Vedci zo švajčiarskych vedeckých tímov Empa a EPFL vyvinuli molekulárny motor, ktorý sa skladá z iba 16 atómov. Ide tak o najmenší motor na svete a otáča sa jedným smerom. Vďaka tomuto objavu by sa mohla získavať energia na atómovej úrovni.
Zvláštnosťou tohto motora je, že sa pohybuje na hranici medzi klasickým pohybom a kvantovým tunelovým pohybom, vďaka čomu umožňuje vedcom odhaľovať záhady v kvantovej oblasti, uvádza portál Phys.
100-tisíckrát menší ako vlas
„Týmto sa približujeme ku konečnému limitu veľkosti molekulárnych motorov,“ uviedol Oliver Gröning, vedúci výskumnej skupiny pre funkčné povrchy v spoločnosti Empa.
Veľkosť motora je skutočne mikroskopická. Meria menej ako jeden nanometer, inými slovami, je 100-tisíckrát menší ako priemer ľudského vlasu.
Takéto motory existujú aj v prírode, napríklad vo forme myozínov, čo sú motorické proteíny, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu v živých organizmoch pri sťahovaní svalov a pri prenose ďalších molekúl medzi bunkami.
Zaujímavosťou je, že najmenší motor na svete je v podstate podobný motoru vo veľkom meradle. Pozostáva zo statora a rotora, teda z pevnej a pohyblivej časti. Motor môže zaujať celkovo až 6 rôznych pozícií.
„Aby motor mohol skutočne vykonávať prácu, je nevyhnutné, aby stator umožnil rotoru pohyb iba v jednom smere,“ vysvetľuje Gröning.
Paládium, gálium a acetylén
Keďže energia, ktorá poháňa motor môže pochádzať z náhodného smeru, musí samotný motor určiť smer otáčania pomocou tzv. rohatkovej schémy. Atómový motor ale pracuje opačne ako motor v klasickom ponímaní. Vedcom sa však podarilo upraviť pohyb otáčania iba do jedného smeru pomocou trojuholníkovej štruktúry pozostávajúcej zo šiestich atómov paládia a šiestich atómov gália.
V dôsledku toho sa rotor, ktorý predstavuje symetrická molekula acetylénu pozostávajúca zo 4 atómov môže otáčať nepretržite.
„Motor má 99 -percentnú smerovú stabilitu, čo ho odlišuje od iných podobných molekulárnych motorov,“ uvádza Gröning
Drobný motor je poháňaný tepelnou alebo elektrickou energiou. Pri poháňaní tepelnou energiou pri izbovej teplote sa rotačný pohyb motora uskutočňuje v náhodných smeroch. Naproti tomu elektrická energia môže usmerniť rotácie. Energia z jedného elektrónu pritom postačí na to, aby sa rotor dokázal otočiť o jednu šestinu.
Čím je množstvo dodanej energie väčšie, tým je vyššia aj frekvencia pohybu, ale súčasne je pravdepodobnejšie, že sa bude rotor otáčať v nesprávnom smere.
Prechod do kvantovej fyziky
Podľa zákonov klasickej fyziky je na uvedenie rotora do pohybu proti odporu sklzu potrebné množstvo energie na prekonanie odporu. Ak nie je dodávaný dostatočný objem energie, rotor sa má zastaviť.
Vedci však dokázali pozorovať nezávisle konštantnú frekvenciu rotácie v jednom smere dokonca aj pod týmto limitom. To sa im podarilo pri teplotách na úrovni 17 Kelvinov (-256 stupňov Celzia) alebo pri aplikovanom napätí menšom ako 30 minivoltov.
V tomto bode sa prechádza od klasickej fyziky k tej kvantovej. Podľa pravidiel môžu častice „tunelovať“, to znamená, že rotor dokáže prekonať sklz, aj keď jeho kinetická energia nie je v klasickom chápaní dostatočná. Tento tunelový pohyb sa vyskytuje bez straty energie, no mal by byť rovnako pravdepodobný pre oba smery otáčania.
Počas testov sa rotor s pravdepodobnosťou 99 % otáčal rovnakým smerom. To znamená, že k istej strate energie predsa došlo.
Vedci teraz budú motor ďalej skúmať a študovať procesy a dôvody rozptylu energie v kvantových tuneloch. Ak výskum dostatočne pokročí, existuje pravdepodobnosť, že bude možné v budúcnosti prevádzať energiu motora na využiteľnú, čo bude znamenať počiatok získavania energie z takýchto zariadení.
Nahlásiť chybu v článku