Ein internationales Forscherteam hat einen molekularen Motor entwickelt, der von der antiken archimedischen Schraube inspiriert ist. Das nur wenige Nanometer große Gerät kann sich unter der Wirkung eines elektrischen Stroms drehen und bei einem Wechsel der Spannungspolarität die Richtung ändern.
Grundlage ist ein spiralförmiges Helicen-Molekül, das vom Team von Professor Michael Pittelkow von der Universität Kopenhagen synthetisiert wurde. Es wurde mit atomarer Präzision am Weizmann-Institut für Wissenschaft in Israel zwischen zwei Gold-Elektroden befestigt.
Beim Anlegen einer Spannung übertragen die durch die Spirale fließenden Elektronen ihren Drehimpuls auf sie – ganz so, wie ein Wasserstrom eine Schraube dreht. Die Drehrichtung wird durch das „Gewinde“ des Moleküls bestimmt und vollständig durch die Polarität des Stroms gesteuert.
Dies ist die erste Demonstration eines molekularen Motors, der durch elektrischen Strom angetrieben wird, fest zwischen zwei Metallelektroden verankert ist und sich in einer steuerbaren Richtung drehen kann.
Forscher der Universität Augsburg führten quantenmechanische Simulationen durch. Sie zeigten, dass bei Erreichen einer bestimmten Drehgeschwindigkeit die Leitfähigkeit des Moleküls stark ansteigt – um bis zu 100 Mal.
Die Experimente wurden unter der Leitung von Professor Oren Tal und Dr. Anil Kumar Singh durchgeführt. Den theoretischen Teil leitete Professor Fabian Pauly.
Die Arbeit wurde in der Zeitschrift Nature veröffentlicht. Wie wird sie die Entwicklung der molekularen Elektronik in den kommenden Jahren beeinflussen?
Das Gerät eröffnet ein neues Funktionsprinzip für Nanomaschinen: Der Strom setzt die Drehung in Gang, und die Drehung verstärkt wiederum den Strom. Die Wissenschaftler weisen darauf hin, dass sich die Verstärkungsschwelle durch Dehnen oder Zusammendrücken des Moleküls regulieren lässt.
