En un avance que haría que los antiguos griegos se sintieran muy orgullosos o profundamente confundidos, los científicos han construido un motor molecular que gira cuando pasa electricidad a través de él. La diminuta máquina, inspirada en el tornillo de Arquímedes —una de las máquinas más antiguas de la historia registrada—, puede incluso invertir su dirección cuando se cambia el voltaje. Es un paso significativo hacia la creación de máquinas funcionales a la escala más pequeña posible, suponiendo que alguna vez hayas necesitado un tornillo lo suficientemente pequeño como para perderlo entre los cojines del sofá.

Las máquinas moleculares son ampliamente consideradas como la próxima frontera de la miniaturización. La naturaleza ya tiene ejemplos funcionales dentro de las células vivas, donde los motores moleculares utilizan energía para producir movimiento, porque la naturaleza, como de costumbre, llegó primero y ni siquiera se molestó en publicar. Los investigadores han pasado décadas tratando de recrear estos sistemas biológicos artificialmente, y el progreso del campo fue reconocido con el Premio Nobel de Química en 2016, que es el equivalente científico a recibir una estrella dorada por finalmente alcanzar a una bacteria.

Los científicos desarrollaron por primera vez motores moleculares impulsados por electricidad en 2011, pero esos diseños anteriores operaban sobre superficies y dependían de la punta de un microscopio de efecto túnel de barrido para impulsar su movimiento, esencialmente el equivalente molecular de necesitar una carretilla elevadora para girar el pomo de una puerta. El nuevo motor adopta un enfoque diferente, tomando prestado su diseño del tornillo de Arquímedes, tradicionalmente utilizado para mover agua cuesta arriba. En lugar de agua, el nuevo diseño permite que los electrones viajen a través de una molécula en forma de espiral, haciendo que rote a medida que pasa la corriente eléctrica. El mismo principio, con fontanería más pequeña.

El componente central del motor es una molécula espiral especialmente diseñada creada por el grupo de investigación del Prof. Michael Pittelkow en la Universidad de Copenhague. Con una medida de solo unas pocas millonésimas de milímetro, la molécula puede adherirse a superficies de oro a través de átomos de azufre, porque incluso a escala molecular, los científicos aparentemente insisten en hacer las cosas innecesariamente elegantes.

En el Instituto Weizmann de Ciencias en Israel, los investigadores dirigidos por el Prof. Oren Tal y el Dr. Anil Kumar Singh colocaron moléculas individuales entre dos puntas de oro afiladas a dimensiones atómicas. Al cambiar cuidadosamente la separación entre estos electrodos, el equipo pudo estirar o comprimir el tornillo molecular. Cuando aplicaron un voltaje eléctrico, las mediciones revelaron que la molécula comenzaba a rotar. Aún más importante, podían invertir su dirección simplemente cambiando la polaridad del voltaje, lo que es el equivalente molecular de poner un coche en marcha atrás, excepto que el coche mide unas pocas millonésimas de milímetro y ni siquiera puedes verlo.

Esto representa la primera demostración de un motor molecular impulsado por corriente eléctrica, firmemente conectado a dos electrodos metálicos y capaz de rotar en una dirección controlable. Eso son tres primicias en una sola frase, lo que es el equivalente científico de un hat-trick.

La fuerza motriz proviene directamente de los electrones que viajan a través de la molécula espiral. A medida que se mueven, transfieren momento angular a la estructura molecular, produciendo rotación de manera similar a como el aire en movimiento hace girar una turbina eólica. La forma de la espiral determina cómo responde a este flujo, similar a la diferencia entre tornillos con rosca a derechas o a izquierdas. Una vez que el voltaje aplicado supera un cierto umbral, el movimiento se convierte en rotación continua, porque incluso a escala molecular, las cosas necesitan un buen empujón para ponerse en marcha.

Pero los experimentos revelaron otro efecto intrigante: la molécula en rotación conducía la electricidad mucho más eficientemente que cuando estaba estacionaria, lo que plantea una pregunta importante sobre lo que estaba sucediendo dentro de la diminuta máquina. Para investigar, el Prof. Dr. Fabian Pauly y sus estudiantes de doctorado Léon Martin y Yuta Ito en la Universidad de Augsburgo utilizaron simulaciones mecánicas cuánticas en el supercomputador LiCCA. Sus cálculos revelaron una estrecha relación entre la rotación de la molécula y su capacidad de ca