來源：科技日報

    科技日報北京6月17日電 （記者劉霞）據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)16日報道，來自瑞士聯(lián)邦國家實驗室（Empa）和洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的科學(xué)家開發(fā)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(wěn)定旋轉(zhuǎn)，有望將能量收集推升至原子級。此外，該馬達恰好在經(jīng)典運動與量子隧穿間的邊界移動，也可以供科學(xué)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(yīng)物體相似：將能量轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子（運動部分）組成，轉(zhuǎn)子在定子表面旋轉(zhuǎn)，可以占據(jù)6個不同的位置。格洛寧解釋說：“為使馬達真正發(fā)揮作用，至關(guān)重要的是定子必須使轉(zhuǎn)子只能沿一個方向移動。”

    結(jié)果表明，該分子馬達具有99%的方向穩(wěn)定性，這使其與其他類似的分子馬達區(qū)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(xué)定律指出，粒子可以“隧穿”：即使轉(zhuǎn)子的動能在傳統(tǒng)意義上不足，轉(zhuǎn)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(fā)生。因此，從理論上講，在傳統(tǒng)物理學(xué)向量子力學(xué)過渡的區(qū)域，轉(zhuǎn)子朝兩個方向旋轉(zhuǎn)的幾率一樣，但該分子馬達朝同一方向旋轉(zhuǎn)的幾率為99%，表明隧穿過程中存在能量損失。

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

    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(zhuǎn)子朝向并非隨機，其朝同一方向旋轉(zhuǎn)的幾率為99%。這意味著，在粒子隧穿過程中，產(chǎn)生了能量損失。因此，它對量子研究也有啟發(fā)意義，可進一步探索量子隧穿過程中的能量耗散如何發(fā)生。