Forscher zeigen einen Nanometer großen Elektromotor

Er besteht aus einem einzigen Molekül. Die Metallspitze eines Rastertunnelmikroskops liefert die Elektrizität und lässt das Molekül rotieren. Den praktischen Einsatz verzögert die dafür noch erforderliche Tiefsttemperatur.

Forscher der Tufts University haben einen Elektromotor vorgestellt, der aus einem einzigen Molekül besteht und nur einen Nanometer groß ist. Sie brachen damit einen Rekord aus dem Jahr 2005, den der damals kleinste Elektromotor der Welt mit einer Größe von 200 Nanometer erzielte. Der jetzt auf einen Nanometer reduzierte Motor steht für eine völlig neue Geräteklasse mit potenziellen Einsatzmöglichkeiten in Medizin und Technik.

Elektrizität aus einem Rastertunnelmikroskop speist den Molekularmotor und bewirkt eine Rotation des Moleküls in die gewünschte Richtung (Bild: Tufts).
Elektrizität aus einem Rastertunnelmikroskop speist den Molekularmotor und bewirkt eine Rotation des Moleküls in die gewünschte Richtung (Bild: Tufts).

Die Chemiker der School of Arts and Sciences an der Tufts University wollen den Elektromotor für das Guinness-Buch der Rekorde einreichen. In der Fachzeitschrift
Nature Nanotechnology berichten sie: „Es gab bereits erhebliche Fortschritte in der Konstruktion molekularer Motoren, die von Licht und chemischen Reaktionen angetrieben wurden, aber hier wurden zum ersten Mal elektrisch angetriebene Molekularmotoren demonstriert, auch wenn es zuvor einige theoretische Vorschläge gab.“

„Wir haben erstmals zeigen können“, fasst Sykes den Fortschritt seines Teams zusammen, „dass man ein Molekül mit Elektrizität versorgen und es dazu bewegen kann, etwas zu tun, das nicht nur zufällig ist.“ Das gelang ihnen mit einem Rastertunnelmikroskop, das bei extrem tiefen Temperaturen arbeitet und statt Licht Elektronen einsetzt, um Moleküle zu erkennen. Die extrem feine Metallspitze des Mikroskops gab die elektrische Ladung an ein Butylmethylsulfidmolekül auf einer Kupferoberfläche weiter. Sie fanden heraus, dass sie die Bewegung des Moleküls direkt steuern konnten, indem sie seine Temperatur beeinflussten. Dabei mussten sie allerdings bei einer Temperatur von minus 268 Grad Celsius arbeiten, nur wenig über dem absoluten Nullpunkt, um die Rotation des Motors besser einstellen zu können.

„Wenn wir die Temperaturen besser in den Griff bekommen, bei denen diese Motoren funktionieren, dann sind Anwendungen in bestimmten Sensoren und medizinischen Geräten denkbar, die kleine Röhren einsetzen“, sagte E. Charles H. Sykes von der Tufts University laut einer Presseerklärung. Der außerordentliche Professor für Chemie erklärte weiter: „Die Reibung der Flüssigkeit gegen die Röhrenwand erhöht sich in diesem kleinen Maßstab, und die Wand mit Motoren abzudecken, könnte dabei helfen, die Flüssigkeiten schneller zu befördern. Die Koppelung molekularer Bewegung mit elektrischen Signalen könnte zudem Miniaturgetriebe in Nanoschaltkreisen erlauben, wie sie in Digitalfiltern beispielsweise in Mobiltelefonen zum Einsatz kommen.“ So vage sich die praktischen Einsatzmöglichkeiten für einen Motor in Molekülgröße anhören – das Potenzial des winzigen Motors könnte sich als riesig erweisen.

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