Разработан самый маленький в мире мотор из 16 атомов: он работает нарушая законы физики

В Швейцарии запустили наномотор, который тоньше человеческого волоса в 100 000 раз

Двигатель из 16-ти атомов, спроектированный швейцарскими учеными, можно назвать самым крошечным «молекулярным мотором» в мире. Его диаметр составляет примерно 1/100 000 диаметра человеческого волоса, но при этом он работает.

Разработанный Швейцарским федеральным институтом испытаний материалов (Empa) и Федеральной политехнической школой Лозанны (EPFL), самый миниатюрный в мире двигатель работает по тому же принципу, что и большие двигатели в более привычном нам макромире: преобразуя энергию в направленное движение.

В частности, молекулярный двигатель можно сравнить с электродвигателем (не зря молекулярный мотор может питаться, в том числе, электрической или тепловой энергией). У этого микроскопического мотора также как у настоящего электромотора есть статор (на фото выше он треугольной формы — крупное образование из молекул) и ротор. Одна часть двигателя — вращательно-симметричный статор (как известно, неподвижная) — состоит из двенадцати атомов: шести атомов палладия и стольких же атомов галлия. Ротор — вращающаяся часть — это четыре атома ацетилена.

Видео  взято с YouTube-канала «EmpaChannel»

Если на двигатель не подавать электричество , то вращение атомов не будет упорядочено (в этом случае двигатель при комнатной температуре будет двигаться в случайном направлении от тепловой энергии), но как только через специальный сканирующий микроскоп подадут заряд электрического тока, ротор начнет стабильное вращение (равно 99%) в одном из направлений, говорят исследователи.

Это не первая попытка создать двигатель, использующий атомы, но данный эксперимент уникален. Факт того, что «он вращается в одном направлении со стабильной направленностью», сильно отличает его от других ранее проведенных экспериментов; более того, как заявляют ученые, работа этого двигателя нарушает законы классической физики.

Наномотор работает, нарушая законы классической физики

Первая нестыковка

(рис. 1) фото: wikipedia.org

Нанодвигатель разработан таким образом, чтобы вращаться в одном направлении, как это происходит с обычным электроагрегатом, при помощи храповика (рис. 1). Но, на удивление ученых, молекулярный механизм работает и в обратном направлении, чего в обычном мире происходить никак не может.

Вторая нестыковка

фото: Daniel Jerez / unsplash.com

Вторая странность заключается в том, что по законам классической физики, для того чтобы преодолеть сопротивление, требуется затратить определенную энергию, не меньше какого-то минимума. Однако наномоторчик продолжает вращаться, даже если энергии поступает явно недостаточно для этого движения, даже при температуре -256 °C или напряжении менее 30 милливольт.

Исходя из этих фактов, ученые считают, что в этом случае имеет место быть «туннельный эффект» из квантовой физики, что открывает новые горизонты в исследованиях и изучении феномена.

Туннельный эффект — это явление, когда «частицы проходят через область, которая не может быть ими пройдена из-за недостатка энергии». Если туннелирование возникает в молекулярном двигателе, необходимо преодолеть силу трения с недостаточным запасом кинетической энергии. Квантовое туннелирование считается свободным от трения, но тогда бы ротор мог вращаться в любом направлении случайным образом.

Тем не менее молекулярный двигатель , созданный в исследовании, ориентирован на 99%. Отсюда исследователи предполагают возможность того, что «небольшое количество энергии теряется при возникновении туннельного эффекта».

Таким образом, самый маленький в мире мотор, состоящий из 16 атомов, не только стал «игрушкой для ученых», но и дал важные направления для дальнейших исследований причин рассеивания энергии в ходе квантового туннелирования.

Оцените новость:
2 028
Источник — © 1gai.ru
Автор — Eric
Услугами каких банков вы пользуетесь?

Новостная рассылка


Рассылка анонсов статей производится каждый понедельник