moleküler motor

İsviçre Federal Malzeme Bilimi ve Teknolojisi Laboratuvarları (EMPA) ve EPFL araştırma ekibi  Dünyanın en küçük motorunu geliştirdiler. Sadece 16 atomdan oluşan motor, diğer makro ölçeklerdeki motorlar gibi sabit ve hareketli parçalardan oluşuyor. Motorun boyutu  bir insan saçının çapından yaklaşık 100.000 kat daha küçüktür.

Normal motorlar gibi stator ve rotora sahiptir ve çalışma prensibi aynıdır.  Bu tür moleküler motorlar doğada da bulunur – örneğin miyozinler şeklinde. Miyozinler, kasların kasılmasında ve diğer moleküllerin hücreler arasında taşınmasında canlı organizmalarda önemli rol oynayan motor proteinlerdir.

Moleküler motor hareketli bir parça ve sabit bir parçadan oluşur. Motorun sabit kısmı 6 paladyum atomu ve piramit şeklinde birleştirilmiş 6 galyum atomundan oluşur. Motorun hareketli kısmı, sabit parçanın üstüne hareket eden 4 atomlu bir asetilen molekülüdür.

Motorun  ters yönde dönmesini önlemek için cırcırlama (dişli mekanizma) şeması kullanarak dönüş yönünü sabitlemişlerdir.

Bununla birlikte, atom motoru, asimetrik tırtıklı dişli çarkı ile makroskopik dünyada bir cırcır ile olanın tersine çalışır: Bir cırcır üzerindeki pençe düz kenarı yukarı hareket ettirir ve dik kenar yönünde kilitlenirken, atomik varyant daha az gerektirir Dişli çarkın dik kenarını düz kenardan daha fazla hareket ettirmek için enerji. Bu nedenle olan blokaj yönündeki hareket tercih edilir ve çalışma yönündeki hareket çok daha az olasıdır. Böylece hareket neredeyse sadece bir yönde mümkündür.

İsviçreli bilim ekibi, altı paladyum ve altı galyum atomundan oluşan temelde üçgen bir yapıya sahip bir stator kullanarak minimal bir varyantta uyguladılar. Buradaki hile, bu yapının dönel olarak simetrik olması, ancak ayna-simetrik olmamasıdır.

Sonuç olarak, sadece dört atomdan oluşan rotor (simetrik bir asetilen molekülü) sürekli dönebilir, ancak saat yönünde ve saat yönünün tersine dönüş farklı olmalıdır. “Motor bu nedenle diğer benzer moleküler motorlardan ayıran% 99 yönsel kararlılığa sahiptir”

Moleküler Motorun Çalışma Prensibi

Atom motor hem termal hem de elektrik enerjisi ile çalıştırılabilir. Termal enerji, motorun yönlü dönme hareketinin rastgele yönlerde dönüşlere neden olabilir- örneğin oda sıcaklığında, rotor saniyede birkaç milyon devirde geri dönebilir.

Motora elektrik enerjisi uygulandığında, elektrik akımı bir elektron tarama mikroskobu tarafından üretilen elektrik enerjisi, yönlü dönüşlere neden olabilir. Tek bir elektronun enerjisi, rotorların bir devrimin sadece altıda biri kadar dönmeye devam etmesini sağlamak için yeterlidir.

Motorun dönüş hızı Sağlanan enerji miktarı ile doğru orantılıdır. Motora uygulanan enerji miktarı ne kadar yüksek olursa motor o kadar yüksek frekansta döner.

Klasik fizik yasalarına göre, rotoru oluğun direncine karşı harekete geçirmek için gereken minimum enerji miktarı vardır.  Araştırmacılar -256°C’altındaki sıcaklıklarda veya 30 milivoltun altında uygulanan bir enerji ile sabit bir yönde ve sabit bir dönme frekansı ile çalıştığını gözlemlediler.

Klasik Fizikten Kuantum Dünyasına

İsviçreli bilim adamları, motorun bu şekilde hareket etmesinin kauntum tünelleme adı verilen bir fenomeni gerçekleştirerek yaptığını açıkladılar.

Kuantum Tünelleme, moleküler motor için başka soruları da gündeme getiriyor. Kuantum tünellemenin sürtünme olmadan meydana geldiği düşünülmektedir. Motor bu hareketi sürtünme olmadan gerçekleştirdiğinde, hareketli parçanın hareketi rastgele bir hareket oluşturacaktır. Bununla birlikte, yüzde 99’luk istikrarlı bir hareket elde etmek, kuantum tünelleme sırasında enerjinin bir kısmının kaybedildiği anlamına gelir.

Dünyanın en küçük motorunun geliştirilmesi, gelecekte beklenenden daha küçük mekanizmaların oluşturulmasını sağlayabilir ve kuantum tünelleme hakkında daha fazla bilgi ortaya çıkarabilir. Motor geliştirme sürecinin baş araştırmacısı Oliver Gröning, motorun enerji dağıtım süreçlerinin ve nedenlerinin kuantum tünelleme sırasında çalışmasını sağlayabileceklerini söyledi.

BİR CEVAP BIRAK

Please enter your comment!
Please enter your name here