In uno sviluppo che renderebbe gli antichi greci o molto orgogliosi o profondamente confusi, gli scienziati hanno costruito un motore molecolare che gira quando la elettricità lo attraversa. La minuscola macchina, ispirata alla vite di Archimede - una delle macchine più antiche della storia documentata - può persino invertire la direzione quando si cambia la tensione. È un passo significativo verso la creazione di macchine funzionanti alla più piccola scala possibile, ammesso che abbiate mai avuto bisogno di una vite abbastanza piccola da perderla tra i cuscini del divano.

Le macchine molecolari sono ampiamente considerate la prossima frontiera della miniaturizzazione. La natura ha già esempi funzionanti all'interno delle cellule viventi, dove i motori molecolari usano l'energia per produrre movimento - perché la natura, come al solito, è arrivata prima e non si è nemmeno preoccupata di pubblicare. I ricercatori hanno passato decenni a cercare di ricreare artificialmente questi sistemi biologici, e il progresso del campo è stato riconosciuto con il Premio Nobel per la Chimica nel 2016, che è l'equivalente scientifico di ricevere una stella d'oro per aver finalmente raggiunto un batterio.

Gli scienziati hanno sviluppato per la prima volta motori molecolari alimentati elettricamente nel 2011, ma quei primi progetti operavano su superfici e si affidavano alla punta di un microscopio a scansione a effetto tunnel per guidare il loro movimento - essenzialmente l'equivalente molecolare di aver bisogno di un carrello elevatore per girare una maniglia. Il nuovo motore adotta un approccio diverso, prendendo in prestito il suo design dalla vite di Archimede, tradizionalmente usata per spostare l'acqua in salita. Invece dell'acqua, il nuovo design consente agli elettroni di viaggiare attraverso una molecola a forma di spirale, facendola ruotare mentre la corrente elettrica la attraversa. Stesso principio, impianto idraulico più piccolo.

Il componente centrale del motore è una molecola a spirale appositamente progettata, creata dal gruppo di ricerca del Prof. Michael Pittelkow all'Università di Copenaghen. Misurando solo pochi milionesimi di millimetro, la molecola può attaccarsi a superfici d'oro tramite atomi di zolfo - perché anche su scala molecolare, gli scienziati sembrano insistere nel rendere le cose inutilmente complicate.

Al Weizmann Institute of Science in Israele, i ricercatori guidati dal Prof. Oren Tal e dal Dr. Anil Kumar Singh hanno posizionato singole molecole tra due punte d'oro affilate a dimensioni atomiche. Modificando con cura la separazione tra questi elettrodi, il team poteva allungare o comprimere la vite molecolare. Quando hanno applicato una tensione elettrica, le misurazioni hanno rivelato che la molecola iniziava a ruotare. Ancora più importante, potevano invertirne la direzione semplicemente cambiando la polarità della tensione - che è l'equivalente molecolare di mettere un'auto in retromarcia, tranne che l'auto è lunga pochi milionesimi di millimetro e non puoi nemmeno vederla.

Questa rappresenta la prima dimostrazione di un motore molecolare azionato da corrente elettrica, saldamente collegato a due elettrodi metallici e capace di ruotare in una direzione controllabile. Sono tre primati in una frase, che è l'equivalente scientifico di una tripletta.

La forza motrice proviene direttamente dagli elettroni che viaggiano attraverso la molecola a spirale. Mentre si muovono, trasferiscono momento angolare alla struttura molecolare, producendo una rotazione molto simile a come l'aria in movimento fa girare una turbina eolica. La forma della spirale determina come risponde a questo flusso, simile alla differenza tra viti con filettatura destrorsa o sinistrorsa. Una volta che la tensione applicata supera una certa soglia, il movimento diventa rotazione continua - perché anche su scala molecolare, le cose hanno bisogno di una bella spinta per partire.

Ma gli esperimenti hanno rivelato un altro effetto intrigante: la molecola rotante conduceva l'elettricità in modo molto più efficiente rispetto a quando era ferma, sollevando un'importante domanda su cosa stesse succedendo dentro la minuscola macchina. Per indagare, il Prof. Dr. Fabian Pauly e i suoi studenti di dottorato Léon Martin e Yuta Ito all'Università di Augsburg hanno utilizzato simulazioni di meccanica quantistica sul supercomputer LiCCA. I loro calcoli hanno rivelato una stretta relazione tra la rotazione della molecola e la sua capacità di ca