Num desenvolvimento que deixaria os antigos gregos ou muito orgulhosos ou profundamente confusos, cientistas construíram um motor molecular que gira quando a eletricidade passa por ele. A minúscula máquina, inspirada no parafuso de Arquimedes — uma das máquinas mais antigas da história registada — pode até inverter a direção quando a voltagem é comutada. É um passo significativo para criar máquinas funcionais à menor escala possível, assumindo que alguma vez precisou de um parafuso pequeno o suficiente para se perder entre as almofadas do sofá.

As máquinas moleculares são amplamente vistas como a próxima fronteira da miniaturização. A natureza já tem exemplos funcionais dentro de células vivas, onde motores moleculares usam energia para produzir movimento — porque a natureza, como sempre, chegou primeiro e nem se deu ao trabalho de publicar. Os investigadores passaram décadas a tentar recriar estes sistemas biológicos artificialmente, e o progresso na área foi reconhecido com o Prémio Nobel da Química de 2016, que é o equivalente científico de receber uma estrela dourada por finalmente apanhar uma bactéria.

Os cientistas desenvolveram os primeiros motores moleculares movidos a eletricidade em 2011, mas esses designs anteriores operavam em superfícies e dependiam da ponta de um microscópio de varrimento por efeito túnel para impulsionar o seu movimento — essencialmente o equivalente molecular de precisar de uma empilhadora para rodar uma maçaneta. O novo motor adota uma abordagem diferente, inspirando-se no parafuso de Arquimedes, tradicionalmente usado para mover água para cima. Em vez de água, o novo design permite que os eletrões viajem através de uma molécula em forma de espiral, fazendo-a rodar à medida que a corrente elétrica passa. Mesmo princípio, encanamento mais pequeno.

O componente central do motor é uma molécula espiral especialmente concebida pelo grupo de investigação do Prof. Michael Pittelkow na Universidade de Copenhaga. Medindo apenas alguns milionésimos de milímetro, a molécula pode ligar-se a superfícies de ouro através de átomos de enxofre — porque, mesmo à escala molecular, os cientistas aparentemente insistem em tornar as coisas desnecessariamente sofisticadas.

No Instituto Weizmann de Ciência, em Israel, investigadores liderados pelo Prof. Oren Tal e pelo Dr. Anil Kumar Singh posicionaram moléculas individuais entre duas pontas de ouro afiadas a dimensões atómicas. Ao alterar cuidadosamente a separação entre estes elétrodos, a equipa conseguiu esticar ou comprimir o parafuso molecular. Quando aplicaram uma voltagem elétrica, as medições revelaram que a molécula começou a rodar. Mais importante ainda, conseguiram inverter a sua direção simplesmente mudando a polaridade da voltagem — o que é o equivalente molecular de meter um carro em marcha-atrás, exceto que o carro tem alguns milionésimos de milímetro de comprimento e nem sequer o consegue ver.

Esta representa a primeira demonstração de um motor molecular movido por corrente elétrica, firmemente ligado a dois elétrodos metálicos e capaz de rodar numa direção controlável. São três estreias numa só frase, o que é o equivalente científico de um hat-trick.

A força motriz vem diretamente dos eletrões que viajam através da molécula espiral. À medida que se movem, transferem momento angular para a estrutura molecular, produzindo rotação de forma semelhante ao ar em movimento que faz girar uma turbina eólica. A forma da espiral determina como esta responde a este fluxo, semelhante à diferença entre parafusos com rosca à direita ou à esquerda. Uma vez que a voltagem aplicada excede um certo limiar, o movimento torna-se rotação contínua — porque, mesmo à escala molecular, as coisas precisam de um bom empurrão para arrancar.

Mas as experiências revelaram outro efeito intrigante: a molécula em rotação conduzia eletricidade de forma muito mais eficiente do que quando estacionária, levantando uma questão importante sobre o que se passava dentro da minúscula máquina. Para investigar, o Prof. Dr. Fabian Pauly e os seus estudantes de doutoramento Léon Martin e Yuta Ito na Universidade de Augsburgo usaram simulações mecânico-quânticas no supercomputador LiCCA. Os seus cálculos revelaram uma relação estreita entre a rotação da molécula e a sua capacidade de ca