Investigadores de Israel, Dinamarca y Alemania describen un motor de una sola molécula que gira cuando pasa corriente e invierte el sentido con el voltaje, mientras su giro eleva la conductividad hasta dos órdenes de magnitud.

Un equipo de colaboración científica ha descrito un motor molecular que gira cuando le atraviesa una corriente eléctrica e invierte su sentido de giro al cambiar la polaridad del voltaje. Su diseño se inspira en el tornillo de Arquímedes, el antiguo dispositivo en espiral usado para elevar agua: los electrones que viajan por una molécula con forma de espiral le transfieren momento angular y la hacen rotar. La molécula, de apenas unas millonésimas de milímetro, fue creada por el grupo del profesor Michael Pittelkow en la Universidad de Copenhague y se une al oro mediante átomos de azufre. En el Instituto Weizmann de Ciencias, en Israel, un equipo dirigido por el profesor Oren Tal y el doctor Anil Kumar Singh colocó moléculas individuales entre dos puntas de oro afiladas hasta dimensiones atómicas y mostró que la rotación se volvía continua al superar el voltaje un umbral. Los motores moleculares impulsados por electricidad existen desde 2011, pero funcionaban sobre superficies y dependían de la punta de un microscopio de efecto túnel; el nuevo trabajo se presenta como el primero en demostrar un motor accionado por corriente, firmemente conectado a dos electrodos y con sentido de giro controlable.

Los experimentos revelaron además un efecto inesperado: la molécula en rotación conducía la corriente mucho mejor que una estática. Para explicarlo, un equipo dirigido por el profesor Fabian Pauly en la Universidad de Augsburgo realizó simulaciones cuánticas en un superordenador y halló que la conductividad depende con fuerza del ángulo de la molécula, y que aumenta hasta dos órdenes de magnitud, es decir, unas 100 veces, durante la rotación. Según los investigadores, algunas de las orientaciones que mejor conducen la electricidad son precisamente las que la molécula evita de forma natural en reposo, y solo la rotación las hace accesibles. Los teóricos Per Hedegård, del Instituto Niels Bohr, y Jing-Tao Lü, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, construyeron después un modelo simplificado que reproducía tanto la rotación como el aumento de corriente medidos. En palabras de los investigadores, el trabajo demuestra que una corriente eléctrica puede generar una rotación dirigida y que esa rotación, a su vez, controla la corriente.

El equipo sugiere que el resultado podría contribuir con el tiempo a componentes de electrónica molecular, a la espintrónica, que aprovecha propiedades del electrón distintas de la carga, y a sistemas de microfluídica que manejan volúmenes mínimos de líquido, y afirma que ofrece a los científicos una nueva forma de estudiar procesos físicos a escala atómica. Son perspectivas, no productos: la demostración se refiere a moléculas individuales sujetas entre electrodos de laboratorio y no se han mostrado aplicaciones en dispositivos. Este relato se basa en un comunicado de prensa universitario publicado por ScienceDaily, cuyo texto no menciona la revista científica; no hemos verificado los hallazgos de forma independiente ni visto el estudio original, por lo que los detalles deben tomarse con cautela. La investigación recibió financiación de entidades como la Fundación Alemana de Investigación, el Consejo Europeo de Investigación y la Fundación de Ciencia de Israel.