Estrutura em escala atômica da molécula-rotor de acetileno, de 4 átomos (esferas cinza-branco), sobre uma superfície quiral de PdGa (esferas azuis -> paládio, esferas vermelhas -> gálio).
[Imagem: EMPA]
Motor molecular
Pesquisadores suíços bateram outro recorde de precisão e miniaturização ao construir o menor motor do mundo - um recorde que vem sendo batido seguidamente nos últimos anos.
O motor molecular, medindo menos de 1 nanômetro, é formado por apenas 16 átomos e gira unidirecionalmente, algo muito interessante em termos de seu uso prático.
Mas o detalhe mais interessante é que seu movimento está na fronteira entre o movimento clássico, como nos motores em escala humana, e o movimento quântico, gerido pelo chamado tunelamento quântico, em que coisas atravessam outras apenas perdendo um pouco de energia.
O princípio de funcionamento de uma máquina molecular é semelhante aos motores que usamos no dia a dia: ela converte energia em um movimento direcionado. Esses motores moleculares também existem na natureza, por exemplo, na forma de miosinas, proteínas motoras que desempenham um papel importante na contração dos músculos e no transporte de outras moléculas entre as células.
Do mesmo modo, o motor de 16 átomos consiste em um estator e um rotor, isto é, uma parte fixa e uma parte móvel. O rotor gira na superfície do estator, mas em passos discretos, assumindo seis posições diferentes.
Catraca reversa
Como a energia que aciona o motor - termal ou elétrica - pode vir de qualquer direção, o próprio motor deve determinar a direção da rotação usando um esquema que lembra uma catraca funcionando ao contrário. Uma catraca tipicamente consiste de uma roda dentada assimétrica: Enquanto a lingueta da catraca sobe pela borda inclinada e trava na direção da borda íngreme, a variante atômica exige menos energia para subir a borda íngreme da roda dentada do que na borda inclinada. Assim, o movimento na "direção de bloqueio" torna-se preferencial e o movimento na direção de rotação tradicional é muito menos provável. Com isto, o movimento é praticamente possível apenas em uma direção.
Os pesquisadores implementaram esse princípio de catraca reversa em forma minimalista usando um estator com uma estrutura basicamente triangular composta por seis átomos de paládio e seis átomos de gálio.
O truque é que essa estrutura é rotacionalmente simétrica, mas não tem simetria de espelho. Como resultado, o rotor - uma molécula de acetileno simétrica - formado por apenas quatro átomos pode girar continuamente, embora a rotação no sentido horário e anti-horário deva ser diferente. "O motor, portanto, possui estabilidade direcional de 99%, o que o distingue de outros motores moleculares semelhantes," disse o professor Oliver Gröning, do Laboratório Federal Suíço de Ciência e Tecnologia dos Materiais (EMPA).
A equipe acredita que o nanomotor inaugura uma nova forma de coletar energia em escala atômica, com potencial de uso em nanomáquinas e sensores.
Bibliografia:
Artigo: Molecular motor crossing the frontier of classical to quantum tunneling motion
Autores: Samuel Stolz, Oliver Gröning, Jan Prinz, Harald Brune, Roland Widmer
Revista: Proceedings of the National Academy of Sciences
DOI: 10.1073/pnas.1918654117
FONTE: SITE INOVAÇÃO TECNOLOGICA
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