Исследователи из Израиля, Дании и Германии сообщают об одномолекулярном моторе, который вращается при протекании тока и меняет направление вместе с напряжением, а его вращение повышает проводимость до двух порядков.

Исследовательский коллектив сообщил о молекулярном моторе, который вращается при прохождении электрического тока и меняет направление вращения при смене полярности напряжения. В основе конструкции лежит винт Архимеда — древнее спиральное устройство для подъёма воды: электроны, проходящие через молекулу спиральной формы, по описанию передают ей угловой момент и заставляют вращаться. Молекулу длиной всего несколько миллионных долей миллиметра создала группа профессора Михаэля Питтелькова из Копенгагенского университета; она крепится к золоту через атомы серы. В Институте науки Вейцмана в Израиле команда под руководством профессора Орена Таля и доктора Анила Кумара Сингха удерживала отдельные молекулы между двумя золотыми остриями, заточенными до атомных размеров, и показала, что вращение становится непрерывным, когда напряжение превышает порог. Электрически приводимые молекулярные моторы существуют с 2011 года, но они работали на поверхностях и зависели от острия сканирующего туннельного микроскопа; новая работа описывается как первая, где показан токовый мотор, прочно соединённый с двумя электродами и имеющий управляемое направление вращения.

Эксперименты выявили и неожиданный эффект: вращающаяся молекула проводила ток значительно лучше неподвижной. Чтобы объяснить это, команда под руководством профессора Фабиана Паули из Аугсбургского университета выполнила квантово-механическое моделирование на суперкомпьютере и обнаружила, что проводимость сильно зависит от угла молекулы и во время вращения возрастает до двух порядков, то есть примерно в 100 раз. По словам исследователей, некоторые из ориентаций с наилучшей проводимостью — это те, которых молекула в покое естественным образом избегает, и лишь вращение делает их достижимыми. Затем теоретики Пер Хедегор из Института Нильса Бора и Цзин-Тао Люй из Хуачжунского университета науки и технологии построили упрощённую модель, воспроизведшую и вращение, и рост тока, наблюдавшиеся в измерениях. По словам исследователей, работа показывает, что электрический ток может создавать направленное вращение, а это вращение, в свою очередь, управляет током.

Команда полагает, что результат со временем может пригодиться для молекулярных электронных компонентов, спинтроники, использующей свойства электрона помимо заряда, и микрофлюидных систем, работающих с крайне малыми объёмами жидкости, и говорит, что он даёт учёным новый способ изучать физические процессы на атомном масштабе. Это перспективы, а не продукты: демонстрация касается отдельных молекул между лабораторными электродами, применение в устройствах не показано. Этот материал основан на пресс-релизе университета, переопубликованном ScienceDaily; в прочитанном нами тексте журнал не назван, мы не проверяли результаты независимо и не видели исходную статью, поэтому к деталям следует относиться осторожно. Исследование получило финансирование, в частности, от Немецкого научно-исследовательского общества, Европейского исследовательского совета и Израильского научного фонда.