همشهری آنلاین -یکتا فراهانی: کوچک‌تر شدن قطعات الکترونیکی یکی از مهم‌ترین مسیرهای پیشرفت فناوری است، اما دانشمندان برای کوچک‌سازی بیشتر با محدودیت‌های فیزیکی روبه‌رو هستند. حالا یک گروه بین‌المللی از پژوهشگران با الهام از یک اختراع باستانی، یعنی پیچ ارشمیدس، موفق شده‌اند ماشینی بسازند که فقط از یک مولکول تشکیل شده است. این موتور می‌تواند با جریان الکتریکی در یک جهت مشخص بچرخد و جالب‌تر اینکه همین چرخش، میزان عبور جریان برق از مولکول را به‌شدت افزایش می‌دهد.
الهام از اختراعی که ۲۰۰۰ سال قدمت دارد
شاید عجیب به نظر برسد، اما یکی از الهام‌بخش‌ترین ایده‌ها برای ساخت این موتور فوق‌العاده کوچک، ابزاری است که انسان‌ها هزاران سال پیش برای انتقال آب استفاده می‌کردند.
پیچ ارشمیدس وسیله‌ای مارپیچی است که با چرخاندن آن می‌توان آب را از سطحی پایین‌تر به ارتفاع بالاتر منتقل کرد. دانشمندان از همین ساختار مارپیچی الهام گرفته‌اند تا ماشینی در مقیاس یک مولکول بسازند.
در پژوهشی که ۲۲ اکتبر ۲۰۲۶ در مجله معتبر Nature منتشر شد، محققان یک مولکول مارپیچی به نام هلیسین (Helicene) را میان دو الکترود بسیار ظریف از جنس طلا قرار دادند. این مولکول به دلیل ساختار پیچ‌خورده‌اش می‌تواند هنگام عبور جریان الکتریکی، حرکت چرخشی انجام دهد.
بیشتر بخوانید:
-
دانشمندان تمام اجزای اصلی DNA و RNA در یک سیارک پیدا کردند
- ساخت جواهر با استفاده از نور | دانشمندان بدون فشار و حرارت الماس ساختند
وقتی برق، یک مولکول را به حرکت درمی‌آورد
در این دستگاه، جریان الکتریکی از میان مولکول عبور می‌کند. الکترون‌های در حال حرکت، تکانه زاویه‌ای خود را به ساختار مولکول منتقل می‌کنند و در نتیجه نیرویی ایجاد می‌شود که آن را به چرخش درمی‌آورد.
به گزارش Nature برای بررسی این حرکت، پژوهشگران از دستگاهی به نام میکروسکوپ تونلی روبشی استفاده کردند که امکان بررسی و کنترل ساختارهای بسیار کوچک را فراهم می‌کند.
یکی از ویژگی‌های جالب این موتور آن است که جهت چرخش آن قابل‌کنترل است. اگر قطب مثبت و منفی ولتاژ جابه‌جا شود، جهت چرخش مولکول نیز تغییر می‌کند.
به‌این‌ترتیب، دانشمندان توانسته‌اند حرکت یک مولکول منفرد را با استفاده از جریان برق کنترل کنند؛ اتفاقی که در ساخت ماشین‌های مولکولی اهمیت زیادی دارد.
موتوری که با چرخیدن، برق بیشتری عبور می‌دهد!
پژوهشگران متوجه شدند وقتی سرعت چرخش مولکول از یک آستانه مشخص عبور می‌کند، میزان جریان الکتریکی عبوری از آن به‌شدت افزایش می‌یابد. بر اساس گزارش دانشگاه آگسبورگ آلمان، این افزایش می‌تواند تا ۱۰۰ برابر باشد.
علت این اتفاق آن است که مولکول هنگام چرخش به وضعیت‌هایی دسترسی پیدا می‌کند که در حالت سکون نمی‌تواند به آن‌ها برسد. در این وضعیت‌ها، عبور الکترون‌ها آسان‌تر می‌شود و رسانایی الکتریکی افزایش پیدا می‌کند.
دانشمندان همچنین با تغییر فاصله الکترودها توانسته‌اند ساختار مولکول را کمی کشیده یا فشرده کنند و ولتاژ لازم برای شروع افزایش جریان را تغییر دهند.