Scienziati tedeschi della Technische Universitaet Muenchen sono riusciti a dirigere l'autoassemblaggio di molecole a forma di bastoncino in rotori di appena pochi nanometri. I minuscoli sistemi servono allo studio delle forze che agiscono sulle molecole sulle superfici e nelle strutture a gabbia. I loro risultati sono pubblicati nell'attuale numero online del Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

Nel nanomondo molte cose sono diverse. Solo di recente gli scienziati hanno iniziato a svelare e sfruttare le leggi e i principi sottostanti. Un team associato al professor Johannes Barth del dipartimento di fisica della TU Muenchen è ora riuscito a catturare molecole a forma di bastoncino in una rete bidimensionale in modo tale da formare autonomamente piccoli rotori che ruotano nelle loro gabbie a nido d'ape.

La natura stessa fornisce il modello per tali sistemi auto-organizzati. Questo è il modo in cui le proteine ​​portano i reagenti così vicini tra loro che possono aver luogo reazioni, reazioni che sono possibili solo in prossimità molto ravvicinata. Questi effetti vengono utilizzati nei catalizzatori:i reagenti di superficie trovano la loro strada l'un l'altro sulla superficie di questi facilitatori. Però, l'ambito sogno di utilizzare gli effetti di auto-organizzazione in modo tale che le nano macchine si assemblano da sole è ancora una cosa del futuro.

I rotori sviluppati a Garching sono un passo importante in questa direzione. Primo, i fisici hanno costruito un vasto nano reticolo consentendo agli atomi di cobalto e alle molecole a forma di bastoncino di sessifenil-dicarbonitrile di reagire tra loro su una superficie d'argento. Ciò si traduce in un reticolo a nido d'ape di estrema regolarità con una stabilità sorprendente. Proprio come il grafene, per cui i suoi scopritori hanno ricevuto il premio Nobel solo poche settimane fa, questo reticolo è spesso esattamente un atomo.

Quando i ricercatori hanno aggiunto ulteriori elementi costitutivi molecolari, le canne raccolte spontaneamente, tipicamente in gruppi di tre, in una cella a nido d'ape mentre le celle vicine sono rimaste vuote. Le amichevoli molecole devono aver avuto un motivo per organizzarsi in tre. Sotto un microscopio a scansione a effetto tunnel gli scienziati sono stati in grado di riconoscere il motivo. Le tre molecole si sono orientate in modo tale che le estremità di azoto affrontassero ciascuna un atomo di idrogeno ad anello fenilico. Questa disposizione del rotore a tripla pala è così energeticamente vantaggiosa che le molecole mantengono questa struttura anche quando l'energia termica la spinge in rotazione.

Perché la cella a nido d'ape non è rotonda, ma esagonale, esistono due diverse posizioni per i rotori che possono essere distinte in conseguenza delle interazioni tra gli atomi di azoto esterni e gli atomi di idrogeno della parete cellulare. Per di più, le tre molecole si dispongono in senso orario e antiorario. In esperimenti a varie temperature attentamente controllate i fisici sono stati in grado di "congelare" tutti e quattro gli stati ed esaminarli da vicino. Potrebbero così determinare l'energia di queste soglie dalla temperatura alla quale riprende la rotazione.

"Speriamo che in futuro saremo in grado di estendere questi semplici modelli meccanici alla commutazione ottica o elettronica, " dice il professor Johannes Barth. "Possiamo impostare una dimensione specifica della cella, possiamo specificamente introdurre ulteriori molecole e studiare la loro interazione con la superficie e la parete cellulare. Queste strutture auto-organizzanti hanno un potenziale enorme".