محرك كهربائي يتكون من جزيء واحد

أصغر محرك كهربائي في العالم، على الأقل بحسب موسوعة غينيس للأرقام القياسية، يبلغ حجمه 200 نانومتر

أصغر محرك كهربائي في العالم، على الأقل وفقًا لموسوعة غينيس للأرقام القياسية، يبلغ حجمه 200 نانومتر.

قام كيميائيون من جامعة تافتس (جامعة خاصة كبيرة تقع بالقرب من بوسطن في ماساتشوستس) بتطوير أصغر محرك كهربائي في العالم يعتمد على جزيء واحد، وهو تطور يمكن أن يؤدي إلى إعداد عائلة جديدة تمامًا من الأجهزة التي يمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات تتراوح من الطب إلى الهندسة.
وفي الدراسة التي نشرت نتائجها في المجلة العلمية Nature Nanotechnology، توصل فريق العلماء إلى محرك كهربائي لا يزيد طوله عن نانومتر واحد، وهو اكتشاف رائد في ضوء حقيقة أن الرقم القياسي العالمي يقف حاليا لمحرك بطول 200 نانومتر. ويعتزم الباحثون تقديم نتائجهم إلى موسوعة غينيس للأرقام القياسية.

يقول الباحث الرئيسي: "في السنوات الأخيرة، تم إحراز تقدم كبير في بناء المحركات الجزيئية التي تعمل بالضوء والتفاعلات الكيميائية، ولكن هذه هي المرة الأولى على الإطلاق التي يتم فيها إثبات نشاط المحركات الجزيئية المعتمدة على الكهرباء". "لقد تمكنا من إظهار أنه من الممكن توفير الكهرباء لجزيء واحد وجعله يقوم بأفعال ليست عشوائية."

تمكن الباحثون من التحكم في المحرك الجزيئي باستخدام الكهرباء باستخدام مجهر مسح نفقي متطور للغاية منخفض الحرارة (LT-STM)، وهو واحد من مائة مجهر فقط في الولايات المتحدة. يستخدم هذا النوع من المجهر الإلكترونات بدلاً من الضوء "لمراقبة" الجزيئات. استخدم فريق البحث الطرف المعدني للمجهر لتزويد الكهرباء لجزيء واحد (كبريتيد ميثيل البوتيل) موضوع على سطح نحاسي موصل للكهرباء. وفي الجزيء الذي يحتوي على الكبريت، توجد ذرات الكربون والهيدروجين التي تشبه ذراعين، مع أربع ذرات كربون في جانب واحد وذرة واحدة في الجانب الآخر. كانت سلاسل الكربون هذه حرة في التأرجح حول رابطة النحاس والكبريت.

أدرك الباحثون أنه من خلال التحكم في درجة حرارة الجزيء، تمكنوا من التأثير بشكل مباشر على قدرته على الدوران. وفي النهاية وجد الباحثون أن درجة الحرارة التي تقل عن 450 درجة فهرنهايت هي الأفضل لتتبع حركة المحرك. وعند درجة الحرارة هذه، تمكن الباحثون من مراقبة جميع دورات المحرك وتحليل البيانات المتعلقة بها.

ولكن على الرغم من وجود تطبيقات عملية متوقعة لهذا المحرك الكهربائي، إلا أنه لا بد من تحقيق اختراقات في نطاق درجة الحرارة الذي يستطيع المحرك الجزيئي الكهربائي العمل فيه. كلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت سرعة دوران المحرك، مما يجعل من الصعب قياس حركته والتحكم فيها.

"بمجرد أن نحصل على فهم أفضل لدرجة الحرارة المطلوبة لتشغيل هذه المحركات، سنكون قادرين على تطوير التطبيقات العملية التي تستخدمها في أجهزة الاستشعار والأجهزة الطبية التي تشمل الأنابيب الصغيرة. ويوضح كبير الباحثين أن احتكاك السائل على جدران الأنبوب يزداد بهذا المقياس، ويمكن أن يساعد طلاء الجدران في هذه المحركات على تدفق السوائل على طول الأنبوب. "إن الجمع بين الحركة الجزيئية والإشارات الكهربائية يمكن أن يؤدي أيضًا إلى ظهور "نظام تروس" مصغر في الدوائر الكهربائية النانوية؛ ويمكن استخدامها في الهواتف والأجهزة المحمولة الأخرى.
أخبار الدراسة