ساخت موتور الکتریکی تک مولکولی

به گزارش سرویس دانش و فناوری برنا، اگرچه موتورهای مولکولی هنوز کاربردی نشده‌اند، اما نتایج مطالعات نشان می دهد، مولکول‌ها یا ابرمولکول‌هایی که بوسیله نیروهای محرکه مختلفی از قبیل نور، گرما یا واکنش‌های شیمیایی حرکت می‌کنند؛ انواع مختلفی از حرکت را نشان می‌دهند که منجر به پدید آمدن قطارهای مولکولی، بالابرهای مولکولی و موتورهای چرخشی می‌شوند. اکنون محققان در هلند یک موتور تک مولکولی تمام الکتریکی طراحی کرده‌اند که نیروی محرکه آن نیز یک میدان الکتریکی است.

جوهانز سلدنثویم، یکی از این محققان، می‌گوید: ما نشان داده‌ایم که با استفاده از میدان‌های الکتریکی می‌توان هم یک موتور متشکل از یک مولکول منفرد را حرکت داد و هم چرخش آن را اندازه‌گیری کرد. اگرچه اعمال یک نیرو به طور موضعی برای راندن یک موتور مولکولی منفرد مشکل است، اما با یک میدان الکتریکی این کار بسیار آسان‌تر خواهد شد. بعلاوه سرعت چرخش را می‌توان با تغییر فرکانس میدان الکتریکی با دقت کنترل کرد.

آنچه این دانشمندان دانشگاه فناوری دلفت نشان داده‌اند این است که برای نوع ویژه‌ای از مولکول‌ها معروف به مولکول‌های درهم‌آمیخته ((Conjugated که هدایت بالایی دارند، این امکان وجود دارد که با توجه به تغییرات هدایت‌شان بتوان چرخش آنها را اندازه‌گیری کرد.

سلدنثویم توضیح می‌دهد: مولکول‌های درهم ‌آمیخته ترجیح می‌دهند، مسطح باشند و هدایت‌شان در صورتی که مسطح باشند، بالا است. با این حال موقعی که چرخش‌شان شروع می‌شود، هدایت‌شان کاهش می‌یابد. بنابراین با توجه به این ویژگی، با اندازه‌گیری هدایت این موتور مولکولی می‌توان زاویه چرخش آن را محاسبه کرد.‌

موتور طراحی شده بوسیله این محققان شامل گروه‌های لنگراندازِ اتصال‌دهنده‌ بدنه این مولکول‌ به هدایت‌سنج که اندازه‌گیری هدایت آن را ممکن می‌کند، و یک موتور دوقطبی که می‌تواند به وسیله میدان گیت نوسان‌کننده‌ زیرین رانده شود، است. بخش چرخنده مجهز به یک مومنت دوقطبی الکتریکی دائمی است و قسمتی از یک مولکول درهم‌آمیخته است که بین دو تماس فلزی در بالای یک الکترود گیت معلق شده است.

سلندنثویم می‌گوید: ما نشان داده‌ایم که چرخاندن و اندازه‌گیری زاویه چرخش این مولکول‌های پیشنهادی در دستگاه آزمایشگاهی‌مان امکان‌پذیر است.

او اشاره می‌کند که اگرچه این موتور پیشنهادی برای حرکت کردن از یک الکترود گیت خارجی استفاده می‌کند، آنها نشان داده‌اند که شارژ یا تخلیه کردن یک مولکول مجاور بوسیله این الکترود، میدان الکتریکی ایجاد می‌کند که برای راندن این موتور به اندازه‌ی کافی بزرگ است.
این محققان نتایج پژوهش خود را در مجله‌ی ACS Nano منتشر کرده‌اند.