古代ギリシャ人を大いに誇らせるか、深く混乱させるかのどちらかであろう開発がなされた。科学者たちは、電気が流れると回転する分子モーターを構築した。記録に残る最も古い機械の一つであるアルキメデスのスクリューに着想を得たこの微小な機械は、電圧を切り替えると逆回転さえできる。これは、最小スケールで動作する機械の実現に向けた重要な一歩である。ただし、ソファのクッションの間に落として失くしてしまうほど小さなスクリューが必要だった場合の話だが。

分子機械は、ミニチュア化の次のフロンティアとして広く見なされている。自然界はすでに生きた細胞内に実例を持っており、分子モーターがエネルギーを使って動きを生み出している。いつものことながら、自然が先に到達し、しかも論文を発表しようともしなかったのだ。研究者たちは何十年もかけてこれらの生物学的システムを人工的に再現しようとしてきた。この分野の進歩は2016年のノーベル化学賞で認められた。これは、ついに細菌に追いついたことで金の星をもらうような科学的なものだ。

科学者たちは2011年に初めて電気駆動の分子モーターを開発したが、それらの初期の設計は表面上で動作し、走査トンネル顕微鏡の先端に頼って動きを駆動していた。本質的に、ドアノブを回すのにフォークリフトが必要なような分子版である。新しいモーターは異なるアプローチを取り、伝統的に水を上り坂に運ぶのに使われるアルキメデスのスクリューから設計を借用している。水の代わりに、新しい設計では電子が螺旋状の分子を通り抜け、電流が流れると分子が回転する。同じ原理で、配管はより小さい。

モーターの中心部品は、コペンハーゲン大学のマイケル・ピッテルコウ教授の研究グループによって作られた特別設計の螺旋分子である。わずか数百万分の1ミリメートルの大きさで、この分子は硫黄原子を介して金の表面に付着することができる。分子スケールであっても、科学者たちはどうやら不必要に凝ったことをするのに固執しているらしい。

イスラエルのワイツマン科学研究所では、オレン・タル教授とアニル・クマール・シン博士が率いる研究者たちが、原子サイズに尖らせた2つの金の先端の間に個々の分子を配置した。これらの電極間の距離を注意深く変えることで、チームは分子スクリューを伸縮させることができた。電圧を印加すると、測定により分子が回転し始めたことが明らかになった。さらに重要なことに、電圧の極性を変えるだけで回転方向を逆にすることができた。これは車をリバースに入れるような分子版だが、車は数百万分の1ミリメートルの長さで、目に見えさえしない。

これは、電流によって駆動され、2つの金属電極にしっかりと接続され、制御可能な方向に回転できる分子モーターの最初の実証である。1つの文に3つの「初」が含まれており、これはハットトリックの科学的な equivalent である。

駆動力は、螺旋分子を通り抜ける電子から直接生じる。電子が移動するとき、それらは分子構造に角運動量を伝え、風が風力タービンを回すのとよく似た回転を生み出す。螺旋の形状は、右ねじと左ねじの違いのように、この流れに対する応答を決定する。印加電圧が特定の閾値を超えると、動きは連続回転になる。分子スケールであっても、物事を始めるには良い蹴りが必要なのだ。

しかし、実験は別の興味深い効果を明らかにした。回転する分子は、静止時よりもはるかに効率的に電気を伝導した。これは、この微小な機械の内部で何が起こっているかについて重要な疑問を提起した。調査するために、アウクスブルク大学のファビアン・パウリー教授と彼の博士課程の学生であるレオン・マルティンと伊藤雄太は、LiCCAスーパーコンピュータ上で量子力学シミュレーションを使用した。彼らの計算は、分子の回転とその能力の間に密接な関係があることを明らかにした。