De molmotor. De palladiumatomen zijn blauw, de galliumatomen rood. Daar bovenop ligt de ethynrotor (afb: Empa)Onderzoekers van Empa en de polytechnische hogeschool van Lausanne hebben een moleculair motortje gemaakt  dat maar bestaat uit zestien atoemen. “Dat nadert de grens van de kleinst mogelijke moleculaire motor”, zegt Empa-onderzoeker Oliver Gröning. De molmotor is nog geen nanometer (eenmiljoenste millimeter)  in doorsnee. Molmotoren zijn interessant aangezien ze bepaalde ‘werkzaamheden’ kunnen verrichten in het lichaam maar ook daarbuiten. De onderzoekers denken vooral aan kwantummechanische toepassingen…
Een molmotor fungeert net zo als een gewone motor die we kennen: die zet energie om in beweging. Ze bestaan ook in de natuur in de vorm van motoreiwitten zoals myosines die een rol spelen in de spieren en bij het transport van andere eiwitten. Net als bij een echte motor bestaat een molmotyor uit een stator en een rotor, een vast en een beweegbaar deel. De rotor draait op het vlak van de stator. Gröning: “Om een motor iets nuttigs te kunnen laten doen is het wezenlijk dat de stator de rotor maar op een kant op laat draaien.”
Dat hebben de onderzoekers voor elkaar gekregen door de stator te maken uit driehoeken van zes palladiumatomen en zes galliumatomen. De truc is dat die structuur rotatiesymmetrisch is, maar niet spiegelsymmetrisch. Het gevolg is dat de rotor, een acetyleenmolecuul (of in het officiële scheikundige spraakgebruik eigenlijk ethyn maar een kant op kan.

“Dat gebeurt in 99% van de gevallen en daarmee onderscheidt deze molmotor zich van andere molmotoren”, zegt Gröning Zo’n molmotor maakt het mogelijk energie om te zetten op atoomniveau. Een elektron maakt het mogelijk dat de motor eenzesde slag maakt. Hoe meer elektrische energie toegevoegd hoe harder werkt de motor, maar te veel energie kan er voor zorgen dat de motor de ‘verkeerde’ kant op draait. Ook warmte laat de motor draaien, maar dan wel in een willekeurige richting met wel miljoenen omwentelingen per seconde.

Blijven draaien

Net als bij een echte motor heeft deze molmotor een minimale hoeveelheid nodig om de draaiweerstand te overwinnen. Als de toegevoegde warmte of elektrische energie te klein is dat stopt de molmotor. Toch konden de onderzoekers constateren dat onder die limiet onder bepaalde omstandigheden ook onder die energetische limiet bleef draaien: bij temperaturen onder de 17 K (-256°C) of bij een spanning van minder dan 30 mV.

Gröning heeft het ook over die vreemde kwantumwereld waarin deze molmotor zou kunnen bewegen als gevolg van het tunneleffect. In de kwantumwereld zou de molmotor beide kanten op kunnen draaien. Dat gebeurt dus niet. Dat zou betekenen dat er in dat tunneleffect toch energie verloren gaat, anders dan gedacht wordt. Het gaat hier niet om een speeltje voor onderzoekers maar met de molmotor zou je ook het energiegedrag rond het tunneleffect kunnen onderzoeken. Is dat dan alles (denk ik sobere leek dan)?

Bron: Alpha Galileo