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  • La luce guida i veicoli a 3 ruote a singola molecola

    Un'immagine al microscopio a effetto tunnel mostra due nanoroadster a tre ruote creati alla Rice University e testati presso l'Università di Graz. I roadster attivati ​​dalla luce, accanto ai loro modelli molecolari, ha raggiunto una velocità massima di 23 nanometri all'ora. Credito:Alex Saywell/Leonhard Grill

    Scienziati della Rice University e dell'Università di Graz, Austria, stanno guidando a tre ruote, "nanoroadster" a singola molecola con luce e, per la prima volta, vedere come si muovono

    Il laboratorio Rice dell'inventore di nanocar e chimico James Tour ha sintetizzato le nanocar azionate dalla luce sei anni fa, ma con l'aiuto di fisici sperimentali in Austria, ora sono in grado di guidare contemporaneamente flotte di veicoli a singola molecola.

    Un rapporto sul lavoro appare sulla rivista dell'American Chemical Society ACS Nano .

    "È emozionante vedere che i nanoroadster motorizzati possono essere azionati dai loro motori attivati ​​dalla luce, " disse Giro, che ha introdotto le nanocar nel 2005 e le ha motorizzate un anno dopo. "Questi veicoli a tre ruote sono il primo esempio di nanoveicoli a propulsione luminosa che vengono osservati mentre si muovono su una superficie con qualsiasi metodo, figuriamoci con la scansione della microscopia a tunnel."

    Piuttosto che guidarli chimicamente o con la punta di un microscopio a effetto tunnel, come faranno con altri veicoli nella prossima gara internazionale NanoCar a Tolosa, Francia, i ricercatori hanno usato la luce a lunghezze d'onda specifiche per spostare i loro nanoroadster lungo una superficie di rame. I veicoli hanno motori molecolari sulla ruota posteriore che ruotano in una direzione quando la luce li colpisce. La rotazione spinge il veicolo come una ruota a pale sull'acqua.

    I modelli al computer mostrano due possibili forme della singola molecola, nanoroadster a tre ruote creato dagli scienziati della Rice University e dell'Università di Graz. Il veicolo funziona con un motore a propulsione leggera che quest'anno ha vinto il premio Nobel per il suo inventore. Credito:Alex Saywell/Leonhard Grill

    Il team guidato da Tour e Leonhard Grill, professore all'Università di Graz e già al Fritz-Haber-Institut, Berlino, usato motori modificati sensibili alla lunghezza d'onda inventati dallo scienziato olandese Bernard Feringa, che ha condiviso il premio Nobel per la chimica di quest'anno per la sua macchina molecolare.

    Il controllo remoto è la chiave per le abilità utili delle auto. "Se dobbiamo 'cablare' l'auto a una fonte di alimentazione, come un fascio di elettroni, perderemmo molte funzionalità delle vetture, "Ha detto Tour. "Alimentarli con la luce li rende liberi di essere guidati ovunque si possa far brillare una luce, e alla fine speriamo che portino un carico".

    Un altro vantaggio è la possibilità di attivare flotte di nanocar contemporaneamente. "Questo è esattamente ciò che cerchiamo:usare una luce per attivare i motori e far muovere sciami di nanoveicoli sulla superficie, reso direzionale attraverso gradienti di campo elettrico, " Tour ha detto. "Questo ci consentirebbe la prospettiva futura di utilizzare nanomacchine come le formiche che lavorano collettivamente per eseguire la costruzione".

    Grill ha affermato che il controllo remoto tramite luce elimina la necessità di una sonda locale che dovrebbe indirizzare le molecole una per una. "Inoltre, non sono necessarie molecole di "carburante" che contaminerebbero la superficie e modificherebbero le proprietà di diffusione, " Egli ha detto.

    Tour ha utilizzato i motori modificati di Feringa per alimentare i nanosommergibili del suo laboratorio. In questo caso, il motore è la ruota posteriore. Ha detto che la configurazione a tre ruote ne semplifica l'uso perché le nanocar più grandi sono più difficili da mettere su una superficie di imaging e spesso si dissociano durante la deposizione sotto vuoto, secondo Grillo.

    Il nanoroadster a tre ruote sintetizzato alla Rice University contiene 112 atomi e include un motore molecolare che quest'anno è valso il premio Nobel al suo inventore olandese. Credito:Alex Saywell/Leonhard Grill

    Gli esperimenti condotti a Rice dall'autore principale Alex Saywell del gruppo Grill sui nanoroadster hanno dimostrato la necessità di un buon equilibrio tra luce e temperatura per consentire una "diffusione potenziata" delle molecole nel vuoto.

    Grill ha affermato che l'uso della luce per guidare le nanomacchine offre un vantaggio fondamentale:la capacità di indurre selettivamente il movimento a causa della sensibilità dei motori alla lunghezza d'onda. La luce ultravioletta a 266 nanometri ha raddoppiato il movimento dei roadster rispetto alle molecole dei roadster "di controllo" senza motori. A 355 nanometri, è triplicato.

    I roadster, composta da 112 atomi, ha raggiunto una velocità massima di 23 nanometri all'ora.

    Una temperatura di attivazione della superficie di 161 kelvin (meno 170 gradi Fahrenheit) si è rivelata la migliore per le condizioni di guida. Se la temperatura è troppo fredda, i roadster si sarebbero attaccati alla superficie; troppo caldo e si diffonderebbero in modo casuale senza l'aiuto del motore.

    "Siamo rimasti sorpresi dalla correlazione molto chiara del movimento potenziato con la presenza del motore, la necessità sia del calore che della luce per attivare questo movimento, in perfetto accordo con il concetto del motore Feringa, e la sensibilità alla lunghezza d'onda che si adatta perfettamente alle nostre aspettative dalla spettroscopia in soluzione, " disse Grillo.


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