Молекулярные моторы живой природе известны очень давно. Например, за счёт их работы простейшие могут передвигаться с помощью жгутиков; работают такие моторы и в нашем организме, транспортируя клеточный материал и участвуя в сокращении мышц. Человек же, подобно природе, пытается создать аналогичные структуры для своих собственных нужд. Существует два типа молекулярных двигателей: линейный и вращающийся. На разработку данных типов наноустройств тратятся значительные средства, так как именно они смогут воплотить мечту человечества о НЭМС.


Рис.1. (a-g) Серия TEM-изображений, демонстрирующих линейное движение углеродной капсулы внутри ОУНТ. Время съёмки каждого изображения 500 мс, а общее время съёмки ~10 мин. (h) Модельное представление перемещения капсулы между точками A и B. (i) Время «стоянки» капсулы в точках A и B для 7 циклов.

Согласно работе, недавно опубликованной в журнале NanoLetters, группа японских учёных получила и исследовала новый вид моторов на основе углеродных нанотрубок (УНТ, рис.1). Суть метода получения подобного рода структур заключается в том, что молекулы С60, предварительно интеркалированные в полость одностенной УНТ, под действием высокой температуры срастались с образованием частиц, формой напоминающих капсулы. Далее исследователи заметили, что эта «капсула» может самостоятельно передвигаться внутри ОУНТ, при этом она задерживается на конечных «пунктах» своего движения. Расчёты, проведенные методом молекулярной динамики, показали, что вблизи концов A и B (рис.2) существует потенциальная яма, в которой и «застревает» углеродная капсула. Авторы работы полагают, что движение капсулы обусловлено термическим возбуждением. Но на этом сюрпризы не закончились; оказалось, что такая капсула может ещё и вращаться (рис.3).


Рис.2 (a) Структурная модель системы, использованной для расчётов. (b) Расчётные значения потенциальной энергии с локальным минимумом.

Как заверяют учёные, данная разработка может найти своё применение не только в НЭМС-устройствах, но и в ячейках памяти нового поколения, в которых за счёт локального разогрева данной структуры и перемещения капсулы из одного положения в другое можно будет записывать информацию.


Рис.3. TEM-изображения углеродной капсулы, демонстрирующие вращательное движение данного нанообъекта.

Источник
24 марта 2009