Der kleinste Motor der Welt

Im Prinzip kann eine molekulare Maschine Funktionen in ähnlicher Weise wie sein Gegenstück in der Makrowelt: es wandelt Energie in eine gerichteten Bewegung. Solche molekularen Motoren gibt es auch in der Natur, zum Beispiel in Form von Myosin. Myosine sind Motorproteine, die in lebende Organismen in der Kontraktion der Muskeln und den Transport von anderen Molekülen zwischen den Zellen eine wichtige Rolle spielen.

Energy Harvesting auf der Nanoskala

Wie ein Großmotor, der 16 Atom Motor besteht aus einem Stator und einem Rotor, das heißt einem festen und einem beweglichen Teil. Der Rotor dreht sich auf der Oberfläche des Stators (siehe Bild). Es kann sechs verschiedene Positionen einnehmen. „Für einen Motor, um tatsächlich nützliche Arbeit zu tun, ist es wichtig, dass der Stator den Rotor ermöglicht in nur eine Richtung zu bewegen“, erklärt Gröning.

Da die Energie, die den Motor antreibt, aus einer beliebigen Richtung kommen kann, muß der Motor selbst die Drehrichtung unter Verwendung eines Ratschen Schemas bestimmen. Jedoch arbeitet das Atom Motor Gegenteil das, was mit seinem asymmetrisch gezahnt Zahnrad mit einer Ratsche in der makroskopischen Welt passiert: Während die Klinke an einer Sperrklinke bewegt sich die flache Kante und Sperren in der Richtung der steilen Flanke, die Atom Variante erfordert weniger Energie zu bewegen, um die steile Flanke des Zahnrades up, als es auf den flachen Rand der Fall ist. Die Bewegung in der üblichen ‚Sperrrichtung‘ werden daher bevorzugt und die Bewegung in ‚Laufrichtung‘ viel weniger wahrscheinlich. So ist die Bewegung praktisch nur in eine Richtung möglich.

Die Forscher haben dieses „umgekehrtes“ Ratschenprinzip in einer Minimalvariante realisiert durch einen Stator mit einer im Wesentlichen dreieckigen Struktur, bestehend aus sechs palladium und sechs Galliumatome. Der Trick dabei ist, dass diese Struktur rotationssymmetrisch ist, aber nicht spiegelsymmetrisch.

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