Исследовательская группа из Университета Фридриха-Александра в Эрлангене-Нюрнберге (FAU) успешно построила самое маленькое в мире зубчатое колесо, причем с соответствующим приводом в аналогичных масштабах. Об этом сообщает британский журнал Engineering & Technology (E&T). Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Без все большей миниатюризации, достигаемой по мере развития технологии, не было бы высокопроизводительных ноутбуков, компактных смартфонов или эндоскопов с высоким разрешением. В настоящее время ученые обращают внимание на переключатели, роторы или двигатели, состоящие всего из нескольких атомов, с целью создания молекулярных машин и агрегатов.
Наноредуктор, разработанный в FAU, является не только самым маленьким в мире зубчатым колесом с приводом, но и первым, которым можно активно управлять. Выводы исследователей недавно были опубликованы в журнале Nature Chemistry.
Некоторые важные компоненты, используемые в молекулярных машинах, такие как переключатели, роторы, щипцы, манипуляторы роботов или даже двигатели, уже существуют в наномасштабе. Однако зубчатых колес с соответствующим приводом до сих пор в этом перечне не было.
Зубчатое колесо является важным компонентом любой машины, поскольку оно позволяет изменять направление и скорость, а также связывать движущиеся элементы друг с другом. Молекулярные аналоги этого устройства существуют, однако до сих пор они только пассивно двигались вперед и назад, что не очень эффективно для производительности молекулярной машины.
Молекулярное зубчатое колесо, разработанное исследовательской группой под руководством профессора Генри Дьюба, имеет размеры всего 1,6 нм, что составляет примерно 1/50 000 толщины человеческого волоса. Кроме того, что оно стало самым миниатюрным в своем роде, исследовательской группе удалось снабдить молекулярное зубчатое колесо активным приводом и, таким образом, решить фундаментальную проблему конструирования машин на наноуровне.
Редуктор состоит из двух взаимосвязанных друг с другом компонентов, состоящих всего из 71 атома. Одним из компонентов является молекула триптицена, структура которой похожа на пропеллер или лопастное колесо. Второй компонент представляет собой плоский фрагмент молекулы тиоиндиго, похожий на маленькую пластинку. Если пластина поворачивается на 180 градусов, то пропеллер поворачивается только на 120 градусов. В результате достигается передаточное отношение 2:3.
Наноредуктор управляется светом, что делает его молекулярным фоторедуктором. Поскольку элементы устройства напрямую приводятся в действие световой энергией, пластина и триптиценовый пропеллер движутся в заблокированном синхронном вращении.
Как ранее обнаружила команда FAU, чтобы заставить редуктор вращаться, ему было недостаточно тепла. Когда исследователи нагревали раствор вокруг редуктора в темноте, пропеллер крутился, а пластина – нет, поскольку шестерня «проскальзывала». Таким образом, исследователи пришли к выводу, что наноредуктор можно активировать и управлять им с помощью источника света.