Este motor de 16 átomos es el más pequeño jamás creado

Un equipo de investigación suizo del Laboratorio Federal de Ensayo e Investigación de Materiales y de la Ecole Polytechnique de Lausanne, cuyo trabajo ha sido publicado en la PNAS, ha desarrollado el motor más pequeño jamás creado: compuesto por 16 átomos, mide menos de un nanómetro, lo que es 100.000 veces más pequeño que un cabello humano y 100 veces más pequeño que una partícula de polvo promedio. No es el primer motor molecular que se ha diseñado. De hecho, la naturaleza no nos esperó y ya existen muchos tipos en el mundo viviente. En particular, cabe mencionar la miosina, una proteína que "tirar ”sobre un eje para participar en la contracción de un músculo.

Como su equivalente macroscópico, este pequeño motor está formado por una parte fija (el estator) y una parte móvil (el rotor). El estator está formado por seis átomos de paladio y 6 átomos de galio, mientras que el rotor es una molécula de 6 átomos de acetileno. Este motor molecular puede funcionar con energía eléctrica o térmica. Pero en la práctica, la energía térmica tiene muy poco interés ya que a temperatura ambiente, este pequeño motor gira completamente al azar. Con una corriente eléctrica, es otra historia y los investigadores lograron hacer girar el rotor en una y la misma dirección, con una probabilidad del 99%.

El equipo explica que esto lo hace mucho más útil en la práctica que los motores moleculares artificiales anteriores, que casi todos tenían el molesto hábito de girar de una manera completamente caótica. Esto abre la puerta a usos en el contexto de las nano-máquinas, o incluso a la recolección de energía, según uno de los autores del estudio.

Algunas propiedades inesperadas

Si parece un motor convencional en principio, su funcionamiento presenta algunas rarezas. Al igual que algunos mecanismos de engranajes convencionales, se basa en un sistema de muescas, cada una de las cuales tiene una cara inclinada y una cara más plana. En teoría, el movimiento se hará en la dirección del camino de menor resistencia, es decir, tomando prestada la cara más plana de las muescas. Por el contrario, la cara empinada evita que el mecanismo retroceda. Pero por más contradictorio que parezca, este pequeño motor gira bien en una dirección, ¡pero en la dirección opuesta a la que esperabas! En la superficie, esto representa una transgresión de las leyes de la física, y el equipo de investigación aún no puede explicar por qué el rotor toma sistemáticamente la dirección de rotación que se pretende que sea más difícil.

Pero lo más asombroso es que no es la única de sus características que va en contra de la física clásica. A nuestro nivel, sabemos que hay una necesidad de aportar energía para vencer una fuerza de resistencia: si intentas subir una pendiente en una bicicleta sin pedalear, no estás a punto de llegar a la cima ... y sin embargo eso es en esencia lo que parece hacer este pequeño motor. Los investigadores notaron que incluso una pequeña cantidad de energía térmica (-256 ° C) o eléctrica (30 milivoltios) era suficiente para poner el rotor en movimiento. Esto es mucho menos que la cantidad teórica: para usar la analogía anterior, esto equivaldría a subir una pendiente a 40 ° soplando sobre los pedales de su bicicleta ...

La física cuántica en el corazón del mecanismo

Para explicar estos extraños fenómenos, los investigadores suizos se aventuraron en el ámbito aún poco conocido de la física cuántica y observaron un fenómeno llamado "Túneles cuánticos”. En esencia, para una partícula, esto equivale a cruzar pura y simplemente una barrera que no tendría suficiente energía para atravesar, como a través de un túnel: si nos mantenemos en la analogía de la bicicleta, no es así. Se trata más de subir la pendiente pero teletransportarse directamente a la cima.

Una observación fascinante, pero que plantea tantas preguntas como resuelve. En el estado actual de nuestro conocimiento sobre estos "túneles cuánticos”, Se supone que el fenómeno no genera ningún roce. Físicamente, esto significaría que sería un proceso energéticamente perfecto, sin ninguna pérdida por este roce. Pero los autores explican que si lo hiciera, el rotor giraría aleatoriamente en cualquier dirección. El hecho de que gire en la misma dirección el 99% del tiempo sugiere que hay de hecho una pérdida de energía en algún lugar del proceso. Queda por identificar con precisión la fuente de esta pérdida de energía, lo que podría ofrecer una perspectiva completamente nueva sobre los mecanismos de la tunelización cuántica. ¡Y, por lo tanto, bríndenos nuevas claves para comprender esta disciplina aún muy misteriosa de la física cuántica!