迄今为止最小的马达只有16个原子

根据物理学家网络16日的一份报告，来自瑞士联邦国家实验室(Empa)和洛桑联邦理工学院(EPFL)的科学家已经开发出世界上最小的分子马达，它由16个原子组成，可以稳定地向同一个方向旋转，并有望将能量收集提升到原子水平。此外，马达只是在经典运动和量子隧穿之间的边界上运动，这也可以被科学家用来研究量子隧穿过程和其中能量耗散的原因。

Empa功能表面研究小组组长奥利弗格洛宁说：“这个最小的马达不到一纳米，这让我们接近分子马达的极限尺寸。”

研究人员解释说，分子机器的功能与宏观世界中的功能相似：将能量转化为定向运动。这种分子马达也存在于自然界，如肌球蛋白。肌球蛋白是一种运动蛋白，在生物体的肌肉收缩和细胞间其他分子的运输中起重要作用。

与大型马达相似，新型分子马达由定子(固定部分)和转子(移动部分)组成。转子在定子表面旋转，可以占据6个不同的位置。格洛宁解释道：“为了让电机真正运转，定子必须只向一个方向移动转子。”

结果表明，分子马达具有99%的方向稳定性，这与其他类似的分子马达不同，为原子能收集开辟了一条途径。

此外，量子物理定律指出，粒子可以“隧穿”:即使转子的动能在传统意义上不足，转子也可以克服势垒隧穿。这种运动通常没有任何能量损失。因此，从理论上讲，在从传统物理学到量子力学的过渡区域中，转子在两个方向上旋转的概率是相同的，但是分子马达在相同方向上旋转的概率是99%，这表明在隧穿过程中存在能量损失。

研究人员总结道：“这种最小的分子马达不仅为分子科学家开发了一种探索微观世界的工具，还可以用于科学家研究量子隧道过程以及它们之间能量耗散的原因。”

总编辑圈

将宏观世界的“马达”概念引入分子水平就是所谓的“分子马达”。分子马达是世界上最小的马达。在适当的外部刺激下，它可以做机械功。在这项研究中，研究人员制备的分子马达甚至更“迷你”，仅由16个原子组成。除了能够收集能量，它还有一个重要的意义。这种分子马达的转子方向不是随机的，它在同一方向旋转的概率是99%。这意味着能量损失发生在粒子隧穿期间。因此，这对于量子研究也是有指导意义的，并且可以进一步探索在量子隧穿期间能量耗散是如何发生的。