以色列、丹麦和德国的研究人员报告了一种单分子马达:通电即旋转,方向随电压反转,而旋转本身可使导电性提高多达两个数量级。
一个研究合作团队报告了一种分子马达:电流通过时它会旋转,切换电压极性时旋转方向随之反转。其设计借鉴了用来提水的古代螺旋装置阿基米德螺旋:据介绍,穿过螺旋状分子的电子会将角动量传给分子,使其转动。这种分子长度仅有百万分之几毫米,由哥本哈根大学迈克尔·皮特尔科夫(Michael Pittelkow)教授的团队制备,通过硫原子与金相连。在以色列魏茨曼科学研究所,奥伦·塔尔(Oren Tal)教授和阿尼尔·库马尔·辛格(Anil Kumar Singh)博士带领的团队,将单个分子固定在两根磨尖到原子尺度的金针尖之间,并证明电压超过某一阈值后旋转变为连续。电驱动的分子马达自2011年起就已出现,但它们在表面上工作,并依赖扫描隧道显微镜的针尖;这项新工作被描述为首次展示牢固连接两个电极、旋转方向可控的电流驱动马达。
实验还揭示了一个意外效应:旋转的分子导电能力远强于静止的分子。为解释这一点,奥格斯堡大学法比安·保利(Fabian Pauly)教授带领的团队在超级计算机上进行了量子力学模拟,发现导电性强烈依赖分子的角度,旋转过程中可提高多达两个数量级,即约100倍。研究人员表示,导电性最好的一些取向,恰恰是分子静止时自然避开的取向,只有旋转才使其变得可及。随后,尼尔斯·玻尔研究所的佩尔·赫德加德(Per Hedegård)和华中科技大学的吕京涛(Jing-Tao Lü)等理论学家建立了一个简化模型,同时重现了测得的旋转和电流增大。用研究人员的话说,这项工作表明电流可以产生定向旋转,而这种旋转反过来又控制电流。
团队认为,这一成果最终可能用于分子电子元件、利用电荷以外电子性质的自旋电子学,以及处理极微量液体的微流控系统,并称它为科学家研究原子尺度物理过程提供了新途径。这些只是前景而非产品:演示针对的是固定在实验室电极之间的单个分子,尚未展示任何器件应用。本文依据的是ScienceDaily转载的大学新闻稿,我们所读文本未注明期刊名称,我们也未独立核实这些发现或见到原始论文,因此细节应谨慎对待。该研究获得了德国研究基金会、欧洲研究理事会和以色列科学基金会等机构的资助。
