Pesquisadores desenvolveram um motor molecular inspirado no parafuso de Arquimedes, um dispositivo antigo tradicionalmente usado para transportar água. A máquina acionada eletricamente tem apenas alguns milionésimos de milímetro de tamanho e pode girar em qualquer direção, dependendo da polaridade da tensão aplicada.
O motor foi criado a partir de uma molécula espiral especialmente projetada, desenvolvida por um grupo de pesquisa da Universidade de Copenhague. Átomos de enxofre permitem que ela se fixe a superfícies de ouro. No Instituto Weizmann de Ciência, pesquisadores colocaram moléculas individuais entre duas pontas de ouro afiadas até dimensões atômicas e ajustaram a distância entre os eletrodos para esticar ou comprimir a estrutura molecular.
Quando a tensão foi aplicada, a molécula começou a girar. A inversão da tensão reverteu o sentido da rotação. Os pesquisadores descrevem isso como a primeira demonstração de um motor molecular acionado por corrente elétrica, conectado a dois eletrodos metálicos e capaz de realizar uma rotação direcional controlada.
A rotação ocorre porque os elétrons que passam pela espiral transferem momento angular para a molécula. Quando a tensão ultrapassa determinado limiar, o movimento se transforma em rotação contínua. A estrutura da espiral determina como ela responde ao fluxo de elétrons, em um processo comparável ao efeito dos diferentes sentidos das roscas em parafusos convencionais.
Os experimentos também revelaram que a molécula em rotação conduz eletricidade com eficiência muito maior do que quando está parada. Para estudar esse efeito, pesquisadores da Universidade de Augsburg utilizaram simulações de mecânica quântica no supercomputador LiCCA.
Os cálculos mostraram que a condutividade varia fortemente com o ângulo da molécula e pode aumentar em até duas ordens de grandeza, ou 100 vezes, durante a rotação. As simulações indicaram que a molécula evita algumas das configurações que conduzem eletricidade melhor quando está em repouso. A rotação torna essas configurações acessíveis.
Pesquisadores da Universidade de Augsburg, da Universidade de Copenhague, do Instituto Weizmann de Ciência e da Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong combinaram medições experimentais com modelagem teórica para explicar o resultado. O modelo reproduziu tanto a rotação observada quanto o aumento correspondente na corrente elétrica.
As descobertas podem contribuir para pesquisas em eletrônica molecular, spintrônica e sistemas microfluídicos. Elas também oferecem uma maneira de estudar como o movimento e a condução elétrica interagem na escala atômica, apresentando um possível princípio de funcionamento para máquinas nos limites da miniaturização.
O estudo, “Current-Driven Molecular Machine with Rotation-Enhanced Conductance”, foi publicado na Nature. O trabalho na Universidade de Augsburg contou com o apoio da Fundação Alemã de Pesquisa, e a pesquisa computacional foi realizada com o uso do supercomputador LiCCA da universidade.
Fontes: ScienceDaily.