Молекулярный двигатель приводится в движение поляризованным светом.
Бородвигатель: Условный Ванкель
Вращение колец бора в «молекулярном двигателе Ванкеля» под действием ИК-излучений круговой поляризации. Иллюстрация авторов исследования

Живые клетки полны удивительных молекулярных моторчиков — двигателей, построенных с использованием белковых структур и работающих с замечательной эффективностью. Изучение этих биологических структур стимулирует химиков и физиков на создание их искусственных аналогов, крохотных машин, способных вращаться, двигаться, и тем самым обеспечить в будущем вращение и перемещение, постройку и транспорт миниатюрных систем и деталей.

Хорошим примером такого проекта может служить недавняя работа калифорнийских ученых под руководством нашей бывшей соотечественницы Анастасии Александровой. Проведенное моделирование позволило им предложить оригинальную схему работы такого двигателя, составленного из атомов бора.

Еще пару лет назад было обнаружено, что кластеры из 13-ти и 19-ти молекул бора, организованных в плоскую структуру из двух концентрических колец позволяют кольцам вращаться практически независимо друг от друга, примерно как внутренний треугольный ротор в двигателе Ванкеля. Внутреннее кольцо такой структуры также сложено из трех атомов, из-за чего авторы идеи назвали ее (с достаточной долей условности) «молекулярным двигателем Ванкеля». Оставалась одна проблема — понять, чем приводить этот двигатель в движение.

Александрова с коллегами показали, что сделать это достаточно просто, облучая структуру круговым поляризованным инфракрасным излучением, т. е. таким, волны которого колеблются в одной плоскости, вращающейся вокруг оси распространения. Оно и позволяет кольцам вращаться друг относительно друга: обладая собственным дипольным моментом, внешнее кольцо стремится выровнять его во вращающемся электромагнитном поле, создаваемым излучением, и начинает крутиться.

Такое решение особенно интересно тем, что при облучении атомы бора не переходят в возбужденное состояние и обратно, тем самым не происходит потери энергии и не оказывается никакого влияния на химические свойства молекулы — все эти недостатки свойственны системам, использующим для питания молекулярных двигателей химические реакции или источники тока. Дело за малым: перейти от моделирования к практике. Александрова с коллегами-теоретиками оставляют эту задачу экспериментаторам.

По публикации MIT Technology Review / Physics arXiv Blog