Un moteur moléculaire mis au point par une équipe de chercheurs suisses est constitué de seulement 16 atomes.
Le plus petit moteur moléculaire du monde est constitué d’un seul rotor d’acétylène ancré à un amas atomique chiral fourni par une surface de palladium-gallium qui agit comme un stator. Crédit image : Empa.
“Oliver Gröning, chef du groupe de recherche sur les surfaces fonctionnelles à l’Empa – Laboratoire fédéral suisse pour la science et la technologie des matériaux.
Le moteur moléculaire de l’équipe mesure moins d’un nanomètre et se compose d’un stator et d’un rotor, c’est-à-dire d’une partie fixe et d’une partie mobile.
Le rotor – un acétylène symétrique (C2H2) – tourne sur la surface du stator. Elle peut prendre six positions différentes.
“Pour qu’un moteur fasse réellement un travail utile, il est essentiel que le stator permette au rotor de se déplacer dans une seule direction”, a déclaré le Dr Gröning.
Le stator a une structure fondamentalement triangulaire et se compose de six atomes de palladium (Pd) et de six atomes de gallium (Ga).
Le rotor peut tourner de manière continue, bien que la rotation dans le sens des aiguilles d’une montre et dans le sens inverse doive être différente.
“Le moteur a donc une stabilité directionnelle de 99%, ce qui le distingue des autres moteurs moléculaires similaires”, a expliqué le Dr Gröning.
“De cette façon, le moteur moléculaire ouvre une voie pour la récolte d’énergie au niveau atomique”.
Le minuscule moteur peut être alimenté par de l’énergie thermique et électrique.
“L’énergie thermique provoque que le mouvement rotatif directionnel du moteur se transforme en rotations dans des directions aléatoires – à température ambiante, par exemple, le rotor tourne d’avant en arrière de façon complètement aléatoire à plusieurs millions de tours par seconde”, ont déclaré les chercheurs.
“En revanche, l’énergie électrique générée par un microscope à balayage électronique, à partir de la pointe duquel un petit courant circule dans les moteurs, peut provoquer des rotations directionnelles.”
“L’énergie d’un seul électron est suffisante pour que les rotors continuent à tourner d’un sixième de tour seulement. Plus la quantité d’énergie fournie est élevée, plus la fréquence du mouvement est élevée – mais en même temps, plus le rotor est susceptible de se déplacer dans une direction aléatoire, car trop d’énergie peut vaincre le cliquet dans la ‘mauvaise’ direction.”
Selon les lois de la physique classique, il existe une quantité minimale d’énergie nécessaire pour mettre le rotor en mouvement contre la résistance de la goulotte ; si l’énergie électrique ou thermique fournie n’est pas suffisante, le rotor devrait s’arrêter.
De manière surprenante, les scientifiques ont pu observer une fréquence de rotation indépendante et constante dans une direction même en dessous de cette limite – à des températures inférieures à 17 Kelvin (moins 256 degrés Celsius, ou moins 428,8 degrés Fahrenheit) ou à une tension appliquée de moins de 30 millivolts.
“Le moteur pourrait nous permettre d’étudier les processus et les raisons de la dissipation d’énergie dans les processus de tunnelisation quantique”, a déclaré le Dr Gröning.
Le moteur de l’équipe est décrit dans un article paru dans la revue scientifique de l’Université d’Oxford. Proceedings of the National Academy of Sciences.
