Природный наномотор в вирусе phi29. Изображение университета Пердью, www.purdue.edu.

Ученые разработали квантовые наномоторы

Американские физики разработали конструкцию наномоторов. Сверхминиатюрные вращающиеся механизмы используют туннельный эффект - квантовомеханическое явление, которое, предположительно, ответственно и за работу природных наномоторов у бактерий и одноклеточных животных. Экспериментальное подтверждение выводов, опубликованных в журнале Physical Review Letters, пока не получено, но ученые утверждают, что, как минимум, их статья описывает работу природных наномашин.

Туннельный эффект, который лежит в основе работы предложенного механизма, является одним из характерных для квантовых масштабов явлений. Когда в классической механике движущаяся частица попадает в некоторое препятствующее ее движению силовое поле (например катящийся по изогнутому желобу шарик встречает подьем), то она, при недостаточной энергии, останавливается и начинает движение в обратном направлении. Это поведение привычно, но лишь в повседневных масштабах - натолкнувшийся на электромагнитное поле (создаваемое, например, молекулой белка) электрон уже имеет некоторые шансы проскочить даже через то поле, которое было бы непроницаемым для классической частицы.

За счет подобного просачивания, или "туннелирования", частиц через непроницаемое в классической механике препятствие возникают различные интересные эффекты. Из прочно скрепленных ядерными силами ядер урана могут вылетать (протуннелировав через соединяющее протоны и нейтроны поле) альфа-частицы, а в ходе термоядерной реакции отталкивающие друг друга электростатическими силами ядра атомов, напротив, могут подойти на достаточное для реакции расстояние также благодаря "просачиванию" через электромагнитный барьер.

В предлагаемом физиками наномоторе в роли ротора выступает углеродная нанотрубка с приделанными к ней проводящими выступами. Именно на них переходит за счет туннельного эффекта электрон с подходящих к наномотору неподвижных электродов. Его заряд заставляет "ротор" совершить поворот на определенный угол - для туннелирования электрона со следующего электрода и повтора цикла. Как утверждается в пресс-релизе института Форсайта, в перспективе такие моторы окажутся даже эффективнее биологических аналогов и, возможно, в ближайшее время будут созданы и первые экспериментальные образцы.

Ссылки по теме
- Tunneling electrons could power nanotechnology - пресс-релиз института Форсайта, 15.12.2008
- Физики создали модель биологического наномотора - Lenta.ru, 25.12.2007
- Японские ученые приручили микробов - Lenta.ru, 30.08.2006
- Голландские физики изготовили сверхмощный наномотор - Lenta.ru, 13.03.2006

Сайты по теме
- Туннельный эффект на elementy.ru, энциклопедия Джеймса Трефила