一项会让古希腊人要么非常自豪、要么深感困惑的进展：科学家造出了一种分子马达，电流通过时它就会旋转。这个微型机器灵感来自阿基米德螺旋——有记录以来最古老的机械之一——甚至能在电压切换时反向旋转。这是朝着在最小可能尺度上制造工作机器迈出的重要一步，前提是你曾经需要一颗小到会掉进沙发缝里找不着的螺丝。

分子机器被广泛视为微型化的下一个前沿。大自然已经在活细胞中提供了现成范例，分子马达利用能量产生运动——因为大自然一如既往地抢先一步，而且根本没费心发表论文。研究人员花了数十年试图人工重现这些生物系统，该领域的进展获得了2016年诺贝尔化学奖，这相当于科学界给“终于追上了一个细菌”颁发的小金星。

科学家于2011年首次开发出电力驱动的分子马达，但那些早期设计在表面上运行，依赖扫描隧道显微镜的针尖来驱动运动——本质上相当于分子级别的“需要叉车才能转动门把手”。新马达采取了不同方法，借鉴了传统上用于将水往高处输送的阿基米德螺旋设计。新设计不是让水通过，而是让电子穿过一个螺旋形分子，从而在电流通过时使其旋转。原理相同，管道更小。

该马达的核心部件是由哥本哈根大学迈克尔·皮特洛科夫教授研究组创造的一种特殊设计的螺旋分子。该分子仅几百万分之一毫米大小，可通过硫原子附着在金表面上——因为即使在分子尺度上，科学家显然也坚持要把事情搞得没必要地花哨。

在以色列魏茨曼科学研究所，由奥伦·塔尔教授和阿尼尔·库马尔·辛格博士领导的研究人员将单个分子置于两个被削尖到原子尺度的金尖端之间。通过仔细改变这些电极之间的间距，团队可以拉伸或压缩分子螺旋。当他们施加电压时，测量显示分子开始旋转。更重要的是，他们只需改变电压极性就能反转其方向——这相当于分子级别的挂倒挡，只不过这辆车只有几百万分之一毫米长，你根本看不见。

这是首次展示一种由电流驱动、牢固连接在两个金属电极上、且能够以可控方向旋转的分子马达。一句话里三个“首次”，相当于科学界的帽子戏法。

驱动力直接来自穿过螺旋分子的电子。电子运动时会将角动量传递给分子结构，产生旋转，很像流动的空气转动风力涡轮机。螺旋的形状决定了它如何响应这种流动，类似于右旋螺纹和左旋螺纹螺丝的区别。一旦施加的电压超过某个阈值，运动就变成连续旋转——因为即使在分子尺度上，东西也需要狠狠踢一脚才能动起来。

但实验还揭示了另一个有趣效应：旋转中的分子导电效率远高于静止时，这引出了一个重要问题：这个微型机器内部到底发生了什么。为了探究，奥格斯堡大学的法比安·保利教授及其博士生莱昂·马丁和伊藤雄太在LiCCA超级计算机上进行了量子力学模拟。他们的计算揭示了分子旋转与其导电能力之间的密切关系。