Antik Yunanlıları ya çok gururlandıracak ya da derinden şaşkına çevirecek bir gelişmeyle, bilim insanları elektrik geçtiğinde dönen bir moleküler motor yaptılar. Kayıtlı tarihin en eski makinelerinden biri olan Arşimet vidasından esinlenen bu minik makine, voltaj değiştirildiğinde yönünü bile tersine çevirebiliyor. Bu, en küçük ölçekte çalışan makineler yaratma yolunda önemli bir adım - tabii eğer kanepenizin minderleri arasında kaybolacak kadar küçük bir vidaya hiç ihtiyaç duyduysanız.

Moleküler makineler, minyatürleşmenin bir sonraki sınırı olarak görülüyor. Doğanın zaten canlı hücrelerin içinde çalışan örnekleri var; moleküler motorlar hareket üretmek için enerji kullanıyor - çünkü doğa, her zamanki gibi, oraya önce geldi ve bunu yayınlamaya bile zahmet etmedi. Araştırmacılar onlarca yıldır bu biyolojik sistemleri yapay olarak yeniden yaratmaya çalışıyor ve bu alandaki ilerleme 2016 Nobel Kimya Ödülü ile tanındı; bu, bir bakteriyi yakalamayı nihayet başardığınız için altın yıldız almanın bilimsel karşılığı.

Bilim insanları ilk elektrikle çalışan moleküler motorları 2011'de geliştirdi, ancak bu erken tasarımlar yüzeylerde çalışıyordu ve hareketlerini sürmek için bir taramalı tünelleme mikroskobunun ucuna güveniyordu - esasen bir kapı kolunu çevirmek için forklift gerektirmenin moleküler karşılığı. Yeni motor farklı bir yaklaşım benimsiyor ve tasarımını geleneksel olarak suyu yokuş yukarı taşımak için kullanılan Arşimet vidasından ödünç alıyor. Su yerine, yeni tasarım elektronların spiral şeklindeki bir molekülden geçmesine izin veriyor ve elektrik akımı geçerken molekülün dönmesine neden oluyor. Aynı prensip, daha küçük tesisat.

Motorun merkezi bileşeni, Kopenhag Üniversitesi'nden Prof. Michael Pittelkow'un araştırma grubu tarafından oluşturulan özel tasarım bir spiral molekül. Milimetrenin yalnızca birkaç milyonda biri boyutunda olan molekül, kükürt atomları aracılığıyla altın yüzeylere bağlanabiliyor - çünkü görünüşe göre bilim insanları moleküler ölçekte bile işleri gereksiz yere süslü hale getirmekte ısrar ediyor.

İsrail'deki Weizmann Bilim Enstitüsü'nde, Prof. Oren Tal ve Dr. Anil Kumar Singh liderliğindeki araştırmacılar, tek tek molekülleri atomik boyutlara kadar keskinleştirilmiş iki altın uç arasına yerleştirdi. Ekip, bu elektrotlar arasındaki mesafeyi dikkatlice değiştirerek moleküler vidayı gerebiliyor veya sıkıştırabiliyordu. Bir elektrik voltajı uyguladıklarında, ölçümler molekülün dönmeye başladığını ortaya koydu. Daha da önemlisi, voltajın polaritesini değiştirerek yönünü kolayca tersine çevirebiliyorlardı - bu, bir arabayı geri vitese takmanın moleküler karşılığı, ancak araba milimetrenin birkaç milyonda biri uzunluğunda ve onu göremiyorsunuz bile.

Bu, iki metal elektrota sıkıca bağlı ve kontrol edilebilir bir yönde dönme yeteneğine sahip, elektrik akımıyla çalıştırılan bir moleküler motorun ilk gösterimi. Bu, tek bir cümlede üç ilk demek; bilimsel olarak hat-trick yapmanın karşılığı.

İtici güç doğrudan spiral molekülden geçen elektronlardan geliyor. Hareket ederken, moleküler yapıya açısal momentum aktarıyor ve tıpkı hareket eden havanın bir rüzgar türbinini döndürmesi gibi dönme üretiyor. Spiralin şekli, bu akışa nasıl tepki vereceğini belirliyor; sağ veya sol dişli vidalar arasındaki fark gibi. Uygulanan voltaj belirli bir eşiği aştığında, hareket sürekli dönmeye dönüşüyor - çünkü moleküler ölçekte bile, işlerin başlaması için iyi bir tekme gerekiyor.

Ancak deneyler başka bir ilginç etkiyi ortaya çıkardı: dönen molekül, durduğu zamana göre elektriği çok daha verimli iletiyordu ve bu, minik makinenin içinde neler olup bittiğine dair önemli bir soruyu gündeme getirdi. Bunu araştırmak için, Augsburg Üniversitesi'nden Prof. Dr. Fabian Pauly ve doktora öğrencileri Léon Martin ile Yuta Ito, LiCCA süper bilgisayarında kuantum mekanik simülasyonlar kullandı. Hesaplamaları, molekülün dönüşü ile elektrik iletme yeteneği arasında yakın bir ilişki olduğunu ortaya koydu.