Omdanne støj til mekanisk energi på nano -niveau

Et team af forskere ved Freie Universität Berlin, koordineret af José Ignacio Pascual, har udviklet en metode, der muliggør effektiv anvendelse af et molekyls tilfældige bevægelse for at få en makroskopisk skala til at svinge. Undersøgelsen blev offentliggjort i Videnskab .

I naturprocesser såsom bevægelse af væsker, intensiteten af ​​elektromagnetiske signaler, kemiske sammensætninger, etc., er udsat for tilfældige udsving, som normalt kaldes 'støj'. Denne støj er en energikilde, og dens udnyttelse til at udføre en opgave er et paradigme, som naturen har vist at være mulig i visse tilfælde.

Forskningen ledet af José Ignacio Pascual og offentliggjort i Science, fokuseret på et brintmolekyle (H ₂ ). Forskerne placerede molekylet i et meget lille rum mellem en flad overflade og det skarpe punkt i et ultrafølsomt atomkraftmikroskop. Dette mikroskop brugte den periodiske bevægelse af det punkt, der er placeret for enden af ​​en meget følsom mekanisk oscillator for at 'mærke' de kræfter, der findes på et nanoskala -niveau. Brintmolekylet bevæger sig tilfældigt og kaotisk og, når mikroskopets punkt nærmer sig det, punktet rammer molekylet, får oscillatoren eller grebet til at bevæge sig. Men denne håndtag, på samme tid, modulerer molekylets bevægelse, hvilket resulterer i en orkestreret 'dans' mellem punktet og det 'støjende' molekyle. "Resultatet er, at det mindste molekyle, der findes, et molekyle af brint, 'skubber' håndtaget, der har en masse 10 ¹⁹ større; ti billioner gange større! ", forklarede José Ignacio Pascual.

Det underliggende princip er en matematisk teori kendt som Stokastisk resonans, der beskriver hvordan tilfældige bevægelser af energi kanaliseres til periodiske bevægelser og, dermed, kan udnyttes. Med denne forskning, det er blevet vist, at dette princip er opfyldt i en nanometrisk skala.

"I vores eksperiment, 'støj' fra molekylet fremstilles ved at injicere elektrisk strøm, og ikke temperatur, gennem molekylet og dermed, fungerer som en motor, der konverterer elektrisk energi til mekanisk ", udtalte José Ignacio Pascual. Dermed, et af de mest lovende aspekter ved dette resultat er, at det kan anvendes til design af kunstige molekyler, som er komplekse molekyler designet til kun at kunne svinge eller rotere i en retning. Forfatterne kasserer ikke, i øvrigt, at denne molekylære udsving kan frembringes af andre kilder, såsom lys, eller udføres med et større antal molekyler, selv med forskellige kemiske sammensætninger.