17 feb. 1999
2 minuten
Chemici van de School of Art and Science van Tuft University (Medford/Somerville, Massachusetts, VS) hebben de eerste elektrische motor ter wereld ontworpen, die bestaat uit een enkel molecuul. De ontwikkeling kan leiden tot een nieuwe klasse van producten voor toepassingen in de medische technologie en in engineering.
De elektrische motor heeft een diameter van 1 nanometer. Bij de kleinste motor tot nu toe was dat 200 nm. De diameter van een mensenhaar is ongeveer 60 000 nm. Teamleider professor Charlie Sykes hoopt met de motor een plaats in het Guinnes-register van wereldrecords te bemachtigen.
"Er zijn al significante vorderingen geboekt met de constructie van moleculaire motoren die worden gevoed door licht of chemische reacties, maar dit is voor het eerst dat een moleculaire elektromotor is gedemonstreerd. Tot nu toe waren er alleen nog maar theoretische voorstellen", zegt Sykes. "Het is ons gelukt om aan te tonen dat je elektriciteit kan toevoeren aan een enkel molecuul en dat je het dan gecontroleerd iets kan laten doen".
Lage temperatuur
Sykes en zijn collega’s hebben dit voor elkaar gekregen met behulp van een moderne low-temperature scanning tunneling microscoop (LT-STM), waarvan er maar 100 in de VS staan. Het team gebruikte de metalen tip van de microscoop om elektrische lading toe te voeren aan een butyl-methyl-sulfide molecuul dat is geplaats op een geleidend koperen oppervlak. Dit zwavelhoudende molecuul vormde door afstraling van koolstof- en waterstofatomen twee ‘armen’ met vier koolstofatomen aan de ene kant en één aan de andere. Deze koolstofketens konden vrij roteren rond de centrale zwavel-koperbinding. De onderzoekers ontdekten dat door het verlagen van de temperatuur van het molecuul de rotatie kon worden beïnvloed. Een temperatuur van ongeveer 5 Kelvin bleek ideaal om de beweging van de motor te volgen. Bij deze temperatuur konden alle rotaties worden geregistreerd en geanalyseerd.
Hoewel er voorspelbare praktische toepassingen zijn voor de motor, is het voor een echte doorbraak nodig om bij hogere temperaturen te kunnen werken. De motor draait dan veel sneller en de rotaties zijn dan moeilijker te meten en regelen.
Sykes: "Door moleculaire beweging te koppelen aan elektrische signalen zouden we miniatuur versnellingen kunnen maken in elektrische circuits op nanoschaal. Die zouden kunnen worden gebruikt in miniatuur vertragingslijnen, bijvoorbeeld voor mobiele telefoons."
Anderen lazen ook
