alimentati elettricamente esistono dal 2011, ma operavano su superfici e dipendevano dalla punta di un microscopio a effetto tunnel; il nuovo lavoro è descritto come il primo a mostrare un motore guidato dalla corrente, saldamente collegato a due elettrodi e con senso di rotazione controllabile.

Gli esperimenti hanno rivelato anche un effetto inatteso: la molecola in rotazione conduceva la corrente molto meglio di una ferma. Per spiegarlo, un gruppo guidato dal professor Fabian Pauly all'Università di Augusta ha eseguito simulazioni quantomeccaniche su un supercomputer, scoprendo che la conducibilità dipende fortemente dall'angolo della molecola e cresce fino a due ordini di grandezza, cioè circa 100 volte, durante la rotazione. Secondo i ricercatori, alcune delle orientazioni che conducono meglio l'elettricità sono proprio quelle che la molecola evita naturalmente a riposo, e solo la rotazione le rende accessibili. I teorici Per Hedegård, del Niels Bohr Institute, e Jing-Tao Lü, della Huazhong University of Science and Technology, hanno poi costruito un modello semplificato che riproduceva sia la rotazione sia l'aumento di corrente misurati. Nelle parole dei ricercatori, il lavoro mostra che una corrente elettrica può generare una rotazione orientata e che tale rotazione, a sua volta, controlla la corrente.

Il gruppo ritiene che il risultato potrebbe col tempo contribuire a componenti di elettronica molecolare, alla spintronica, che sfrutta proprietà dell'elettrone diverse dalla carica, e a sistemi di microfluidica che gestiscono volumi minimi di liquido, e afferma che offre agli scienziati un nuovo modo di studiare i processi fisici su scala atomica. Si tratta di prospettive, non di prodotti: la dimostrazione riguarda singole molecole tenute tra elettrodi di laboratorio e non sono state mostrate applicazioni in dispositivi. Questo resoconto si basa su un comunicato stampa universitario ripubblicato da ScienceDaily, il cui testo che abbiamo letto non cita la rivista; non abbiamo verificato in modo indipendente i risultati né visto lo studio originale, quindi i dettagli vanno presi con cautela. La ricerca è stata finanziata, tra gli altri, dalla Fondazione tedesca per la ricerca, dal Consiglio europeo della ricerca e dalla Israel Science Foundation.