Científicos diseñan el motor más pequeño del mundo a partir de solo 16 átomos

Ilustración del motor molecular desarrollado por investigadores de EMPA y EPFL. Crédito: EMPA.

Investigadores suizos han llevado la miniaturización de máquinas al límite, después de que diseñaron un motor molecular con solo 16 átomos. La máquina mide menos de un nanómetro, 100.000 veces más pequeña que el ancho de un cabello humano.

El diminuto motor que podría

Como cualquier motor a gran escala, el motor de 16 átomos consta de un estator y un rotor. El rotor gira sobre la superficie del estator en seis posibles posiciones diferentes, aunque para que realmente haga un trabajo útil, es esencial que el estator permita que el rotor se mueva en una sola dirección, Oliver Grning, jefe del Grupo de Investigación de Superficies Funcionales. en los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales (EMPA), dijo en un comunicado de prensa.

Durante un experimento, los investigadores suizos pusieron en marcha el motor y registraron su comportamiento mediante microscopía de túnel de barrido.

Puedes ver el motor en acción por ti mismo en el siguiente video. La unidad giratoria gris es una molécula de acetileno, que está formada por dos átomos de carbono y dos protones. Los átomos azul y rojo forman un cristal de 12 átomos de paladio y galio, que forma la base del estator.

Lograr que el motor realizara su trabajo fue obviamente un desafío. Uno de los mayores problemas a los que se han tenido que enfrentar los investigadores en el pasado es estabilizar el rotor molecular para que gire en una sola dirección.

Para lograr la estabilidad, además de jugar con las unidades moleculares individuales, los investigadores también tuvieron que enfriar todo el sistema a 17 grados por encima del cero absoluto.

A esta temperatura de enfriamiento, el movimiento giratorio podría controlarse aplicando una corriente eléctrica.

El motor, por lo tanto, tiene una estabilidad direccional del 99%, lo que lo distingue de otros motores moleculares similares, dice Grning.

Y, según Grning, este comportamiento ofrece un vistazo a la transición de la física clásica al misterioso dominio de la física cuántica.

La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía en un sistema cerrado nunca puede disminuir. En otras palabras: si no se pierde energía en el evento de tunelización, la dirección del motor debe ser puramente aleatoria. El hecho de que el motor todavía gire casi exclusivamente en una dirección indica que también se pierde energía durante el movimiento del túnel, dice Grning.

Imagen de microscopía de efecto túnel de barrido del motor a escala atómica hecho de una superficie de paladio-galio con seis moléculas de rotor de acetileno en forma de mancuerna en diferentes estados de rotación. El aumento de unos 50 millones. Crédito: EMPA.

El objetivo de un motor eléctrico es proporcionar trabajo. Sin embargo, recolectar energía cinética de esta máquina molecular no es tan sencillo. Algún día, los investigadores esperan comprender mejor cómo interactúan las moléculas en la máquina para recolectar pequeñas cantidades de energía. Hasta entonces, esta extraordinaria muestra de destreza molecular será útil para investigar los efectos cuánticos.

El motor podría permitirnos estudiar los procesos y las razones de la disipación de energía en los procesos de tunelización cuántica, concluyó Grning.

El motor de 16 átomos se describió en un artículo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences .

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