Разработка молекулярных движителей – очень интересная тема. Но она чрезвычайно сложна и малоизученна, ведь от молекулярных движителей требуется использование внешних источников энергии (ими могут быть свет или различные химические вещества) и способность двигаться строго заданным образом. В частности, молекулярные электродвигатели долгое время оставались лишь теоретической концепцией.
К настоящему времени установлено, что в качестве роторов таких электромоторов могут применяться молекулы метилбутилсульфидов, адсорбированные на (111)-поверхности меди. Стоит отметить, что молекула метилбутилсульфида, является прохиральной, то есть при введение заместителя к атому серы может становиться хиральной (оптически активной). Таким "заместителем" служит поверхность металла, адсорбирующая эти молекулы в виде R- и S-изомеров.
Долгое время существовала проблема одновременной подачи энергии к молекуле и мониторинга ее вращения. В ходе экспериментов удалось установить, что подходящим источником энергии является игла сканирующего туннельного микроскопа.
По результатам экспериментов было сделано интересное открытие: разные оптические изомеры (R и S) совершенно по-разному реагируют на подвод тока. Если R-изомер проявляет 5%-направленное вращение против часовой стрелки (то есть оборотов против часовой стрелки на 5% больше), то его энантиомер вообще не проявляет избирательной направленности, зато вращается в 3 раза быстрее. Ученые объясняют это геометрией самой токоподводящей иглы, которая, по-видимому, взаимодействует с энантиомерами различно.
Как оказалось, барьер вращения сульфидной молекулы равен всего 0,01 эВ. Однако к ней подводились электроны с гораздо большей энергией (0,375 эВ), большая часть энергии уходит на возбуждение молекулы. Было установлено, что время жизни возбужденного состояния составляет около 1-10 пс, но этого хватает, чтобы молекула успела повернуться, как правило, на 60o.
Частота вращения в 30 Гц при всего 5% направленности, не говоря уже о том, что подобными свойствами обладает только один из энантиомеров - по всем этим параметрам молекулярные электродвигатели уступают макродвигателям. Однако, по заверениям исследователей, все испытания проводились с заведомо более низким током, чем можно было бы подводить. Поэтому, возможно, характеристики удастся улучшить, а применение молекулярных двигателей в наномашинах – приблизить.
