Человек всегда учился у природы, однако, длительное время, создание устройств и аппаратов, прототипы которых встречаются вокруг нас, ограничивалось макроскопическими объектами. Впрочем, успехи микроэлектроники и необходимость ее перехода на качественно новый уровень подтолкнули исследователей к разработке молекулярных устройств – самособирающихся полупроводниковых элементов, управляемых светом механических «пинцетов» и т. п.
Из этой же серии и последняя разработка ученых из Университета Райс (Rice University), который создали «молекулярную машину» (nanocar), содержащую в своей конструкции шасси, оси и колеса (см. фото). Подробное описание свойств «наномашин» приводится в журнале Nano Letters, мы же вкратце подытожим суть изобретения.
Роль колес «наномашины» выполняют фуллерены (С60), способные вращаться вокруг оси «крепления». Линейные размеры молекулярной машины составляют 3-4 нм (чуть больше, чем диаметр ДНК).
Поначалу исследователи полагали, что подобные устройства перемещаются, скользя по поверхности. Однако, исследуя поведение «наномашин» на поверхности золотой пластинки с помощью сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) при температуре около 200 градусов Цельсия, ученые сумели «разглядеть» перемещение молекул вдоль направления, перпендикулярного осям. Кроме того, исследователи также перемещали «наномашины» с помощью зонда (иголки) СТМ и показали, что сопротивление вдоль и поперек осей вращения «колес» является разным.
Что касается синтеза молекулярных машин, то на разработку этой технологии ушло почти восемь лет. Самым трудным оказалось найти способ присоединения фуллеренов к осям без разрушения химической структуры молекулы, так как для создания шасси в качестве катализатора использовался палладий, а фуллерены подавляли реакции с участием палладия.
Наконец, сакраментальный вопрос – для чего это нужно? Команда ученых из Университета Райс сообщают, что им удалось создать «наномашину», управляемую светом (надо полагать, здесь используется достаточно известный эффект преобразования поглощенной энергии кванта света в энергию механического движения, используемый в упоминавшихся выше «световых пинцетах»), и даже «наногрузовик» - молекулу, которая способна перемещать другую молекулу.