Найменший електродвигун з єдиною молекули використовує підшипник з єдиного атома
Коли вчені намагаються зробити якісь мініатюрні пристрої, вони підходять до цієї проблеми двома різними шляхами. Деякі з учених, використовуючи технології нанопроизводства, вирізують на підкладках нанорозмірні версії знайомих пристроїв і об'єктів. Інші ж вчені використовують у своїх інтересах можливість синтезу окремих молекул, що володіють певними властивостями для того, що б зібрати електромеханічні системи, що складаються з декількох десятків атомів. І дуже часто виходить, що ці атомарні пристрою багато в чому схожі на своїх "повномасштабних" прототипів.
Коли ми востаннє чули про двигуні, виготовленому з єдиною молекули, це був крихітний чотириколісний нано-автомобіль, що пересувається завдяки електронам, подаваем від атомно-силового мікроскопа. А зараз дослідникам вдалося створити з єдиною складної молекули крихітний електродвигун, обертовий ротор якого сидить на шарикопідшипнику, в ролі якого виступає єдиний атом рутенія.
Найскладнішою частиною створення подібних речей є синтез молекул певного будови. У даному випадку основою молекули є атоми бору, які формують три кільцеподібні структури, які за хімічним складом дуже подібні деякими підставами молекул ДНК. Атоми азоту, розташовані в кутах кільцеподібних структур, пов'язані з атомом рутенія, що надає всій структурі ротора вигляд тригранної піраміди. Слід зауважити, що ця молекула має назву [n5-1-(4 - tolyl )-2,3,4,5-тетра(4-ferrocenylphenyl) cyclopentadienyl hydrotris [6-((ethylsulphanyl)methyl)indazol-1-yl] borate ruthenium(II)], що в повній мірі відображає складність її будови.
Вчені спеціальним чином підготували золоту поверхню і після цього встановили на неї отриману піраміду молекули. В результаті у них вийшло щось на зразок вітряка з п'ятьма лопатями. По центру структури знаходяться кільця з п'яти атомів, а додаткові кільця формують структуру лопатей вітряного млина. Молекула однією з лопатей була навмисно залишена без одного атома заліза, а зроблено це було з метою забезпечення можливості спостереження за рухом цієї надзвичайно складної молекули.
Центральне кільце з п'яти атомів вуглецю "сиділо", спираючись на єдиний атом рутенія. Цей атом рутенія виступав у ролі шарикопідшипника, що дозволяє безперешкодно всієї конструкції обертатися навколо своєї осі.
Для того, що б змусити це все обертатися вчені використовували електронний тунельний мікроскоп для того, що б ввести в систему зайві електрони. Електричний заряд, обумовлений надлишком електронів, забезпечував електричне і магнітне взаємодія окремих частин молекули, що призводило до пересування молекули на один крок, на одну п'яту повного кола. Використовуючи деякі прийоми, вчені змогли навіть керувати напрямком обертання всієї наноконструции. "Накачування" електронами лопаті з атомами заліза призводила до обертання в одну сторону, а "накачування" електронами лопаті без атома заліза забезпечувала обертання у зворотний бік.
Звичайно, навряд чи в недалекому майбутньому такі двигуни-молекули зможуть знайти практичне застосування, адже незважаючи на простоту подібних пристроїв для приведення їх в дію потрібні досить серйозні та дорогі інструменти, такі як електронний тунельний мікроскоп. Але їх створення є значною демонстрацією контролю над створюваними на молекулярному рівні структурами.