מנוע חשמלי המורכב ממולקולה יחידה

המנוע החשמלי הקטן ביותר בעולם, לפחות לפי ספר השיאים של גינס, הוא בגודל של 200 ננומטרים

המנוע החשמלי הקטן ביותר בעולם, לפחות לפי ספר השיאים של גינס, הוא בגודל של 200 ננומטרים.

כימאים מאוניברסיטת טאפטס (Tufts, אוניברסיטה פרטית גדולה השוכנת ליד בוסטון במסצ'וסטס( פיתחו את המנוע החשמלי הקטן ביותר בעולם המבוסס על מולקולה יחידה, פיתוח שיוכל להוביל להכנתה של משפחה חדשה לחלוטין של התקנים שיוכלו לשמש במגוון יישומים המשתרעים מרפואה ועד הנדסה.
במחקר, שממצאיו פורסמו בכתב העת המדעי Nature Nanotechnology, צוות המדענים מדווח על מנוע חשמלי שאורכו לא יותר מננומטר אחד, ממצא פורץ דרך לאור העובדה כי השיא העולמי עומד כיום על מנוע באורך של 200 ננומטרים. החוקרים מתכוונים להגיש את ממצאיהם אלו לספר השיאים של גינס.

"בשנים האחרונות נעשתה התקדמות משמעותית בבנייה של מנועים מולקולאריים המופעלים על ידי אור ועל ידי תגובות כימיות, אולם זוהי הפעם הראשונה אי פעם שהודגמה פעילותם של מנועים מולקולאריים מבוססי חשמל," אומר החוקר הראשי. "הצלחנו להראות כי ניתן לספק חשמל למולקולה יחידה ולגרום לה לבצע פעולות שאינן אקראיות."

החוקרים הצליחו לשלוט במנוע המולקולארי באמצעות חשמל תוך שימוש במיקרוסקופ מתקדם במיוחד מסוג מיקרוסקופ מינהור סורק בטמפרטורה נמוכה (LT-STM), אחד מתוך מאה מיקרוסקופים כאלו בלבד בארה"ב. סוג זה של מיקרוסקופ משתמש באלקטרונים במקום באור על מנת "לצפות" במולקולות. צוות המחקר השתמש בחוד המתכת של המיקרוסקופ על מנת לספק חשמל למולקולה יחידה (בוטיל-מתיל-סולפיד) שמוקמה על פני משטח נחושת מוליך חשמל. במולקולה הכוללת את הגופרית נמצאים אטומי פחמן ומימן הנראים כעין שתי זרועות, כאשר ארבעה אטומי פחמן מצויים בצדה האחד ואטום יחיד בצדה השני. שרשראות פחמן אלו היו חופשיות להתנודד מסביב לקשר גופרית-נחושת.

החוקרים הבינו כי באמצעות שליטה בטמפרטורת המולקולה הם מסוגלים להשפיע ישירות על יכולת הסיבוב שלה. בסופו של דבר, החוקרים מצאו כי טמפרטורה של מינוס 450 מעלות פרנהייט הינה המיטבית לשם מעקב אחר תנועת המנוע. בטמפרטורה זו, החוקרים הצליחו לעקוב אחר כל הסיבובים של המנוע ולנתח את הנתונים לגביהם.

אך על פי שישנם יישומים מעשיים צפויים עבור מנוע חשמלי זה, יהיה צורך לבצע פריצות דרך בטווח הטמפרטורות שבהן המנוע המולקולארי החשמלי מסוגל לפעול. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך המנוע מסתובב מהר יותר, עובדה המקשה על מדידת תנועתו והבקרה עליה.
"ברגע שתהיה בידנו הבנה טובה יותר בנוגע לטמפרטורה הנדרשת לפעילותם של מנועים אלו, נוכל לפתח יישומיים מעשיים המנצלים אותו בהתקני חישה ורפואה הכוללים צינורות מזעריים. החיכוך של הנוזל בדופנות הצינור מתגבר בקנה-מידה זה, וציפוי הדופן במנועים אלו יוכל לסייע בהזרמת נוזלים לאורך הצינור," מסביר החוקר הראשי. "שילוב של תנועה מולקולארית עם אותות חשמליים יוכל להוליד גם "מערכת הילוכים" ממוזערת במעגלים חשמליים ננומטריים; ואלו יוכלו לשמש בטלפונים והתקנים ניידים אחרים.