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Motore elettrico più piccolo del mondo fatto da una singola molecola

Scritto da Redazione di Gaianews.it il 05.09.2011
Non sembrerebbe, ma si tratta del più piccolo motore molecolare al mondo, alimentato grazie agli elettroni inviati da un microscopio elettronico. Crediti: Heather L. Tierney, Colin J. Murphy, April D. Jewell, Ashleigh E. Baber, Erin V. Iski, Harout Y. Khodaverdian, Allister F. McGuire, Nikolai Klebanov and E. Charles H. Sykes.

Non sembrerebbe, ma si tratta del più piccolo motore molecolare al mondo, alimentato grazie agli elettroni inviati da un microscopio elettronico. Crediti: Heather L. Tierney, Colin J. Murphy, April D. Jewell, Ashleigh E. Baber, Erin V. Iski, Harout Y. Khodaverdian, Allister F. McGuire, Nikolai Klebanov and E. Charles H. Sykes.

I chimici dell’Università di Tufts hanno sviluppato il primo motore elettrico costituito da una singola molecola, uno sviluppo che potrebbe portare ad una nuova classe di dispositivi per applicazioni che vanno dalla medicina all’ingegneria.

In una ricerca pubblicata il 4 settembre su Nature Nanotechnology, il team della Tufts descrive un motore elettrico che misura solo 1 nanometro di diametro, un lavoro pionieristico visto che l’attuale record mondiale è di 200 nanometri. Per rendersi conto delle dimensioni, lo spessore di un capello umano è di circa 60.000 nanometri.

Secondo E. Charles H. Sykes, professore associato di Chimica presso la Tufts e autore principale della ricerca, il team prevede di presentare il motore elettrico al Guinness World Records.

“Ci sono stati progressi significativi nella costruzione di motori molecolari alimentati dalla luce e da reazioni chimiche, ma questa è la prima volta che viene dimostrata la possibilità della trazione elettrica in motori molecolari, al di là alcune proposte teoriche”, spiega Sykes. “Siamo stati in grado di dimostrare che è possibile fornire energia elettrica ad una singola molecola e farle fare qualcosa che non è solo casuale.”

Sykes e i suoi colleghi sono stati in grado di controllare un motore molecolare a energia elettrica, utilizzando un microscopio a scansione a effetto tunnel a bassa temperatura (LT-STM) di ultima generazione (ne esistono solo 100 negli Stati Uniti). L’LT-STM utilizza elettroni invece della luce per “vedere” le molecole.

Il team ha utilizzato la punta di metallo del microscopio per fornire una carica elettrica ad una molecola di solfuro di metile – butile che era stata collocata su una superficie conduttiva di rame. Questa molecola, che contiene zolfo, ha atomi di carbonio e idrogeno che fuoriescono all’esterno come per formare quelle che potrebbero sembrare due braccia, con quattro atomi di carbonio da una parte e uno dall’altra. Queste catene di carbonio sono libere di ruotare attorno al legame zolfo-rame.

Il team ha scoperto che controllando la temperatura della molecola, potevano influenzare direttamente la sua rotazione. Temperature intorno ai 5 gradi Kelvin (K), pari a meno 268 °C, si sono rivelate ideali per tracciare il movimento del motore. A questa temperatura, i ricercatori della Tufts sono stati in grado di tenere traccia di tutte le rotazioni del motore e analizzare i dati.

Mentre ci sono prevedibili applicazioni pratiche con questo motore elettrico, occorrerebbe lavorare ora per aumentare le temperature alle quali i motori elettrici molecolari operano. Questo motore ad esempio gira molto più velocemente a temperature più elevate, il che rende difficile da misurare e controllare la sua rotazione.

“Una volta che avremo una comprensione migliore delle temperature necessarie per far funzionare questi motori, ci potrebbero essere applicazioni reali ad esempio in alcuni sensori e in dispositivi medici che coinvolgono piccoli tubi. L’attrito del liquido contro le pareti del tubo aumenta a queste scale nanometriche, quindi ricoprire la pareti con motori potrebbe aiutare i fluidi a percorrere il tubo più facilmente”, ha detto Sykes. “L’accoppiamento del moto molecolare con segnali elettrici potrebbe anche creare ingranaggi in miniatura e circuiti elettrici in nanoscala; questi ingranaggi potrebbero essere utilizzato in linee di ritardo in miniatura, che verrebbero utilizzate in dispositivi come i telefoni cellulari.”

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