迄今最小馬達僅由十六個原子組成 可同一方向穩定旋轉

據物理學家組織網16日報道，來自瑞士聯邦國家實驗室(Empa)和洛桑聯邦理工學院(EPFL)的科學家開發出了世界上最小的分子馬達，其由16個原子組成，并且可以在同一個方向穩定旋轉，有望將能量收集推升至原子級。此外，該馬達恰好在經典運動與量子隧穿間的邊界移動，也可以供科學家研究量子隧穿過程及其中能量耗散的原因。

Empa功能表面研究小組負責人奧利弗·格洛寧說：“這一最小馬達不足一納米，使我們接近分子馬達的極限尺寸。”

研究人員解釋說，一臺分子機器的功能與其在宏觀世界中的對應物體相似：將能量轉換為定向運動。自然界中也存在這樣的分子馬達，如肌球蛋白。肌球蛋白是運動蛋白，在生物體的肌肉收縮和在細胞間輸送其他分子方面起重要作用。

與大型馬達類似，新分子馬達由一個定子(固定部分)和一個轉子(運動部分)組成，轉子在定子表面旋轉，可以占據6個不同的位置。格洛寧解釋說：“為使馬達真正發揮作用，至關重要的是定子必須使轉子只能沿一個方向移動。”

結果表明，該分子馬達具有99%的方向穩定性，這使其與其他類似的分子馬達區別開來，為原子級能量收集開辟了一條途徑。

此外，量子物理學定律指出，粒子可以“隧穿”：即使轉子的動能在傳統意義上不足，轉子也可以克服屏障隧穿。這種運動通常在沒有任何能量損失的情況下發生。因此，從理論上講，在傳統物理學向量子力學過渡的區域，轉子朝兩個方向旋轉的幾率一樣，但該分子馬達朝同一方向旋轉的幾率為99%，表明隧穿過程中存在能量損失。

研究人員總結道：“這一迄今最小分子馬達不僅為分子科學家開發了探索微觀世界的工具，也可以供科學家研究量子隧穿過程及其間能量耗散的原因。”(記者劉霞)

總編輯圈點

將宏觀世界的概念“馬達”引入到分子層面，就是所謂的“分子馬達”。分子馬達可謂世界上最小的電動機，在合適的外界刺激下，它能夠進行機械做功。本研究中，科研人員制備的分子馬達則更為“迷你”，只由16個原子組成。除了可以收集能量外，它還有一個重要意義。這種分子馬達的轉子朝向并非隨機，其朝同一方向旋轉的幾率為99%。這意味著，在粒子隧穿過程中，產生了能量損失。因此，它對量子研究也有啟發意義，可進一步探索量子隧穿過程中的能量耗散如何發生。